地铁车站深基坑毕业设计(含外文翻译)

摘 要

毕业设计主要包括三个部分，第一部分是上海地铁场中路站基坑围护结构设计；第二部分是上海地铁场中路站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，盾构施工预加固技术研究。

在第一部分基坑围护结构设计中，根据场中路站基坑所处的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定采用地下连续墙作为基坑的围护方案，支撑方案选为对撑，从地面至坑底依次设四道钢管支撑，并进行围护结构及支撑的内力计算、相应的强度和地连墙的配筋验算以及基坑的抗渗、抗隆起和抗倾覆等验算。

第二部分的施工组织设计，根据基坑围护方案、施工方法和隧道周边的环境情况，对施工前准备工作，施工场地布置，围护结构施工、基坑开挖与支撑安装等进行设计，并编制了工程进度计划，编写了相应的质量、安全、环境保护等措施。

第三部分专题内容是盾构施工中的预加固技术研究。针对工程施工中的地质条件和施工工况，总结了盾构施工中的土体预加固的技术措施和相关的参考资料，提出在盾构施工中土体预加固的技术措施。

关键词：基坑； 地下连续墙； 施工组织； 支撑体系； 盾构预加固技术

目 录

第一部分 上海地铁场中路站基坑围护结构设计

1 工程概况 ............................................................ 1 1.1工程地质及水文地质资料 ............................................ 1 1.2工程周围环境 ...................................................... 2 2 设计依据和设计标准 .................................................. 4 2.1 工程设计依据 ...................................................... 4 2.2 基坑工程等级及设计控制标准 ........................................ 4

3 基坑围护方案设计 .................................................... 5 3.1基坑围护方案 ...................................................... 5 3.2基坑围护结构方案比选 .............................................. 6 4 基坑支撑方案设计 .................................................... 8 4.1支撑结构类型 ...................................................... 8 4.2支撑体系的布置形式 ................................................ 8 4.3支撑体系的方案比较和合理选定 ..................................... 10 4.4基坑施工应变措施 ................................................. 10 5 计算书 ............................................................. 12 5.1 荷载计算 ......................................................... 12 5.2 围护结构地基承载力验算 ........................................... 14 5.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算 ................................... 14 5.4抗渗验算 ......................................................... 15 5.5抗倾覆验算 ....................................................... 16 5.6整体圆弧滑动稳定性验算 ........................................... 17 5.7围护结构及支撑内力计算 ........................................... 17 5.8 支撑强度验算 ..................................................... 21 5.9 地下连续墙配筋验算 ............................................... 23 6 基坑主要技术经济指标 ............................................... 25 6.1 开挖土方量 ....................................................... 25 6.2 混凝土浇筑量 ..................................................... 25 6.3 钢筋用量 ......................................................... 25 6.4 人工费用 ......................................................... 25

第二部分 上海地铁场中路站基坑施工组织设计

1 基坑施工准备 ....................................................... 25 1.1 基坑施工的技术准备 ............................................... 25 1.2 基坑施工的现场准备 ............................................... 25 1.3 基坑施工的其他准备 ............................................... 27 2 施工方案 ........................................................... 29 2.1 概况 ............................................................. 29 2.2 施工方法的确定 ................................................... 29 2.3 施工流程 ......................................................... 32 2.4 质量控制 ......................................................... 35 2.5 施工主要技术措施 ................................................. 36 2.6关键部位技术措施 ................................................. 38 3施工总平面布置 ...................................................... 40

3.1 施工现场广场临时建筑物的布置原则及位置 ........................... 40 3.2 施工用的临时运输线路的布置 ....................................... 40 3.4 建筑材料的堆放位置 ............................................... 40 4施工进度计划及管理措施 .............................................. 41 4.1 工程安排原则 ..................................................... 41 4.2 施工进度计划 ..................................................... 41 4.3 施工质量过程控制 ................................................. 42 5质量、安全、文明管理措施 ............................................ 43 5.1 质量管理措施 ..................................................... 43 5.2 土方运输环境管理规定 ............................................. 44 5.3 安全生产管理措施 ................................................. 44 5.4 文明施工措施 ..................................................... 44

第三部分 盾构施工中的预加固技术研究

1概述 ................................................................ 47 1.1盾构法概述 ....................................................... 47 1.2盾构法的施工条件 ................................................. 47 1.3 盾构施工工艺 ..................................................... 47 1.4盾构法施工的优缺点 ............................................... 49 1.5盾构法施工预加固的必要性 ......................................... 49 2 盾构施工预加固技术 ................................................. 50 2.1概述 ............................................................. 50 2.2冻结法 ........................................................... 50 2.3 注浆法 ........................................................... 51 2.4高压旋喷桩 ....................................................... 52 3 水平冻结法在盾构进洞中的应用 ....................................... 54 3.1 工程概况 ......................................................... 54 3.2周边环境状况 ..................................................... 54 3. 3地基加固方式的选择 .............................................. 54 3. 4水平冻结法地基加固施工 .......................................... 54 3.5冻结加固的效果 ................................................... 56 3.6盾构进洞存在的风险 ............................................... 57 3.7盾构进洞的保证措施 ............................................... 57 4.小结 ............................................................... 59 参考文献 ............................................................. 60

第四部分 外文翻译

翻译原文 ............................................................................................................................... 62 中文译文 ............................................................................................................................... 66 致 谢 ................................................................................................................................... 88

第一部分

上海地铁场中路站基坑围护结构设计

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第1页

1 工程概况

上海地铁七号线一期工程二标段场中路站位于沪太公路南侧和大场税务所东侧。拟建之场中路站建（构）筑物主要由地铁行车道及人行通道组成，车站段地铁行车道主体长约220m，宽约20m，人行通道长约70~80m，宽约10m。车站结构型式为地下二层岛式，底板埋深为15.00m。

1 .1工程地质及水文地质资料

1.1.1工程地质条件

场中路站场地地形较平坦，地面标高在4.16m～4.65m之间。标准段位置，土层由上至下分别为：

①1填土，①2滨土，②1粉质粘土，③淤泥质粉质粘土，④淤泥质粘土，⑥粉质粘土，⑦1-1粉砂，⑧1粘土，⑧2-2粉砂夹粉质粘土，勘察成果表明，地基土分布有以下特点： 1) 浅部无粉性土（②3层）分布，第②1层褐黄色～灰黄色粉质粘土下为第③层淤泥质粉质粘土和第④层淤泥质粘土，其中第③层夹较多薄层粉性土。

2) 场地北侧受古河道切割影响，第⑥层、第⑦1-1层缺失，分布有第⑤1层粘性土。场地南侧为正常分布区，第④层直接与第⑥层暗绿色粉质粘土相连，第⑥层硬土层层顶埋深一般在17.4～18.4m，厚度约1.4～4.0m；第⑦1-1层层顶埋深一般在20～21m左右。 3) 第⑧1、⑧2-2层顶面埋深分别为31m、45m左右。 车站所在场地范围内自上向下土层分布情况见表1.1。

表1.1 土层分布情况

土层编号

土层名称

土层描述

杂～黄褐色，很湿，松散，上部主

①1

填土

要为混凝土地坪、碎石、煤渣等，

下部由粘性土等组成。 褐黄～灰黄色，湿～很湿，可塑～软塑，中等～高等压缩性，含氧化

②1

粉质粘土

铁斑点及铁锰质结核，随深度增加土性渐变软。无摇震反应，土面较

光滑，韧性中等～高 灰色，饱和，流塑，高等压缩性，

③

淤泥质粉质粘

土

含云母、有机质，在4.0～6.0m夹较多量薄层粉性土，土质不均匀。摇震反应很慢，土面较粗糙，

土层厚度（m）

层底标高

1.5 2.8

2.2 0.6

3.7 -3.1

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第2页

韧性中等，干强度中等。 灰色，饱和，流塑，高等压缩性，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，

④

淤泥质粘土

夹少量薄层粉砂，土质均匀。摇震反应无，土面光滑有油脂光泽，韧

性高等，干强度高

暗绿～草黄色，湿～很湿，可塑～硬塑，中等压缩性，含氧化铁斑点

⑥

粉质粘土

及铁锰质结核，夹少量灰白色高岭土，下部夹粘质粉土。无摇震反应，土面较光滑，韧性中等～高等，干

强度中等～高等。

草黄色，饱和，中密度～密实，中

⑦1-1

粉砂

等压缩性，含云母、少量氧化铁条纹，夹砂质粉土，上部夹薄层粘性

土。

6.1

-22.7

2.7

-16.6

10.8

-13.9

1.1.2水文条件

拟建场地地下水主要有浅部土层中的潜水和深部粉性土层中的（微）承压水。据区域资料，承压水位，一般低于潜水位，浅部土层中的潜水位埋深，一般离地表面0.3～1.5m，年平均地下水位离地表面0.5～0.7m，低水位埋深为1.50m；第⑦1-1层承压水位埋深为3～11m。潜水位和承压水位随季节、气候等因素而有所变化。江河边一定距离范围内，特别是有浅层粉性土或砂土分布区，其潜水位受潮汐影响较明显。

