地下鐵道課程設(shè)計(jì)

1、華東交通大學(xué)地下鐵道課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間：2009年12月28日2010年1月10日設(shè)計(jì)題目：深圳地鐵1號(hào)線科技園站基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)班級(jí)：06-城市軌道工程-1班第一組本組各成員如下姓名：劉麗麗 學(xué)號(hào)：02姓名：石江維 學(xué)號(hào)：08姓名：陳齊歡 學(xué)號(hào)：26姓名：王炳陽 學(xué)號(hào)：14姓名：朱強(qiáng) 學(xué)號(hào)：32姓名：張俊濤 學(xué)號(hào)：31姓名：李幸發(fā) 學(xué)號(hào)：20深圳地鐵1號(hào)線科技園站基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)目 錄第一部分 圍護(hù)設(shè)計(jì)說明 一、工程概況 -03 二、設(shè)計(jì)依據(jù)- 03 三、場地現(xiàn)狀及工程地質(zhì)情況 -03 四、圍護(hù)方案選擇及介紹-03 第二部分 圍護(hù)體系計(jì)算說明一、計(jì)算方法說明-05 二、計(jì)算參數(shù)及土工指標(biāo)-05 三、基

2、坑圍護(hù)體系計(jì)算分析內(nèi)容-05 第三部分 基坑圍護(hù)工程設(shè)計(jì)圖一、基坑圍護(hù)總平圖-10二、基坑圍護(hù)縱斷面圖-10三、基坑圍護(hù)橫斷面圖-10四、基坑圍護(hù)人工挖孔樁鋼筋構(gòu)造圖-10第四部分 附錄-計(jì)算書一、 工程概況 -10二、 地質(zhì)條件 -11三、 工況模擬 -11四、 工況內(nèi)力計(jì)算 -13五、 土壓力及基坑穩(wěn)定計(jì)算-16六、 人工挖孔樁配筋計(jì)算 -26七、 設(shè)計(jì)總結(jié)-28第一部分 圍護(hù)設(shè)計(jì)說明一、工程概況深圳地鐵1號(hào)線科技園站深基坑場址位于深圳一游樂場和沙河立交橋之間,基坑兩側(cè)各有兩棟在建工程?；酉蛭鳛樯钲跈C(jī)場方向，向東為世界之窗方向?；娱_挖深度大,一般開挖深達(dá)19m ,為超深基坑，其地理位置

3、十分重要，南側(cè)距深南大道越40m?，F(xiàn)地面高程約5m ,地鐵基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高為-14m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)。二、設(shè)計(jì)依據(jù)1. 深圳地鐵二期1號(hào)線續(xù)建工程詳勘階段科技園站巖土工程勘察報(bào)告2. 深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（SJG05-96）3. 建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)“建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程” （JGJ120-99）；4. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）；三、場地現(xiàn)狀及工程地質(zhì)情況站址區(qū)為海沖積平原，地勢西高東低，現(xiàn)地面高程3.936.52m地勢略有起伏。站區(qū)范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層，海沖積層及第四系殘積層。1、 本場地地質(zhì)類別為類（普通土：主要成分為粉質(zhì)粘土的素填土、中密狀態(tài)的

4、園礫粉質(zhì)粘土等）。2、 水文地質(zhì)特征勘測期間地下水埋深0.95.30m 水位高程1.014.58m 水位變幅0.52m。按賦存介質(zhì)分為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，主要補(bǔ)給水源為大氣降水?？紫稘撍饕x存在第四系沙層等，地下水總的徑流方向?yàn)橛杀毕蚰稀Ｕ径藮|側(cè)約480m處為大沙河，常年有水。3、 設(shè)計(jì)參考鉆孔資料主要有ZD-KJY-02、ZD-BK-38、ZD-BK-37，計(jì)算采用地質(zhì)資料以ZD-KJY-02為主。四、圍護(hù)方案選擇及介紹（一）圍護(hù)方案選擇1. 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本站主體基坑開挖深度約為18.420.5m ，根據(jù)戰(zhàn)區(qū)的實(shí)際情況，按照深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（SJG05-96）規(guī)定，本

