深基坑圍護結構課程設計指導書(共18頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上深基坑與邊坡支護工程課程設計指導書武夷學院土木工程教研室2014年9月地鐵深基坑圍護結構設計1 工程概況本車站座落于奧林匹克公園內下沉廣場中心，其站廳為下沉廣場中心的一部分，因而形成站廳層處于下沉廣場，而站臺層處于地下的半地下雙層島式站臺車站，站廳層寬度大于站臺層。形成了上寬下窄的結構形式。車站南北兩端為地下商業(yè)露天疏散廣場。本地鐵車站主體結構較大，車站南北總長為380.430m，車站中心里程為K2+937.000，車站中心線處軌頂絕對高程為30.646m。車站主體結構主要包括兩部分：車站站臺中心區(qū)及其附屬設施部分和車站北端的北廣場及大屯路地下公交車站部分。車站主體南

2、半部分（即站臺中心區(qū)）南北長203.200m，東西寬56.700m；車站主體北半部分（即車站北廣場和大屯路地下公交車站）南北長177.230m，東西寬44.700m。除局部設置風道處為地下四層（結構基礎底板埋深約為19.50m）外，其余大部分結構均為地下三層（結構基礎底板埋深約為15.50m）。車站站臺層標準段為單層三跨箱形框架結構，其兩端為單層多跨箱形框架結構。本車站兩端設敞口通道，南端設長110.50m，寬38.9m的坡道，從地面進入站廳層；北端設寬23.5m的臺階、扶梯和地下公交通道，連接地面和大屯路地下公交車站。在車站南側站廳內東西兩側各設有一個直通地面的出入口。另外，在車站穿越大屯路

3、的位置分別在其四周各布置一個出入口。2 圍護結構比較選型2.1 常見的圍護結構形式（1）排樁+水平鋼支撐優(yōu)點：施工過程中振動小、噪音小，剛度較大，能夠就地施工，施工效率高，對周圍環(huán)境影響?。欢乙驗殇撝慰梢曰厥绽?，它也比較經濟，。缺點：這種支護結構形式整體剛度較差，不能同時作為主體結構。適用范圍：適用于地層較差的地區(qū)，如軟土地區(qū)、黃土地區(qū)。（2）SMW工法（勁性水泥土攪拌連續(xù)墻）優(yōu)點：占用場地少；施工速度快；對環(huán)境污染小，無廢棄泥漿；施工方法簡單，施工過程中對周圍建筑物及地下管線影響??；耗用水泥鋼材少，造價低；同時兼有防滲和擋土兩種功能。缺點：結構剛度小，容易發(fā)生較大變形。適用范圍：此方法

4、的適用與基坑深度和施工機械有關，國內一般只適用基坑開挖610m。（3）鉆孔咬合樁優(yōu)點：可參與永久結構受力，兼有擋土與防滲兩種功能，施工時對周圍環(huán)境影響很小，工期較短。缺點：施工速度較慢，基坑開挖深度較大時造價往往很高，隨著樁長而提高，適用范圍：適用范圍廣，基本上適用于各類土層，尤其對15m以下的基坑來說，這種方法很好。（4）地下連續(xù)墻優(yōu)點：墻段剛度大，整體性好，因而結構和地基變形都較小即可用于超深圍護結構，也可用于主體結構，可以減少支護；可進行逆筑法施工，有利于加快施工進度，縮短工期，降低造價；防滲性能能好。缺點：施工對周邊影響較大，造價隨地層復雜程度的增加而提高。適用范圍：適用各類土層，尤其

5、是對地下水豐富以及軟土地區(qū)最為適用。2.2 確定圍護形式 本車站所處北京地區(qū)，基坑開挖19.5m,綜合考慮4.2.1中所提到的四種圍護形式的優(yōu)缺點、適用范圍以及本工程的施工設要求，且結合北京地區(qū)以往工程經驗，選用排樁+水平鋼支撐的圍護形式，其中排樁為鉆孔灌注樁。3 圍護結構設計本車站基坑開挖深度19.5m，平均地下水位5.0m。支護方式采用排樁加內支撐，由于存在地裂縫，在排樁之間設置直徑為800mm的旋噴樁樁形成止水帷幕，其中排樁為鉆孔灌注樁，樁徑1200mm,間距1500mm； 綜合幾個斷面的土層性質分析，結果發(fā)現(xiàn)縱向斷面1的土層比較復雜，因此，就以該斷面的土層信息為計算依據,見表3-1。（