据有关资料，地下水的温度，埋深在4m范围内受气温变化影响，4m以下水温较稳定，一般为16～18°。

根据地质资料，潜水水位埋深为1.23～2.80m，第⑦1-1层承压水水位埋深为4.08m。 水质分析表明，地下水对混凝土无腐蚀性。由于拟建场地地下水水位较高，根据上海地区经验，当地下水（潜水）对混凝土无腐蚀性性时，其土对混凝土亦无腐蚀性，故判定拟建场地地下水和土对混凝土无腐蚀性。

另据水质分析报告和类同工程经验判定，场地地下水对钢结构有弱腐蚀性。

1.2工程周围环境

1.2.1邻近建筑

场地西侧为居民住宅，住宅离基坑较远，在基坑开挖影响范围以外。基坑东侧为沪太路，南侧为洛场路，路面下有较多的市政管线，需在施工中加强对基坑变形的控制。 1.2.2 地下管线

根据现有的管线资料显示，场中路站端头井围护结构范围内无地下管线，但在工地围场边上有一排架空电线，施工中，应避免大型机械设备接触或碰撞管线。在基坑东侧的沪太路上，分布有上水?200、电话36孔、上水?500、上水?1800、雨水?400；在洛场路口上分布有上水?300、上话12孔、雨水?400、上话（2根光缆）、煤气?200。洛场路上的

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第3页

管线分布较远，基坑开挖影响较小，但沪太路下的管线需加强监测和保护。具体管线分布情况参见表1.2。

表1.2场中路管线分布详细列表

道路

管线种类 电话36孔 上水?200

沪太路

上水?500 上水?1800 雨水?400 上水?300 上话?12孔

洛场路

雨水?400 上水?300 上话（2根光缆） 煤气?200

埋深（m） 1.0 0.7 1.0 1.7 1.2 1.2 1.0 0.6 0.7 1.0 0.7

至端头井基坑距离（m）

7 9 10 15.2 18.2 超过基坑影响范围 超过基坑影响范围 超过基坑影响范围 超过基坑影响范围 超过基坑影响范围 超过基坑影响范围

备注：在至基坑外侧边缘1.5H(H为基坑开挖深度)距离内为基坑影响范围

1.2.2 周围道路

在场中路站南端头井位置，是沪太路、场中路及洛场路的交汇处，工程位于交汇处的西北侧，场区施工对社会的交通影响较小。 1.2.3 施工条件

土的类型为中软或软弱土，建议按软弱土考虑。建筑的场地类别为Ⅲ类，相应特征周期值为0.45S。本场地属对建筑抗震不利地段。周围环境开阔，交通便利，有足够的空间堆放土方、材料和混凝土等。

1.2.4 邻近地区对地面沉降很敏感的建筑资料和要求

临近建筑主要为商业用房，且楼层高度都不高。对地面沉降不是很敏感，故该条不考虑。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第4页

2 设计依据和设计标准

2.1 工程设计依据

本工程设计执行的规范和标准： （1）《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）； （2）《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001） （3）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）； （4）《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）；

（5）《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB 50307-1999）； （6）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）； （7）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；

2.2 基坑工程等级及设计控制标准

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）规定，基坑的侧壁安全等级分为三级，基坑支护结构设计应根据表2.1选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。

表2.1 基坑侧壁安全等级及重要性系数

安全等级 一级

破坏后果

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环

境及地下结构施工影响很严重

二级

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环

境及地下结构施工影响严重

三级

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环

境及地下结构施工影响不严重

?0

1.1

1.0

0.9

总体而言，本工程周围建筑物大部分距离拟建场地红线位置较远，建筑物结构形式较好。该车站的西侧为居民住宅，东侧紧挨沪太路，线路规划横穿西侧居民住宅以及少数商业建筑。管线主要在沪太路和洛场路下敷设，地铁站位没有控制性管线。支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周围环境及地下结构施工有一定影响，据此，确定支护结构的安全按等级为一级，重要性系数?0取1.1。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第5页

3 基坑围护方案设计

3.1基坑围护方案

基坑的围护结构主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种临时挡墙结构。主要分类有钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、SMW工法和高压旋喷桩等。 3.1.1钢板桩

钢板桩支护是用打桩机直接将钢板按一定搭接方式打入土体来承受基坑开挖卸荷所产生的水土压力的一种施工临时支挡结构。钢板桩可以是钢板、钢管、各种型钢和工厂专门制作的定型产品，它们可以间隔式打入，也可以是带榫槽连接，中间有专门的防渗构件；也可以预先连接成片，形成“屏风”整片沉入。

对于较浅的基坑，可用悬臂式板桩；对于较深的基坑，可采用带内支撑或外部锚定的板桩。

采用钢板桩围护优点主要有：钢板桩的强度、品质、接缝精度等质量保证、可靠性高；具有耐久性，可回拔清理再使用；与多道支撑相结合，适合软土地区的较深基坑，而且施工方便、工期短。

施工中须注意接头防水，以防止桩缝水土流失所引起的地层塌陷及失稳问题；钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小，开挖后挠度变形较大；打拔桩振动噪声大、容易引起土体移动、导致周围地基较大沉陷。 3.1.2钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是利用钻孔机械按设计位置钻孔，然后向孔里浇灌混凝土，并下放预制钢筋笼，最后形成并列的桩位，组成围护墙体来达到围护目的。钻孔灌注桩围护墙多为间隔排列式，它不具备挡水功能，适用于地下水位较深、土质较好地区。

钻孔灌注桩噪声和振动小，无挤土，刚度较大，抗弯能力强、变形相对较小，就地浇制施工，对周围环境影响小；适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩、旋喷桩等方法中选用适当方法解决防水问题；

钻孔灌注桩在砂砾层和卵石中施工慎用，而且它的整体刚度较差，不适合兼做主体结构，其质量取决于施工工艺及施工技术水平，在施工过程中需作排污处理。

3.1.3地下连续墙

地下连续墙的施工就是连续施工的方法，即在地面上用一种特殊的挖槽设备，沿着深开挖工程的周边，依靠泥浆护壁的支护，开挖一定槽段长度的沟槽；再将钢筋笼放入沟槽内。采用导管在充满稳定液的沟槽中进行混凝土的置换。相互邻接的槽段由特别接头进行连接。

地下连续墙的优点为：（1）可减少施工时对环境的影响，施工时振动少，噪声低；能够紧邻相近的建筑及地下管线施工，对沉降及变位较易控制；（2）地下连续墙的墙体刚度较大、整体性好，因而结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第6页

构；（3）地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度不小于60cm，钢筋保护层又较大，故耐久性好，抗渗性能亦好；（4）可实行逆作法施工，有利于施工安全，并加快施工进度，降低造价；（5）适用于多种地质情况。

地下连续墙的缺点为：（1）弃土及废浆的处理问题。除增加工程费用外，如处理不当，还会造成新的环境污染。（2）地质条件和施工的适应性问题。从理论上讲，地下连续墙可适用于各种地层，但最适应的还是软塑、可塑的粘性地层。当地层条件复杂时，还还会增加施工难度和影响工程造价。（3）槽壁坍塌问题。引起槽壁坍塌的原因，可能是地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降，有软弱疏松或砂性夹层，以及泥浆的性质不当或已经变质，此外还有个施工管理等方面的因素。槽壁坍塌轻则引起墙体混凝土超方和结构尺寸超出允许的界限，重则引起相邻地面沉降、坍塌，危害邻近建筑和地下管线的安全。（4）现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，虽可使用喷浆或喷砂等方法进行表面处理或另作衬壁来改善，但会增加工作量。（5）地下连续墙如单纯用作施工期间的临时挡土结构，不如采用钢板桩等一类可拔出重复使用的园护结构来得经济，因此连续墙结构几年来一般用在兼做主体结构的场合较多。

地下连续墙是一种比钻孔灌注桩和深层搅扑桩造价昂贵的结构形式，对其选用，必须经过技术经济比较，确实认为是经济合理，因地制宜时，才可采用。一般说来其在基础工程小的适用条件归纳起来，有以下几点：（1）基坑深度大于10m；（2）软土地基或砂土地基；（3）在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降，建筑物的沉降要求需严格限制时，宜用地下连续墙；（4）围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，且对抗渗有较严格要求时，宜用地下连续墙；（5）采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。 3.1.4 SMW工法