5、站基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)，基坑長226.38m、標(biāo)準(zhǔn)段寬20.2m,， 東端設(shè)盾構(gòu)始發(fā)井，西端為接收井?；硬捎萌斯ね诳讟秶o(hù)，挖孔樁的嵌固深度應(yīng)滿足基坑整體穩(wěn)定、抗傾覆、抗管涌、抗隆起要求?；影粗黧w結(jié)構(gòu)斷面形式、地質(zhì)條件、支撐布置方式從西向東依次分為A、B、C、D、四個(gè)區(qū)，在此僅根據(jù)A區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.荷載（1）永久荷載結(jié)構(gòu)自重按實(shí)際重量計(jì)算，鋼筋混凝土重度按25KN/m3 計(jì)：側(cè)向土壓力按采用彈性計(jì)算中的“矩形分布模式”。側(cè)壓土分層計(jì)算，地下水位以下的粘性土采用水土合算沙土及碎石水土分算。 在進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，按施工順序逐階段計(jì)算，并考慮了支撐設(shè)置時(shí)已有的位移、支撐的彈性變形及

6、預(yù)加軸力的影響。 水土分算是凈水壓力采用勘探期間的穩(wěn)定高水位的全水頭進(jìn)行計(jì)算。（2）可變荷載施工期間基坑側(cè)面超載一般按20kpa計(jì)， 盾構(gòu)井側(cè)面超載按30kpa計(jì);3.基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇（人工挖孔樁的優(yōu)點(diǎn)）地下水位較高地層上軟下硬淤泥，淤泥質(zhì)細(xì)砂較厚，在這種場地進(jìn)行深基坑開挖對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的擋土功能要求很高，對其止水功能要求更高，因此把既可擋土又可止水作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇原則，從安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工、因地制宜加之本設(shè)計(jì)中的深基坑,地理位置十分重要,且設(shè)計(jì)深度較大,地下水位較高的角度來看,只能垂直開挖。根據(jù)車站所處地質(zhì)條件結(jié)合現(xiàn)場施工基坑支護(hù)的工程經(jīng)驗(yàn)，選擇人工挖孔樁作為車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。挖孔樁的特

7、點(diǎn)挖孔樁與其他深基礎(chǔ)尤其是預(yù)制樁相比，主要有以下特點(diǎn)。1.1受力性能好：由于挖孔樁直徑大，所以單樁承載力高。挖孔樁一般直徑為0.82.4米，可承幾千千牛至幾萬千牛的力，適用于上部傳來的荷載大而集中的結(jié)構(gòu)。由于其嵌入巖層一定深度，所以能承受較大的水平荷載，擴(kuò)底挖孔樁還可抵抗很大的上拔力。其抗震性能好，沉降量小，能防止不均勻沉降。1.2施工方便，造價(jià)低。挖孔樁成孔大，容易檢查樁底持力層情況及側(cè)面土質(zhì)情況，并易于混凝土澆注、振搗；施工僅需輕型工具，不需大型施工機(jī)械，適于人工費(fèi)較低的地區(qū)；各樁可分別同時(shí)施工，施工速度較快；預(yù)制樁打樁時(shí)會(huì)造成相近的樁側(cè)移或向上浮起，挖孔樁則無此問題，且無噪聲污染；在密實(shí)

8、的砂層及卵石層或有孤石的地基中，打預(yù)制樁十分困難，而挖孔樁則易于施工；持力層有一定傾斜時(shí)，預(yù)制樁會(huì)長短不齊，大量截樁、接樁，挖孔樁則無上述問題。1.3下述情況不宜使用挖孔樁；建筑層數(shù)少，荷載小；堅(jiān)硬持力層很深，樁太長，造價(jià)高；地下水位高，特別是海邊回填場地應(yīng)注意。4.基坑支撐方案的選擇在地鐵車站深基坑的支撐結(jié)構(gòu)中常用的支撐是鋼管支撐和錨桿支撐 ，鋼管支撐既能解決防水問題又能及時(shí)提供支承力是普遍看好的一種支撐形式。從地鐵一號(hào)線使用支撐情況看除少數(shù)車站用錨桿支撐和型鋼支撐外大多數(shù)用鋼管支撐且效果較好而且現(xiàn)有大量鋼管支撐庫較多因此選擇鋼管支撐既能滿足基坑支撐要求又能利用現(xiàn)存的鋼管支撐降低投資。（二）

9、圍護(hù)方案介紹基坑圍護(hù)體系具體做法如下：1、人工挖孔樁圍護(hù)人工挖孔樁直徑為1000mm，間距均為1200mm，樁長35m?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C30。2、內(nèi)支撐體系設(shè)四道鋼管內(nèi)支撐，采用11排橫撐（直徑800mm，最大長度40m，最小長度20m），在基坑四周設(shè)有角撐，橫撐與橫撐之間設(shè)有角撐和托梁，橫撐、托梁直接作用在四道腰梁（腰梁寬0.5m、高1m）上，腰梁將支撐內(nèi)力傳遞給腰梁，再通過腰梁傳遞給人工挖孔樁。為確保人工挖孔樁排樁的整體穩(wěn)定性，在人工挖孔樁樁頂設(shè)有圈梁（圈梁寬1.5m、高1.5m）。3、中間豎向立柱豎向立柱上部均采用井字型鋼構(gòu)架，下部為直徑1000mm鉆孔灌注樁。鋼構(gòu)架上部伸入支撐400

10、mm，下部插入立柱樁內(nèi)2000mm。第二部分 圍護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算說明一、基坑圍護(hù)體系計(jì)算方法說明1、圍護(hù)體系側(cè)壓力計(jì)算根據(jù)朗肯土壓力理論，按水土分層計(jì)算的原則進(jìn)行計(jì)算。2、圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形分析采用同濟(jì)啟明星FRWS4.0計(jì)算，該軟件經(jīng)眾多圍護(hù)工程運(yùn)算與開挖驗(yàn)證，具有很好的可靠性。計(jì)算方法采用彈性地基梁法，坑底土體彈簧常數(shù)采用m法。二、計(jì)算參數(shù)及土工指標(biāo)1、基坑計(jì)算開挖深度為19m，樁長35m，嵌固深度為16m。計(jì)算中考慮地表施工堆載20kPa。2、土壓力計(jì)算采用土體快剪指標(biāo)，各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)根據(jù)浙江城建勘察研究院有限公司提供的本工程地質(zhì)勘察報(bào)告取值，并進(jìn)行適當(dāng)折減。三、基坑圍護(hù)體系計(jì)算分析內(nèi)容

11、1、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇本設(shè)計(jì)選人工挖孔樁，詳見設(shè)計(jì)說明2、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系的選擇本設(shè)計(jì)選擇四道支撐，詳見設(shè)計(jì)說明3、圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度及其在各工況下的內(nèi)力和變形分析本設(shè)計(jì)人工挖孔樁插入深度為16m。內(nèi)力和變形通過同濟(jì)啟明星FRWS4.0計(jì)算。同濟(jì)啟明星FRWS4.0輸入基本參數(shù)如下圖。土層參數(shù)輸入如下圖工況模擬如下圖各工況內(nèi)力和變形分析（可以生成詳細(xì)計(jì)算結(jié)果）詳見附錄計(jì)算書4、計(jì)算分析基坑穩(wěn)定性荷載選擇 用戶點(diǎn)中“R計(jì)算”菜單中各子菜單，分別可以計(jì)算“整體穩(wěn)定性驗(yàn)算”、“墻底抗隆起驗(yàn)算”、 “坑底抗隆起驗(yàn)算”、“極限平衡嵌固深度驗(yàn)算”、“帶支撐抗傾覆驗(yàn)算”、“管涌驗(yàn)算”。各詳細(xì)計(jì)算結(jié)果詳

12、見附錄計(jì)算書，在此不續(xù)。5、圍護(hù)結(jié)構(gòu)人工挖孔樁配筋計(jì)算本設(shè)計(jì)中的人工挖孔樁為圓形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件。對于這類構(gòu)件的配筋計(jì)算在我國現(xiàn)行的公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ023-85 )中并未列出有關(guān)條款和計(jì)算公式。本設(shè)計(jì)中配筋計(jì)算問題主要是參考論文“鋼筋混凝土圓形截面受彎構(gòu)件正截面配筋計(jì)算，中南公路工程，第26卷第3期，2001年9月，陳浩軍、雷光宇(長沙交通學(xué)院，長沙市，410076)。其基本思想如下：1 基本假定 混 凝 土軸心受壓的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線為拋物線，其極限壓應(yīng)變?nèi)?.002;相應(yīng)的最大壓應(yīng)力取混授土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度值R,;對非均勻受壓構(gòu)件，當(dāng)壓應(yīng)變E簇0.0

13、02時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線為拋物線;當(dāng)壓應(yīng)變s,> 0.00 2時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線呈水平線，極限壓應(yīng)變?nèi)　?0033，相應(yīng)的最大壓應(yīng)力取混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度Ra(圖1) 鋼筋為環(huán)形均勻分布。計(jì)算時(shí)用等效鋼筋代替(見圖2) 計(jì)算時(shí)，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形用等效的矩形應(yīng)力圖代替(見圖3)2 計(jì)算公式的推導(dǎo) 根據(jù) 圖 4所示的極限狀態(tài)分別建立了彎矩及力的平衡方程:計(jì)算公式如下：相關(guān)的附表見計(jì)算書3 配筋計(jì)算計(jì)算 步 驟 : 選定Ra，和Rg; 初選A和As; 計(jì)算值; 根據(jù)，從附表1,附表2中查出c和t值; 將查得c和t值代入計(jì)算公式中，即可求得極限彎矩值Mu; 將極限彎矩值Mu與外彎矩