SMW工法是先用螺旋钻机按设计位置钻孔疏松泥土，且孔与孔之间有一定的搭接长度，之后向疏松泥土中注入水泥浆液，然后按设计间距打入H型钢形成劲性水泥土，最后形成一排挡土止水帷幕。

SMW工法施工噪声低，对周围环境影响小；结构止水性好结构强度可靠，适合于各种土层，配以多道支撑，可适用于深基坑；此方法在一定条件下可以取代作为围护的地下连续墙，具有较大发展前景。 3.1.5 高压旋喷桩挡墙

高压旋喷桩挡墙是用带有喷头的钻机将其钻入到预定深度后，再利用地面高压水泵将配制好的水泥浆液注入土体，同时匀速地将旋转的喷头缓缓地向上拔，使得水泥浆和土体能够形成柱状的均匀固结体，依次咬合施工从而形成高压旋喷桩挡墙。

高压旋喷桩挡墙 适合于软土地区环境要求不是很高的基坑。挖深≤7m的基坑；施工低噪声、低振动，对周围环境影响小，止水性好；如作自立式水泥挡土墙，墙体较厚需占用基坑红线内一部分面积；施工需作排污处理，工艺复杂，造价高；作为围护结构的止水加固措施、旋喷桩深度可达30m。

3.2基坑围护结构方案比选

从防水性能方面看，钻孔灌注桩和钢板桩支护都较差，高压旋喷桩挡墙防水较好，而SMW工法和地下连续墙的防水性能较以上三种工法好。从强度方面看，钢板桩支护和高

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第7页

压旋喷桩挡墙都较高，SMW工法较为可靠，而钻孔灌注桩一般，地下连续墙的强度高。对环境影响方面，除了钢板桩对环境影响较大外，其他工法都较小。经济成本方面，高压旋喷挡墙的成本最低，钻孔灌注桩和SMW工法较低，钢板桩支护一般，而地下连续墙造价较高。

上海地铁场中路站基坑深度为15.0m，属于深基坑。各勘察钻孔稳定水位埋深 0.50~1.10m，水位较高。所以可以排除高压旋喷桩挡墙、钻孔灌注桩和钢板桩。SMW工法和地下连续墙都适用于本工程，但地下连续墙可以作为后续车站结构的一部分，故选用地下连续墙作为围护方案。

根据施工经验，地下连续墙的总高度为基坑深度的1.7~2.0倍，墙体厚度为600~1000mm。本工程地下连续墙围护结构嵌固深度取0.8倍的基坑开挖深度，所以地下连续墙的总长度为（0.8+1.0）×15.0=27.0m，取27.0m；初选地下连续墙的厚度为800mm，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为S6。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第8页

4 基坑支撑方案设计

4.1支撑结构类型

在软弱地层的基坑工程中，支撑结构是承受围护墙所传递的土压力、水压力的结构体系。支撑结构体系包括围檩、支撑、立柱及其他附属构件。

挡土的应力传递路径是围护墙→围檩（圈梁）→支撑，在地质条件较好的有锚固力的地层中，基坑支撑采用锚杆和拉锚（锚碇）。

支撑材料按种类可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和刚支撑体系两类，两种支撑材料的性能对比见表4.1。

表4.1两类支撑体系的形式和特点

材料

截面形式

布置形式

特点

混凝土结硬后刚度大、变形小，强度的

竖向布置有水平

可根据设计要

现浇钢筋混凝土

求确定断面形状和尺寸

撑、斜撑；平面布环梁结合边桁架

安全可靠性强，施工方便，但支撑浇制和养护时间长，围护结构处于无支撑的移大，如对变形有较高要求时、需对被

爆破拆除对周围环境有影响

竖向布置有水平

单钢管、双钢管、单工字钢、

钢结构

双工字钢、H型钢、槽钢及以上钢材的组

合

撑、斜撑；平面布置形式一般为对撑、井字撑、角撑，亦有与钢筋混凝土支撑结合使用，但要谨慎处理变形协

调问题

安装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中加预应力，可调整轴力而有效控制围护墙变形；施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，施工支撑不及

时不准确，会造成失稳

置有对撑、边桁架、暴露状态时间长，软土中被动区土体位等，形式灵活多样 动区软土加固。施工工期长，拆除困难，

现浇混凝土支撑体系由围檩（头道为圈梁）、支撑及角撑、立柱和围檩托架或吊筋、立柱、托架锚固件等其他附属构件组成。

钢结构支撑体系通常为装配式的，由围檩、角撑、支撑、千斤顶（包括千斤顶自动调压或人工调压装置）、轴力传感器、支撑体系检测监控装置、立柱桩及其他附属装配式构件组成。

4.2支撑体系的布置形式

支护结构的支撑在平面上的布置形式，有对撑、角撑、桁架式、框架式、环形等。有时在同一基坑内混合使用，如对撑加角撑、环梁加边桁（框）架、环梁加角撑等。主要是因地制宜，根据基坑平面现状和尺寸设置最合适的支撑。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第9页

4.2.1对撑

对撑的布置较适合于平面形状较为规则的基坑。利用基坑的对称性将支撑对顶于基坑的两侧。对于长条形基坑采用对称最为有利。对撑可布置于撑在两边上。当基坑的长宽比不是很大时，需要将两个方向的对边都布置对撑，这时支撑布置成井格形。垂直对称布置 见图4.1。

图4.1 垂直对撑布置

4.2.2角撑

角撑即是将支撑布置于基坑相邻两边，与墙体形成一定角度。角撑在布置上可使基坑留出较大的空间以方便挖土施工作业，而且在一些平面形状较为复杂的基坑局部布置角撑可以弥补对撑在局部的不足，当基坑长度较大时，基坑短边可利用角撑进行支撑。角撑布置见图4.2。

图4.2 角撑体系布置 4.2.3钢筋混凝土环梁支撑

钢筋混凝土环梁支撑是近年来发展起来的一种支撑形式。它适用于平面轮廓较接近正方形的基坑，对于长方形轮廓的基坑可结合对撑或采用双圆环梁形式，当基坑有圆弧端时可结合人环梁内，使圆弧端成为钢筋混凝土环梁的一部分。圆形环梁布置见图4.3。

图4.3 圆形环梁布置

4.2.4组合桁架

对于平面形状比较复杂的基坑，可以采用钢筋混凝土组合桁架作为平面内支撑系统。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第10页

根据组合桁架的布置位置及布置形式，可以分为对撑桁架、斜撑桁架及边桁架等。

在支撑平面内需要留设较大作业空间时，宜采用组合桁架支撑形式组成平面支撑体系，充分利用钢筋混凝土支撑平面布置灵活，各构件间接点可靠，整体性强等特点，从而使各构件共同作用，协调受力，组成强度高、刚度大的支撑系统。

4.3支撑体系的方案比较和合理选定

4.3.1支撑材料和类型

钢支撑目前常用的有钢管支撑结构和H钢支撑结构，它们重量轻，刚度大，装拆工作量小，可重复使用，并且材料消耗少。而钢筋混凝土支撑由于制作方便而被广泛采用，其支撑变形控制的可靠度高，但其拆除比较困难，材料基本不能回收。并根据表4.1的比较，确定采用钢管支撑，目前常用?609圆钢管和H钢两种形式支撑，所以钢管规格取为?609×16。

4.3.2支撑道数

竖向支撑的道数、支撑点标高的确定，应考虑在一定地质条件下，满足基坑围护和支撑结构体系的稳定和控制变形的要求，还要与浇筑主体结构各层楼板时的换撑设计相协调。

根据规范要求，软土地区第一道支撑设于地下1.0~2.5m，每道支撑的竖向间隔一般介于2.5~4.5m之间，为减小基坑开挖后的围护结构的变形，最下道支撑的布置尽量落低，但应高出底板60cm以上，以便于底板和外墙的施工。所以本工程采取四道钢管支撑，初定各道支撑中心从上到下分别为-1.5m，-5.5m,-9.3m和-13.1m。围檩、立柱和支撑的结点处统一假定为铰接，两立柱之间跨度根据实际工程设定，但最大跨度不大于15m。

4.3.3支撑体系的平面布置

支撑杆件的相邻水平距离首先应确保支撑系统整体变形和支撑构件承载力在要求范围之内，其次应满足土方工程的要求。当采用钢筋混凝土围檩时，沿着围檩方向的支撑点间距不宜大于9m；当采用钢围檩时，支撑点间距不宜大于4m。取水平支撑的水平间距为4m。