14、M（已經(jīng)用同濟(jì)啟明星FRWS4.0求得M=1767.4KNm）比較，當(dāng)Mu>M時(shí)，滿足要求。否則，調(diào)整A,As、Ra、Rg值，重新計(jì)算。詳細(xì)計(jì)算過程見計(jì)算書第三部分 圍護(hù)設(shè)計(jì)施工圖一、基坑圍護(hù)總平圖二、基坑圍護(hù)縱斷面圖三、基坑圍護(hù)橫斷面圖四、基坑圍護(hù)人工挖孔樁鋼筋構(gòu)造圖詳見附錄：圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工圖cad圖第四部分 附錄-計(jì)算書附錄：圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算書深圳地鐵1號(hào)線科技園站基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算書一、工程概況深圳地鐵1號(hào)線科技園站基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)3基坑開挖深度為19m，采用F10001200人工挖孔樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁長為35m，樁頂標(biāo)高為5m。計(jì)算時(shí)考慮地面超載20kPa。 d=1q=20(素填土)

15、(砂土)(礫質(zhì)粘土)(花崗巖)hw=1.82.56.510.514.5H=19D=16人工挖孔樁S=1.2m 共設(shè)4道支撐，見下表。中心標(biāo)高（m）剛度（MN/m2）預(yù)加軸力（kN/m）2.5200-1.5200-5.5200-9.5200 二、地質(zhì)條件 場地地質(zhì)條件和計(jì)算參數(shù)見表1。地下水位標(biāo)高為3.2m。表1土層層底標(biāo)高(m)層厚(m)重度(kN/m3)j(°)c(kPa) m(kN/m4)天然含水率w %天然孔隙比e0素填土2318.827.329.5200017.20.669砂土-6820.22758.2350011.40.461礫質(zhì)粘土-251918.421.929.2350

16、027.10.831花崗巖-401519.718.935.6400018.00.602三、工況工況編號(hào)工況類型深度(m)支撐剛度(MN/m2)支撐編號(hào)預(yù)加軸力(kN/m)1開挖32加撐2.520013開挖74加撐6.520025開挖116加撐10.520037開挖158加撐14.520049開挖1910換撐18100011拆撐412換撐14.5100013拆撐314換撐10.5100015拆撐216換撐6.5100017拆撐1工況簡圖如下： 四、工況內(nèi)力計(jì)算備注：工況2、4、6、8、10、12、14、16的內(nèi)力分別和工況1、3、5、7、9、11、13、15的內(nèi)力相同，在此不續(xù)。五、土壓力及基坑

17、穩(wěn)定性計(jì)算（一）土壓力計(jì)算土壓力采用矩形土壓力計(jì)算，土層c、值按Rankine土壓力理論求得： 矩形土壓力 其中墻前主動(dòng)土壓力按Rankine土壓力理論計(jì)算，作用于基坑擋土結(jié)構(gòu)外側(cè)的土壓力為：水土分算： 水土合算： 式中，墻后被動(dòng)土壓力d=1q=20(素填土)(砂土)(礫質(zhì)粘土)(花崗巖)hw=1.82.56.510.514.5H=19D=16灌注樁S=1.2m詳細(xì)計(jì)算結(jié)果如下 土壓力分布圖 20(素填土)(砂土)(礫質(zhì)粘土)(花崗巖)1916YXO安全系數(shù) K=1.68 ,圓心 O( 4.8 , 0 )（二）整體穩(wěn)定驗(yàn)算 Wi 土條i的重量，總應(yīng)力法取天然重量，有效應(yīng)力法取有效重量（即天然重

18、量扣除水浮力），有效應(yīng)力法考慮滲流力時(shí)采用替代容重法，分母的Wi取有效重量，分子Wi的取天然重量；qi 土條i上作用荷載的平均集度；ci、ji 土條i底端所在土層的粘聚力和內(nèi)摩擦角，總應(yīng)力法采用總應(yīng)力指標(biāo)，有效應(yīng)力法采用有效應(yīng)力指標(biāo)。如果考慮水平應(yīng)力的影響，計(jì)算公式為： （三）墻底抗隆起驗(yàn)算20(素填土)(砂土)(礫質(zhì)粘土)(花崗巖)1.81916Prandtl: K=3.24Terzaghi: K=3.76墻底抗隆起驗(yàn)算 （四）坑底抗隆起驗(yàn)算坑底抗隆起驗(yàn)算類似于圓弧面整體穩(wěn)定驗(yàn)算，但圓心取最下一道支撐與擋墻的交點(diǎn)，并且圓弧通過墻底端，最下一道支撐以下為圓弧滑動(dòng)面，以上為豎直直線，圓弧面上的滑