4.3.4支撑立柱桩

竖向支撑钢立柱可以采用角钢格构柱、H型钢柱或钢筋混凝土立柱，便于穿越底板、楼板施工和以后的防水处理。围檩、立柱和支撑的结点处统一假定为铰接，两立柱之间跨度根据实际工程设定，但最大跨度不大于15m。

4.4基坑施工应变措施

基坑方案总体设计确定后，应对以后施工中可能出现的问题预先做周密的考虑。 对支撑和开挖施工过程中，可能出现的围护结构、支撑结构的过大变形和内力、周围地表过大沉降、以及围护墙和支撑体系的破坏和失稳等问题，在基坑工程设计时，应根据工程实践经验提出应变措施设计。在施工过程中，实时根据监测报警信息及时采取相应预防灾害事故的应变措施。表4.2为基坑开挖过程中可能出现的问题及相应的稳定应变措施。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第11页

表4.2 基坑施工应变措施

序号

开挖中可能出现的问题 围护结构出现渗水，漏泥或开挖面以下出现冒水

开挖土方不均衡，支撑延时导致2

围护和支撑的受力和变形速率变化过大，基坑回弹和周围土体变位过大

安全、稳定应变措施

1.出现渗水，漏泥应及时采取止水堵漏措施； 2.发现止水在设计施工中的薄弱环节，及时加固弥补措施

采取调整开挖及支撑的施工部位及参数，是基坑外荷均衡，减少每步开挖的空间尺寸，加快支撑的时间，增加支撑复加预加轴力的次数 1.增加临时斜撑、角撑；

3

围护结构刚度，强度不足，围护结构变形过大

2.支撑加设预应力； 3.调整支撑的竖向间距； 4.基坑四周卸载或坑内压载

1.分区分步开挖，并在最下层开挖中，分步挖分步浇注快硬混凝土垫层先形成部分垫层底版抵制墙

4

基坑隆起，变形过大

体变位；

2.采用中心岛施工法；

3.在坑底被动区土层中谨慎地超前一步进行双液快凝分层注浆加固土体或压载

1.加固支撑杆件；采用临时拉系构件缩短长细比必

5

支撑挠曲变形

要时在水平向及竖向增设支撑； 2.地面上对称卸载，坑内压载

6

支撑截面不足，有压损迹象

对支撑断面加固；在竖向及水平向增设支撑 1.设置竖向剪刀撑；

7

支撑立柱桩不均匀沉降（上浮）

2.设置稳定支撑的拉系构件； 3.支撑和节点上卸载或加载； 4.调整立柱上支托支撑的支托构件标高

围护、支撑、周围地表变形、坑8

底土体隆起变化速率均急剧加

大，基坑有失稳趋势

对基坑进行局部甚至全面回填或放水回灌以得到临时稳定，赢得时间进行地基或支撑加固

1

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第12页

5 计算书

5.1 荷载计算

在场中路站基坑工程中，围护结构所受的荷载主要考虑地面超载、竖向荷载和侧向荷载。在建筑场地范围内施工，根据相关规范要求，可取地面超载为q=20kPa。 5.1.1 各层土的物理力学性质指标

通过地质表和地质剖面图可得标准段土层的物理指标及厚度，如表5.1所示。

表5.1 标准段土层的物理性质指标 重度?土层编号 ①1 ②1 ③ ④ ⑥ ⑦1-1

土层名称

（KN/m） 18.0?? 18.2 17.6 16.6 19.3 18.3

3

粘聚力c(kPa) 15 21 12 14 46 5.5

内摩擦角土层厚度（m） 1.5 2.2 3.7 10.8 2.7 6.1

侧壁摩阻力力特征值fs（kPa） 57.8 22.8 9.7 20 49.3 23.2

?（°）

8.5 20.5 20.5 11.5 18 34

填土 粉质粘土 淤泥质粉质粘

土 淤泥质粘土 粉质粘土 1-1粉砂

各地层由于土的重度、粘聚力、摩擦角和厚度各不相同，同时根据下面采用的山肩邦男法的假设，要求墙背土压力呈线性三角形分布，在此为了达到计算方便和合理的目的，

各指标采用按土层厚度的加权平均值来计算。地下水位定为地下0.6m，地层砂性土厚度较小，计算中采用水土合算计算。

??i?hi （5.1） ???hi

式中 ?、C、?—土的加权平均重度（kN/m3）、加权平均粘聚力（kPa）、加权平均内摩擦

角（°）；

?i、Ci、?i—第i层土的重度（KN/m3）、粘聚力（kPa）、内摩擦角（°）； hi—第i层土的厚度（m）。

iC?h?C??h???h???hiii （5.2）

（5.3）

ii所以，墙底以上各层土的平均物理指标为：

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第13页

?1????i.hi?hi18.0?1.5?18.2?2.2?17.6?3.7?16.6?10.8?19.3?2.7?18.5?3.6?6.1?18.3

27?17.54kNm3?Ci.hiC1??hi15.0?1.5?21.0?2.2?12.0?3.7?14.0?10.8?46?2.7?5.5?6.127?15.40kPa??i.hi?1??hi?

8.5?1.5?20.5?2.2?20.5?3.7?11.5?10.8?18.0?2.7?34.0?6.1

27?17.84?坑内墙底至坑底各土层的物理指标为：

16.6?3.2?19.3?2.7?18.3?6.1?2??18.026kNm3 12?C2?14.0?3.2?5.5?6.1?46?2.7?16.9kPa

1211.5?3.2?18.0?2.7?34?6.1?2??22.48?

12将地面的均布荷载换算成位于地表以上的当量土重，即用假想的土重代替均布荷载。

假定地面为水平面，当量的土层厚度h'为：

qh'? （5.4）

?式中 h'—当量土层厚度（m）；

q—地面超载（kN/m2）；

?—围护结构周围土体的加权平均重度（kN/m3）。

20h???1.14m

17.54即开挖深度相当于h?h??15?1.14?16.14m。

基坑底板距离地连墙底部的距离hd?27?15.0?12.0m。

5.1.2计算土压力系数

根据规范要求，静止土压力系数可以按K0?1?sin?'计算，并参考《上海地铁场中路站详勘》得出：

静止土压力系数：K0?1?tan?1?0.678

主动土压力系数：Ka?tan2(45???12)?tan2(45??17.842)?0.53

被动土压力系数：Kp?tan2(45???22)?tan2(45??22.48?2)?2.24

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第14页

5.2 围护结构地基承载力验算

地连墙单位长度的竖向承载力特征值为：

Ra?fakBL?L?fsihi （5.5） 式中 Ra—地连墙的竖向承载力特征值，kN；

B、L—地连墙所取厚度、长度（m），B=0.8m、L=1.0m；

fak—墙底土的承载力特征值，根据场中路站详勘，fak?140kPa；

fsi—第i层土的墙体侧壁摩阻力特征值（见表5.1）； hi—第i层土的厚度（m）。

Ra?140?0.8?1.0?1.0?[(57.8?1.5?22.8?2.2?9.7?3.7?7.6?5.2)?2?(3.2?5.2?49.3?2.7?56.5?6.1)]?1199.07kN

地连墙自重：

G?26?0.8?1.0?30?624.0kN

根据经验，上部施工及超载传递下来的荷载取400kN，则 624.0?400?1024.0kN?Ra?1199.07kN

所以围护结构地基承载力满足要求。

5.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算

根据规范要求，使用简化后的Terzaghi地基承载力模式分析基坑的抗隆起稳定性，并用式5.6验算基坑的抗隆起稳定性。不考虑墙底以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响和基坑尺寸的影响，并假定地连墙底的平面为基准面，滑动中心位于最下层支撑点处，其计算简图见图5.1。

qAhτγhdγ(h+hd)C图5.1 基坑抗隆起计算简图

hd

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第15页

?2hdNq?cNC （5.6）

?1(h?hd)?q式中 Kwz—抗隆起稳定安全系数，一级基坑取2.5，二级基坑取2.0，三级基坑取1.7，本

Kwz?工程取2.5；

?1—墙背处墙底以上各土层的加权平均重度，?1?17.54kNm3；

?2—坑内坑底至地连墙底各土层的加权平均重度，?2?18.026kNm3； q—地面荷载，取20kPa； h—基坑开挖深度(m)，为15m； hd—墙体入土深度(m)，取10m；

?—分别为墙底以下滑移线场影响范围内地基土的粘聚力、内摩擦角，c、 c?0kPa，

??34?；

Nq、Nc—地基土的承载力系数，Nq?e?tan?tan(452???2)?14.895,Nc?(Nq?1)tan??20.7418.026?10?14.895?5.44?2.5

17.54?27?20所以基坑底部土体不会发生隆起破坏现象。

Kwz?5.4抗渗验算

在对基坑进行抗渗验算时，当采用围护墙自防水时，验算至连续墙底部，可通过式5.7验算基坑底部稳定性。

hwhdh图5.2 抗渗验算简图

Ks?ic?ds?1??1?e? （5.7） ?ihwL式中 Ks—抗渗稳定安全系数，取1.5~2.0。基坑底土砂性土、砂质粉土或粘性土与粉性土中有明显薄层粉砂夹层时取大值。本工程取Ks?2.0；

?'ds?1ic—坑底土体的临界水头坡度，ic??；

?w1?e

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第16页

ds、e—坑底土的土粒比重、天然孔隙比，ds?2.73、e?1.002；

hi—坑底土的渗流水力梯度，i?w；

Lhw—基坑内外土体的渗流水头，取坑内外地下水位差，hw?15?0.6?14.4m；

L—最短渗径流线总长度，L?14.4?2?10?34.4m。

hd—地下连续墙的嵌固深度；

(2.73?1)(1?1.002)Ks??4.12?2.0

11.434.4所以本工程基坑不会发生渗流破坏现象。

5.5抗倾覆验算

基坑的抗倾覆稳定性，通过验算最下一道支撑以下的主、被动区的压力绕最下道支撑支点的转动力矩是否平衡，来判断是否发生倾覆。计算简图如图5.3。

qAhtepik

eaik图5.3 抗倾覆计算简图

其抗倾覆稳定性安全系数KT应满足：

MpKT? （5.6）

Ma式中 KT—抗倾覆稳定性安全系数，一级基坑工程取1.20，二级基坑工程取1.10，三级基

坑工程取1.05，本工程中取1.20；

Mp—基坑内侧被动土压力对A点（最下层支撑处）的力矩；

Ma—基坑外侧主动土压力对A点的力矩；

根据图5.3及主动土压力与被动土压力计算公式可得支护结构底部土压力：

?qKa2?C K eaik??1?h?h?dKa a （5.7）

epik??2hdKp?2CKp （5.8）

将式（5.8）对A点取矩，求得MP为：

1?2??1?2 Mp??2hdKp?hd?ht??2C2Kphd?hd?hp?

2?3??2?其中，hd是地连墙的嵌固深度，为12m，ht为A点至基坑地面的距离，取为1.5m。据

hdh中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第17页

此求得Mp?22812.42kN?m。

将式（5.7）对A点取矩，求得Ma为：

113 Ma??1Ka?hd?ht??Ka?q??1?h?ht??2C1?32求得Ma?14555.39kN?m。 所以KT2 Ka?h?h??dt?Mp22812.42???1.567?1.20 Ma14555.39所以本工程基坑抗倾覆稳定性满足要求。

5.6整体圆弧滑动稳定性验算

无论是放坡开挖还是支护开挖，都要验算基坑的整体稳定性，通常破坏的滑动面呈圆弧形。这种稳定验算是将支护结构与土体一起作为总体进行分析的。当基坑内只设置一道

支撑时，应验算整体滑动；设置多道支撑时，可不作整体圆弧滑动稳定性验算。由于不基坑纵向设四道支撑，所以不必进行整体圆弧滑动稳定性验算。

5.7围护结构及支撑内力计算

采用地下连续墙工法进行基坑围护，所以对坑边土体的水平位移有严格的要求。将地连墙墙背土压力按静止土压力考虑，这样得到的计算结果偏于安全。地连墙前端的土压力用被动土压力。计算使用山肩邦男近似解进行计算，计算简图如图5.4所示。其假定为：

（1）粘性地层，墙体作为底端自由的有限长的弹性体；

（2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）；

（3）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力，其中（?x??）为被动土压力减去静止土压力（?x）后的数值；

（4）横撑设置后，即作为不动支点；

（5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的板桩仍然保持原来的位置；

（6）开挖面以下板桩弯矩M?0的那点，假想为一个铰，而且忽略此铰以下的墙体对上面墙体的剪力传递。 -xN1N2N3N4地平线h0Kh1Kh2Kη(h0K+x)-yh3Kζy当前开挖面xmξx+Ah4Kx图5.4 山肩邦男近似解计算简图

挡土墙背后的静止土压力为：

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第18页

P0=?h??1hK0 （5.9）

式中 P0—静止土压力（kPa）；

h—距离地面的深度（m）；

?—竖向土压力转换为侧向土压力的转换系数，即侧压力系数。 据此，通过比较系数??11.89

根据山肩邦男近似解假设的第三条，开挖面以下的（?x??）为被动土压力减去静止土压力（?x）后的数值，所以：

（5.10）

式中 ?x??—基坑底面以下x处被动土压力与静止土压力?x的差值（kPa）； 。 x—据坑底的深度（m）

解得 ?x???(18.026?2.24?11.89)x?2?16.9?2.24 通过比较系数求得??28.49，??50.587。

山肩邦男近似解只需应用两个静力平衡平衡方程，即：?Y?0和?MA?0，即挡土结构前后侧合力为零和挡土结构底端自由。由?Y?0，得：

k?11212 （5.11） NK??h0k??h0kxm??Ni??xm??xm221?x????2xKp?2c2Kp??x由?MA?0得：

1312?xm???h0k????hkk?xm???h0k???hkk?xm32 （5.12） k?1k?111???[?Nihik?hkk?Ni??h02k?hkk?h0k?]?023??11式中 NK—第k道支撑的轴力（kNm）；

h0k—换算墙顶至坑底高度（m）；

xm—坑底至地连墙弯矩为零处的高度（m）； hik—第i道支撑距当前开挖面高度（m）；

hkk—最下道支撑距当前开挖面的高度（m）。

在荷载计算部分已将地面超载等效成当量的土重，厚度为1.14m。 （1）第一道支撑内力计算：

第一到支撑设于距墙顶1.5m，开挖至第二道支撑顶端，即距墙顶5.5m处。所以k=1，h0k=1.5+4+1.14=6.64m，h1k=4m。代入式（5.12）得： 1132?28.49xm??(11.89?6.64?50.587?28.49?4.0)xm?(11.89?6.64?50.587)?4xm3211??11.89?6.642?(4??6.64)?023

32简化得：9.487xm?42.80xm?113.45xm?468.89?0

解得： xm?3.37m

将xm代入式（5.11）中得出轴力N1为：

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第19页

11?11.48?6.642?11.89?6.64?3.37?50.587?3.37??28.49?3.37222?195.9kN k?113墙体弯矩为：Mk???h0k?hkk???Ni(hik?hkk)

611第一道支撑处墙的弯矩为：M1??11.89?(6.64?4)3?36.46kN?m。

6（2）第二道支撑内力计算：

N1?继续开挖至第三道支撑顶面，此时，k=2，h0k=6.64+3.8=10.44m，h1k=7.8m，h2k=3.8m，代入式（5.12）得：

1132?28.49xm??(11.89?10.44?50.587?28.49?3.8)xm?(11.89?10.44?50.587)?3.8xm3211?[195.9?7.8?3.8?195.9??11.89?10.442?(3.8??10.44)]?023

32简化得：9.49xm?17.36xm?279xm?993.22?0

解得： xm?5.99m

将xm代入式（5.11）中得出轴力N2为：

11?11.89?10.442?11.48?10.44?5.99?195.9?50.587?5.99??28.49?5.99222?381.48kN

k?113墙体弯矩为：Mk???h0k?hkk???Ni(hik?hkk)

61第二道支撑处墙的弯矩为：

1M2??11.89?(10.44?3.8)3?195.9?46

??203.457kN?mN2?（3）第三道支撑内力计算： 继续开挖至第四道支撑顶面，此时，k=3，h0k=10.44+3.8=14.43m，h1k=11.6m，h2k=7.6m，h3k=3.8m，代入式（5.12）得： 1132?28.49xm??(11.89?14.43?50.587?28.49?3.8)xm?(11.89?14.43?50.587)?3.8xm3211?[195.9?11.6?381.48?7.6?3.8?(195.9?381.48)??11.89?14.432?(3.8??13.44)]?023

32 简化得：9.49xm?11.87xm?327.64xm?1393.13?0解得： xm?8.52m

将xm代入式（5.11）中得出轴力N3为：

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第20页

N3??1?11.89?14.242?11.89?14.24?8.52?195.9?381.48?50.587?8.5221?28.49?8.5222?598.76kN

第三道支撑处墙的弯矩为：

1M3??11.89?(14.24?3.8)3?[195.9?(11.6?3.8)?381.48?3.8]6

??722.72kN?mm（4）第四道支撑内力计算：

继续开挖至基坑底板，此时，k=4，h0k=14.24+1.9=16.14m，h1k=13.5m，h2k=9.5m，h3k=5.7m，h4k=1.9m，代入式（5.12）得：