19、動(dòng)力和抗滑力的求法與瑞典條分法一致（但考慮水平應(yīng)力），豎直滑動(dòng)面上的抗滑力為： 式中，Hi ¾ 最下一道支撐深度；sz ¾ 土層豎向應(yīng)力；Ka ¾ 主動(dòng)土壓力系數(shù)；j，c ¾ 土層內(nèi)摩擦角，內(nèi)聚力。20(素填土)(砂土)(礫質(zhì)粘土)(花崗巖)1.81916坑底抗隆起驗(yàn)算 K=2.3814.5m （五）抗傾覆驗(yàn)算(水土分算)穩(wěn)定安全系數(shù)等于最下一道支撐以下圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)土壓力對最下一道支撐點(diǎn)的力矩之深圳地鐵1號(hào)線科技園站基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)20(素填土)(砂土)(礫質(zhì)粘土)(花崗巖)1.82.56.510.514.51916 7152.1 28.86908.2 26

20、.6O Kc=1.22抗傾覆驗(yàn)算(水土分算) 式中符號(hào)含義見圖帶支撐抗傾覆驗(yàn)算 下圖帶支撐抗傾覆驗(yàn)算（六）抗管涌驗(yàn)算抗管涌安全系數(shù)（見國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程報(bào)批稿），對于砂類土： 對于粘性土： 式中，g ¾ 土體浮重度，kN/m3；gw ¾ 水的重度，kN/m3；hW ¾ 地下水位埋深，m；H ¾ 基坑開挖深度，m；D ¾ 圍護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度，m?？构苡框?yàn)算: 按砂土，安全系數(shù)K=1.638按粘土，安全系數(shù)K=2.519（七）內(nèi)力包絡(luò)圖詳細(xì)計(jì)算結(jié)果深度水平位移彎矩剪力深度水平位移彎矩剪力(m)(mm)(kNm)(kN)(m)(mm)(k

21、Nm)(kN)010.42.20E-11017421596.4-269.80.511.40017.541.41681.4-474.6112.5001840.61767.4-592.81.513.60-0.11840.61767.4-381.1214.6-0.2-1.118.539.81760.3-363.62.515.7-0.5-3.119391712.8-321.92.515.7-0.5296.319.538.11573.7-336.6316.7147.6286.52036.91396.1-384.93.517.8286.1265.820.535.61185.8-448.1418.9412.

22、9239.32134947.4-480.24.519.9527.4149.521.532.262.9-486.6521623.2-177.72230.3-575-476.45.522.1697.1-276.822.528.4-600.7-451.1623.3287.3-3112326.4-601.4-4086.524.4-839.8-333.523.524.4-590.1-358.36.524.4-839.8703.22422.5-571.1-303.2725.7796.767024.520.6-553.2-244.47.527.3770.3615.92518.8-609.2-185.9828

23、.8805.7556.125.517-676.1-79.78.530.2894491.32615.4-731.698.2931.51028.4421.926.514-751.597.39.532.71122.3-46.22712.6-753.693.81033.81184.3-402.627.511.4-739.488.410.534.91213.4-441.72810.3-707.181.910.534.91213.483328.59.3-662.593.811361192.4785.7298.4-611.5106.311.537.21197.6713.229.57.6-555.511312

24、38.41186.8636.1307-498.5118.912.539.41196554.730.56.4-436.6125.61340.31327.1468.6315.9-372129.913.540.91411.6-13.631.55.4-305.7130.91441.41506.6-381.4325.1-240.3126.214.541.81634.8-428.832.54.7-179.3116.214.541.81634.8832.5334.4-123.6102.41542.11702.9769.433.54.1-73.984.915.542.31708669.1343.8-38.760.91642.41666.6560.934.53.6-153716.542.31606.6346.834.93.4-2.117.9 內(nèi)力包絡(luò)圖概念 設(shè)計(jì)承受移動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)(如吊車梁、樓蓋連續(xù)梁及橋梁結(jié)構(gòu)等)時(shí)，需要求出每個(gè)截面的最大內(nèi)力和最小內(nèi)力(最大負(fù)值)。連接各截面最大、最小內(nèi)力的圖形，稱為內(nèi)力包絡(luò)圖。