1132?28.49xm??(11.89?16.14?50.587?28.49?1.9)xm?(11.89?16.14?50.587)?1.9xm321?[195.9?13.5?381.48?9.5?598.76?5.7?1.9?(195.9?381.48?598.76)??11.8921?16.142?(1.9??16.14)]?03

32简化得：9.49xm32.1975xm381.56xm1967.96=0

解得： xm=9.72

将xm代入式（5.11）中得出轴力N4为：

1N4=×11.89×16.142+11.89×16.14×9.72195.9381.48598.7650.587×9.7221 ×28.49×9.7222=400.29kN第四道支撑处墙的弯矩为：

1M4=×11.89×(16.141.9)3[195.9×(13.51.9)+381.48×(9.51.9)+598.76×(5.71.9)]6=1724.81kNm

基坑底部弯矩为：

413M底=ηh0k∑Nihik611=×11.89×16.143(195.9×13.5+381.489×9.5+598.76×5.7+400.29×1.9) 6=2110.35kNm（5）求连续墙墙体的最大弯矩：

设最大弯矩点为距基坑底x高度，则有

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第21页

413M?x????h0k?x???Ni?hik?x?，令dM(x)?0，解得 x=-0.06m

61所以墙体的最大弯矩在墙体底面。： Mmax?M底?-2110.35kN?m

连续墙的最大剪力Vmax经过计算比较，确定在第三道支撑下端，紧邻第三道支撑。为：

Vmax12=η(h0kh3k)2N∑13i=0.5×11.89×(16.141.9)2(195.9+381.48+598.76+400.29)

Vmax??502.56kN

图5.5围护结构弯矩/ 支撑轴力图

5.8 支撑强度验算

5.8.1 强度验算

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）,采用钢管内支撑时，支撑的截面承载力按偏心受压构件验算。截面的偏心弯矩除由竖向荷载（支撑自重和施工活荷载，施工活载一般可取4kPa）产生的弯矩外，还应考虑由于安装误差对构件产生的偏心距，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012），偏心距可取支撑计算长度的1/1000。支撑未考虑温度变化引起的影响，本工程中支撑轴向力乘以1.1的增大系数。

轴力最大处为第三道支撑N?598.76kN，进行验算。支撑水平间距为4m，则支撑的验算轴力为：

N?1.1?598.76?4?2636.54kN

基坑宽度为20m，根据规范要求设置中间临时立柱，实际跨度为10m，则计算长度为：l0??l?1.0?10?10m。假定为简支梁计算模型，如图5.6。

MaN3AqMbN3Bl=10m

图5.6 支撑计算简图

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003），有：

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第22页

NMx??fA?xWx

（5.13）

式中 A—净截面面积；

Wx—错误！未指定书签。对x轴的净截面模量； Mx—截面承受的最大弯矩；

N—所计算构件段范围内轴向压力值，N?2636.54kN错误！未指定书签。；

f错误！未指定书签。—钢材的设计抗压强度设计值，Q235钢按f?215N/mm2；

?x—截面的塑性发展系数，圆形截面，取?x?1.15。 Ф609×16钢管的截面性能计算：

?面积：A??(6092?5772)?29792.3mm2

4?惯性矩：I??(6094?5774)?1311.5?106mm4

641311.5?106?4.3?106mm3 截面模量：W??6092?1311.5?106?210mm 回转半径：r?29792.3每米重量：g?77.08?29792.3?106?2.3kN/m

由竖向荷载（支撑自重及施工活荷载）引起的最大弯矩为：

1M1??(4?4?2.3)?102?178.75kN?m

8由于安装偏心产生的弯矩，偏心值为：

11?10e?l0??0.01m，故取e?0.01m

10001000M2?N3e?2636.54?0.01?26.36kN?m 截面最大弯矩：M?M1?M2?171.67?26.36?198.03kN?m 所以有：

MxN2636.54?103198.03?10622????128.54Nmm?[f]?215NmmA?xWx29792.31.15?4.3?106

故支撑强度满足设计要求。 5.8.2 弯矩作用平面内的稳定性验算

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）压弯构件平面内的稳定性验算用下式进行。

?mxMxN??f （5.14） ?xA?N??xWx?1?0.8'??NEx?式中 N—所计算构件段范围内轴向压力的设计值；

Mx—所计算构件段范围内最大弯矩的设计值；

Wx—弯矩作用平面内的截面模量，Wx?4.3?106mm3；

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第23页

l?10000210?47.60?[?]?75； r?EA3.142?2.1?105?29792.3`7'??2.475?10N NEx—参数，NEx?221.1?x1.1?47.6?x—弯矩作用平面内的轴心受压构件的稳定系数，根据?x的值，查表得?x?0.922?x—长细比，?x?2（a类截面）；

?mx—等效弯矩系数，?mx?1.0；

所以有：

2636.54?103?0.922?29792.31.0?198.03?1061.15?4.3?10?(1?0.8?62636.54?1032.475?107?125.01Nmm2?[f]?215Nmm2)支撑弯矩平面内的稳定性符合设计要求。

5.9 地下连续墙配筋验算

混凝土采用C30，fc?14.3Nmm2，ft?1.43Nmm2错误！未指定书签。，根据《建

2筑地基基础设计规范》， 主筋采用HRB335，钢筋强度设计值fy?300Nmm，错误！未

指定书签。主筋保护层厚度取70mm，构造筋采用HPB235，选取单位宽度地下连续墙进行配筋验算。最大正弯矩Mmax?2034.58kN?m错误！未指定书签。，最大负弯矩

Mmin?36.46kN?m。 5.9.1 纵向通长钢筋设计

（1）开挖面墙体配筋：

按最大配筋率，单筋矩形截面所能承受的最大弯矩为：

2?0b??b （5.15） Mumax??f?1?0.51cbh?s?Mmax （5.16）

?1fcbh02?f???1c （5.17）

fyAs??bh0 （5.18）

式中 ?1—与混凝土强度相关的常数，混凝土等级小于C50时取?1?1.0；

fc—混凝土抗压强度值，fc?14.3Nmm2；

b—地连墙的宽度，b?1.0m；

h0—混凝土截面有效高度，h0?800?70?25?705mm；

?b—界限相对受压区高度，与钢材和混凝土二者的等级有关，查规范取?b?0.55； ?s—截面抵抗弯矩系数；

?—相对受压区高度，??1?1?2?s；

2fy—钢筋抗拉强度设计值，fy?300Nmm；

?—截面配筋率；

?min—截面最小配筋率。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第24页

Mumax?1.0?14.3?1000?7052?0.55?(1?0.5?0.55)?10?6?2834.1kN?m?Mmax?2119.35kN?m

所以只需采用单筋即可满足要求。

2119.35?106?s??0.298 21.0?14.3?1000?705??1?1?2?0.298?0.349??b?0.55

????1fc1.0?14.3?0.349??1.67fy30000??min?max0.2?000.45ftfy?0.2100??0.2100

As?0.0167?1000?705?11774mm2

错误！未指定书签。受拉区选配Ф28@100钢筋，配筋面积为As?12306mm2错误！未指定书签。。 （2）墙背侧配筋：

经计算，最大负弯矩可忽略不计，按照构造配筋：选配Ф22@100。

As'?10?380.1?3801mm2

A?As?As`?12306?3801?16107mm2

5.9.2 水平钢筋设计

（1）验算截面尺寸

hw?h0?705mm hw705??0.75?4 b1000由此有：0.25?cfcbh0?0.25?1.0?14.3?1000?705?2520.375kN?502.56kN 其中hw为截面腹板高度；?c为混凝土强度影响系数，由于选择C30混凝土，所以?c取为1.0；b为矩形截面宽度，此处为1000mm。由以上计算可得不会产生斜压破坏。

（2）验算是否需要计算配置水平钢筋

Vc?0.7ftbh0 （5.19）

式中 Vc—混凝土能抵抗的最大剪力；

ft—混凝土抗拉强度。 代入各数值有：

Vc?0.7?1.43?1000?705?705705N?502560N

因此直接按构造配置水平分布钢筋，选用?18钢筋，间距250mm。

受压区构造钢筋Φ22@100 箍筋Φ18@250 主筋双排Φ28@ 100

图5.7 地下连续墙截面配筋图

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第25页

6 基坑主要技术经济指标

基坑结构类似与长方形，其长度为174.90m，总高度15m，总宽度20m。

6.1 开挖土方量

实体土方开挖量V为：

V?174.90?20?17.60?61564.8m3

根据工程经验，取松散系数为1.2。则松散体土方量V1为：

V1?61564.8.6?1.2?73877.76m3

6.2 混凝土浇筑量

墙体厚度为800mm，因此标准段混凝土浇筑量为：

V2?(174.90?20)?2?27?0.8?8419.68m3

6.3 钢筋用量

地下连续墙长度为174.9m，宽度为20m，厚度800mm。根据地下连续墙配筋计算内侧（临坑面）配筋积为As?12306mm2。纵向钢筋体积V3及其质量M3分别计算如下：

V3?16107?10?6?27?(174.90?20)?2?156.96m3

M3?156.96?7.85?103?1232.16t

6.4 人工费用

施工总人数按80人算，日工资按100元/人计算，总工期为369 80?100?369?10?4?295.2万元

第二部分

上海地铁场中路站基坑施工组织设计

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第25页

1 基坑施工准备

1.1 基坑施工的技术准备

技术准备的主要工作包括：

（1）熟悉、审查设计图纸及相关设计文件； 基坑工程的熟图与审图的重点是：

1）审查设计图纸及说明是否完整、齐全、清楚，图纸中的尺寸、标高是否准确，图纸之间是否有矛盾；

2）基坑工程与车站结构之间是否有矛盾，支撑及换撑布置对地下室土建施工是否有影响；

3）各种材料、构件，如钢管支撑、钢板桩等供应是否有问题，规格、性能、质量等能否满足设计要求；

4）支护结构设计是否便于土方开挖及大型机械的开行及作业。 （2）掌控地形、地质、水文等勘察资料；

地形、地质、水文等地质条件的调查，内容包括：

1）地形情况：包括地形起伏、河流、交通、拟建地区附近建筑物及地下管线的情况； 2）土层地质情况：地质构造，土的性质与类别，土的承载能力、渗透性等；

3）水文资料：河流流量、水质、最高洪水位、枯水期水位、地下水质量、含水层厚度，流向、流量、流速，地下水最高及最低水位等；

4）气象资料：气温情况、季节风情况、雨量、积雪、冻结深度、雨季及冬季的期限等。

（3）进行工艺试验：测定护壁泥浆的密度等；

（4）编制相关施工方案，重点是施工方法、进度计划及施工平面布置； （5）其他一般工程所需的技术准备工作。

1.2 基坑施工的现场准备

1.2.1 拆除障碍物

根据现场实际情况，在施工区域主要有民房、公共设施、架空电线、埋地电缆、自来水管、污水管、煤气管道等障碍物。原有建筑物或构筑物应在水源、电源、气源等切断后方能进行拆除。基坑工程应特别重视地下的障碍的清理，通常对埋深不大的地下障碍在开挖前全部清理干净，并回填素土；对埋深较大的小面积地下障碍，也可在支护墙施工过程中再作处理，而埋深较大且面积也较大的地下障碍宜在开挖前清理，以免影响后期施工。

场地西侧为居民住宅，住宅离基坑较远，在基坑开挖影响范围以外。基坑东侧为沪太路，南侧为洛场路，路面下有较多的市政管线，需在施工中加强对基坑变形的控制。 总体而言，本工程周围建筑物大部分距离拟建场地红线位置较远， 建筑物结构形式较好。 车站没有控制性管线，暂无影响施工的建筑物和构筑物。 1.2.2 测量放线

根据施工实际工程要求，在拟建场地进行测量放线，主要包括：

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第26页

（1）平面控制网的测定及控制桩的保护； （2）标高的引测和基准水准点的保护； （3）支护的定位、放线；

测量放线完成后，应做好地连墙与基坑底板、地连墙与规划红线的相对位置校核，防止发生偏差，给后继工作留下隐患。 1.2.3 三通一平

（1）路通

车站主体围护结构和土建结构施工阶段，在沪太路和洛场路各布置一个大门，且路分别由此延伸至生活区和施工场地。基坑开挖与结构施工期间，车站周边修筑7m宽施工便道，作为施工期间机械设备、出土车辆进出的通道。

（2）水通

施工用水用2个?100mm的供水管接口，直接从提供的供水接驳点接入施工场地，引至各生产、办公区域及临时场地。为了方便施工，在主要道路沿线每隔30m设一组水龙头。施工用水压力不足时，在适当地点增设增压泵，以满足施工要求。

（3）电通

现场采用两个容量各为800KVA配电箱，满足用电高峰期的使用要求。 （4）场地平整

施工场地的平整工作，是按照建筑设计中确定的标高进行的，对施工用的大型机械、构件的堆放和使用地点，要认真进行碾压，必要时还应做地基处理。 1.2.4 临时设施的准备

（1）施工围墙

施工围挡采用装配式彩色喷涂钢围挡，围挡板为宽1m、高2m硬质彩钢板，采用大型砌块作踢脚，踢脚两面粉刷1：2防水砂浆。

（2）临时房屋

办公用房均采用二层彩钢夹芯复合板结构，宿舍采用二层彩钢板夹芯复合板或水泥复合板结构，生活用房中的食堂、厕所、浴室采用一层彩钢板夹芯合板结构或砖木结构。电工房等采用一层水泥复合板结构或砖木结构。

（3）用于地下墙施工的临时设施 1）钢筋笼制作场

钢筋笼制作场由钢筋加工棚、钢筋堆场和钢筋笼制作胎模组成。 2）泥浆系统

泥浆系统由半埋式泥浆池、集装式泥浆箱、泥浆材料仓库、泥浆拌制机械、泥浆分离设备、泥浆输送泵及泥浆循环管路结合而成。

3）临时集土坑

因地下连续墙成槽作业时挖出的土体带有浆液和烂泥，直接装车外运会沿途滴漏，造成环境污染。为此，拟在工地上设置一个能容纳2幅地下墙土方的临时集土坑，用来临时收集成槽挖出的湿土，待沥干泥浆后，再运出。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第27页

1.3 基坑施工的其他准备

1.3.1施工物资的准备

在开工前应对所需施工物资做好需用量计划，做好订货手续，安排运输和储备，以便及时提供所需的机械设备、材料、构件等。开工前应作两项物资准备工作：

（1）基坑工程施工机械设备及机具进场。 （2）主要材料及特殊材料、构件的落实。 1.3.2劳动力准备

按照工程施工进度计划，安排合理的施工劳动力资源使用计划，并对劳动力使用计划进行分析，以保证工程施工的顺利进行，保证劳动力的合理、均衡供应。劳动力计划安排情况见表1.1。

1.3.3季节施工

（1）雨季施工措施

根据上海的气候特点其降雨主要集中在5-8月份，根据这一特点选定开工日期，避开雨期进行土方开挖施工。

浇捣混凝土时中间遇雨，应盖上蓬布继续施工，必须完成一个节段的混凝土施工后再停止浇筑，避免发生纵向冷缝。

机电设备的电闸要采取防雨、防潮等措施，并安装接地保护装置，以防漏电、触电。（2）冬季施工措施

混凝土在终凝前温度不得低于+4℃，因此冬季施工时要准备好足够的覆盖物，浇捣完成后及时覆盖，尤其在迎风面更应覆盖严密，模板外侧也需盖好。

表1.1 劳动力计划表

工序

工种 机操工 电焊工

地下墙施工

混凝土工 起重工 测量工 普通工 现场指挥 普通工 木工

基坑与结构施工

钢筋工 混凝土工 吊车司机 起重工 试验工

人数 9 16 6 6 3 20 4 30 20 11 8 6 6 4

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第28页

测量工 卡车司机 机修工

4 8 6

1.3.4应急准备工作

在施工过程中，制定好预防对策及相应的应急措施，落实必要的器具、材料，如钢支撑、井点降水设备、注浆设备、墙体堵漏剂、麻袋等，做好监测方案及测点的布置，组织落实应急抢险的人员。

对于施工中可能出现围护结构、支撑结构的过大变形和内力、周围地表过大沉降、以及围护墙与支撑体系的破坏和失稳问题，根据设计第一部分基坑施工应变措施设计作好各项准备。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第29页

2 施工方案

2.1 概况

上海地铁七号线一期工程二标段场中路站位于沪太公路南侧和大场税务所东侧。拟建场中路站建（构）筑物主要由地铁行车道及人行通道组成，车站段地铁行车道主体长约220m，宽约20m，人行通道长约70~80m，宽约10m。车站结构型式为地下二层岛式，底板埋深为15.00m。

2.1.1 基坑主要技术特征

基坑开挖深度15m，设计采用刚度大、强度高、抗渗性能好的地下连续墙作为围护结构。地下连续墙墙厚800mm，长220m，嵌固深度12m。地下连续墙混凝土设计强度等级为C30，抗渗等级为S6。

基坑开挖面积约4400m2，开挖深度约12m，开挖土方量为52800 m3。

基坑设置4道钢支撑，采用?609支撑。支撑中心距离地面分别为1.5m、5.5m、9.3m、13.1m。

2.2 施工方法的确定

2.2.1 施工方案的确定

根据场区及周边环境、交通疏解方案，场内地质情况以及东西相邻标段施工的实际情况，施工时车站采用明挖顺筑法施工。施工总体安排如下：

（1）基坑开挖

基坑开挖采用小型挖掘机进行水平挖土、驳运，伸缩臂挖掘机垂直运输，履带吊吊运安装支撑的方案。

（2）围护结构施工

车站基坑围护结构采用地下连续墙由东向西施工，由上至下分层开挖支撑。 （3）车站土石方施工

自车站东西两端向中间开挖车站基坑的土石方，东西两端各挖出1～2段结构长度后开始施工车站主体结构。

（4）车站主体及内部结构施工

基坑底板施工完成与进行换撑等处理后，开始施工车站主体及内部结构，施工顺序为从下至上，从外到内。

（5）出入口、风道施工

以上工作完成后，即可进行出入口、风道等辅助结构的施工。 2.2.2 工程的施工顺序

本工程基坑施工的主要工序为：导墙的制作、泥浆的制备、槽段的开挖、钢筋笼的制作与吊装、混凝土的浇筑、立柱的施工、基坑开挖、基坑降水、支撑安装与拆除。 2.2.3 施工机械

（1）地下连续墙施工设备

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第30页

地下连续墙施工设备见表2.1。

表2.1 地下连续墙施工设备表

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

名 称 经纬仪 水准仪 液压挖掘机 空气压缩机 斗式装载机 自卸卡车 定型钢模 插入式振动器 平板式振动器 钢 跑 板 冲 拌 箱 双轴拌浆机 土渣分离筛 旋流除渣器 双层振动筛 泥 浆 泵 泥 浆 泵 手拉葫芦 泥浆取样绞车 泥浆取样筒 泥浆取样盆 泥浆测试仪器 电子秒表 磅 秤 吸引胶管 宝塔头法兰 绵纶软管 消防快速接头 液压抓斗 液压抓斗 履 带 吊 履 带 吊 履 带 吊

型 号 规 格

T2 DS3 WY-100 W-6/7 WA-300 东风4.5T 含配套附件 通用产品 通用产品 1×6M/块 4m/只 4m/套 自 制 600型 2DD-918型改造 3LM型（5KW） 4PL-250型（15KW）

0.5-1.0T 自 制 1000cc

机台用成套产品 通用产品 100kg Dg100×6m/根 Dg100（配吸引胶管）

Dg65(2.5”) Dg65(配锦纶软管)

单位 台 台 台 台 台 台 m2 台 台 块 只 套 只 只 只 只 只 只 台 只 只 套 块 台 根 只 m 付

数量 2 2 1 1 1 2 250 6 2 10 1 2 1 8 2 10 5 5 1 1 10 1 3 1 20 40 200 20 1 1 2 1 1

用 途 测量放样 破碎障碍物 土方内驳 导墙、道路等钢筋混凝土结构施工 泥浆系统平台

泥浆系统设备

泥浆测试器具

泥浆输送管路

MHL-60100型（日本） 台 MHL-80120型（日本） 台

KH180型 KH180 型 KH180型

台 台 台

成槽作业 同液压抓斗配套 钢筋笼等吊装作业

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第31页

34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

超声波测壁器 空气升液器 空气压缩机 钢筋切断机 钢筋成型机 闪光对焊机 直流电焊机 接 头 管 接 头 管 接 头 管 混凝土导管 液压顶管机

DM-686-Ⅲ型 Dg100×28m/套 0.9m/分通用产品 GQ40-A型(3KW) GC40-1型(3KW) UN-100型(100KW) AX-320×1型(14KW) 1000型 43m/套 600型 34m/套 600型 30m/套 φ300或φ270 43m/套

自制200t/套

套 套 台 台 台 台 台 套 套 套 套 套

1 1 2 2 2 1 15 2 2 2 3 1

槽段质检 清底换浆

地下连续墙钢筋笼制作和结构钢筋配料等

墙体混凝土浇灌

顶拔接头箱反力管

（2）基坑开挖与地下结构施工设备 基坑开挖与地下结构施工设备见表2.2。

表2.2 基坑开挖与地下结构施工设备表

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

名 称 破 碎 机 空 压 机 钻 机 深 井 泵 手拉葫芦 蚌式抓斗 履 带 吊 液压挖掘机 液压挖掘机 液压挖掘机 液压挖掘机 液压挖掘机 液压挖掘机 液压挖掘机 自卸卡车 油 泵 车 组合千斤顶 定型钢模板/扩大定型钢模 插入式振动器 平板式振动器

型号 规格 日本古河2×200

9M3 SPJ-300 100JC型 0.5T 1M3 50T（日本） 日立EX220-2 卡特E300,1.6M3 日立EX200,1.0M3 日立EX220,0.9M3 大宇DH50,0.25M3 小松PC75,0.3M3 日立EX70,0.6M3 15T太脱拉 32～60Mpa 2×200T 国标型号 通用产品 通用产品

单位 数量 台 台 台 台 台 只 台 台 台 台 台 台 台 台 辆 套 套 m2 只 只

2 4 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1 20 2 4 500 20 10

地下结构施工 出 土 施加支撑预应力 基坑挖土与支撑

用 途 破碎导墙 墙体凿毛 立柱桩施工 基坑内外降水

2.2.4 施工工期的确定

上海地铁场中路站基坑工程施工自2012年7月1日开始，到2013 年7月4日结束，

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第32页

历时369天。

2.3 施工流程

2.3.1 地下连续墙的施工

地下连续墙施工主要包括导墙制作、挖土成槽、钢筋笼制作与安装、混凝土浇灌等，具体流程如图2.1所示。

（1）导墙施工

导墙作为测量的基准、重物的支承，还可存蓄泥浆，导墙的施工放样须准确无误。在施工过程中要保证导墙沟内不积水，导墙混凝土浇筑完毕，拆除模板之后，应采取一定措施，避免其产生位移。

（2）泥浆制备 泥浆制备的流程较为复杂，主要包括新鲜泥浆的配制、泥浆分离、劣化泥浆的处理等，具体工艺流程如图2.2所示。

（3）槽段开挖

用抓斗挖槽时，要使槽孔垂直，最关键的一条是要使抓斗在所受阻力均衡的状态下挖槽，要么抓斗两边的斗齿都吃在实土中，要么抓斗两边的斗齿都落在空洞中，切忌抓斗斗齿一边吃在实土中，一边落在空洞中，根据这个原则，单元槽段的挖掘过程中，应注意下面几个顺序原则：

1）先挖槽段两端的单孔，或者采用挖好第一孔后，跳开一段距离再挖第二孔的方法，使两个单孔之间留下未被挖掘过的隔墙，这就能使抓斗在挖单孔时受力均衡，可以有效地纠偏，保证成槽垂直度。

2）先挖单孔，后挖隔墙。因为孔间隔墙的长度小于抓斗开斗长度，抓斗能套往隔墙挖掘，同样能使抓斗吃力均衡，有效地纠偏，保证成槽垂直度。

3）沿槽长方向套挖。待单孔和孔间隔墙都挖到设计深度后，再沿槽长方向套挖几斗，把抓斗挖单孔和隔墙时，因抓斗成槽的垂直度各不相同而形成的凹凸面修理平整，保证槽段横向有良好的直线性。

4）在抓斗沿槽长方向套挖的同时，把抓斗下放到槽段设计深度上挖除槽底沉渣。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第33页

施工准备

泥浆系统测量放样

导墙制作 新鲜泥浆配制 挖槽机组装 槽段挖掘

泥浆贮存供应

成槽质量检土方外运 验 泥浆复制再清沉渣换浆

振动吊装钢筋笼 泥钢筋笼制作 浆 吊装接头箱 分旋流器 离 吊装接头管 净 化 沉淀池 设置砼导管

商品砼供应 浇灌墙体砼 回收槽内泥浆 拔出接头管 劣化泥浆处理 拔出接头箱 基坑开挖

图2.1 地下连续墙主要施工流程

（4）钢筋笼制作与吊放

1）钢筋笼在胎模上整节制作，一次吊装。

2）钢筋笼制作全部采用电焊焊接，不得用镀锌铁丝绑扎。

3）各种钢筋焊接接头按规定作拉弯试验，试件试验合格后，方可焊接钢筋，制作钢筋笼。

4）按翻样图布置各类钢筋，保证钢筋横平竖直，间距符合规范要求，钢筋接头焊接牢固，成型尺寸正确无误。

5）按翻样图构造混凝土导管插入通道，通道内净尺寸至少大于导管外径5厘米，导

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9es6.html