6、注明：為安全考慮，取C,為原始參數的0.7倍。超載） 表3-1 計算斷面土層的物理性質土層名稱重度r浮重度層厚H(m)c (KPa)1雜填土18.0-2.1710.52飽和黃土19.019.23.016.111.23新黃土19.719.85.917.512.34古土壤19.719.81.523.1135粉質粘土20.120.29.633.615.16粉土20.610.63.6017.57砂土20.810.86.50213.1 內力計算 土壓力及內力計算（1）計算各土層側壓力系數主動側壓力系數； 被動土壓力系數； 根據以上兩個公式可以得到： =0.692 =0.832 =1.446 =1.202

7、 =0.709 =0.842 =1.410 =1.299 =0.649 =0.805 =1.541 =1.242 =0.633 =0.795 =1.580 =1.257 =0.587 =0.766 =1.705 =1.306=0.538 =0.733 =1.860 =1.364 =0.472 =0.687 =2.117 =1.455（2）工況設計工況1：挖土5.5m,并支冠梁層內支撐（0.5m處） 減去被動土壓力后圖3-1 工況1土壓力零點計算圖 設開挖面以下距離處，土壓力為零（見圖4-1）。 則有 注明：為了后面計算簡化，、為土壓力計算圖中各個梯形的形心縱坐標， 、是各梯形面積，下面類似，不

8、再說明。求最大彎矩作用點（假設剪力為零點在第二土層中 ） 有 又水平合力為零即 由上面兩個方程式解得 =1.35m 假設成立 最大彎矩工況2：挖土深度10.5m,并支第一道支撐（5.5m處）減去被動土壓力后圖3-2 工況2土壓力零點計算圖設開挖面以下距離處，土壓力為零（見圖3-2） 求最大彎矩作用點（假設） 又水平合力為零即 由上式方程可得到 (假設成立) 最大彎矩為： 工況3：挖土深度15.5m，并支第二道支撐（10.5m處）減去被動土壓力后 設基坑開挖面以下距離處，土壓力為零（見圖3-3） 假設成立。圖3-3 工況3土壓力零點計算圖7.71d3=2.33m15.5m50.3235.2732

9、.7566.7846.9850.09116.02122.80110.52129.32102.51138.08有求最大彎矩作用點（經判斷在基坑面以上） 又水平合力為零即 由上面方程得到 則有最大彎矩為工況4：挖土深度19.5m，并支第三道支撐（15.5m處）減去被動土壓力后設開挖面以下距離處，土壓力為零（見圖3-4） 32.7535.277.71X4d4ex4122.80110.5246.9819.5m66.78116.0250.09129.32102.51138.08185.5197.75圖3-4 工況4土壓力零點計算圖有 求最大彎矩作用點（經判斷在基坑面以上） 又水平合力為零即 由上面兩個方

10、程得到 則 最大彎矩為 3.2 求嵌固深度to圖3-5 嵌固深度計算圖 有 又 即 由上式可得到 嵌固深度 取11.5m 樁長3.3 樁的配筋 由上面計算結果可知，最大彎矩出現(xiàn)在支第四道支撐時即 ，其中墻的計算寬度為1.5m,彎矩放大系數為1.25，則最大設計彎矩值 查閱基坑工程手冊（中國建筑工業(yè)出版社）附表14-4，可知配筋為：3.4 墻體防滲 一般開挖的基坑都存在地下水問題，墻體滲漏對基坑圍護結構有很大的影響，所以在基坑開挖之前就必須做好防滲工作。常用的墻體防滲方法是采用鉆孔灌注樁排樁墻體防滲法，可采取兩種方式：一種是鉆孔灌樁體相互搭接；另一種是另設擋水抗?jié)B結構。第一種對施工要求很高，一般

11、在水位為較高的軟土地區(qū)采用后一種方式，此時樁體間可留100150mm施工縫隙。用鉆孔樁維護的基坑工程，防水主要采用以下幾種形式：樁間壓密注漿； 樁間高壓旋噴；水泥攪拌樁墻；注漿帷幕。 相比較而言，第一種方式較經濟，適用于小型基坑；后兩種主要適應于體型大、開挖神的基坑工程。應該說明的是，如果防滲深度超過此施工限度時，需要另加止水措施，如第二種方式，其止水深度可達幾十米。本工程選用樁間高壓旋噴樁進行墻體防滲，旋噴樁樁徑800mm，間距1000mm,可按構造配筋。3.5 鋼支撐選型由前面計算結果可知，最小支撐力發(fā)生在第一道（冠梁層）支撐，最大支撐力發(fā)生在第四道支撐，結合北京地鐵車站結構圍護設計經驗，

12、第一道支撐選用鋼管，間距3m。第二、三、四道支撐選用，間距3m，第四道支撐距離基坑底面4m，其余都是間隔5m。3.6 鋼支撐穩(wěn)定性驗算本文研究設計的內支撐除了第一道其他都采用鋼結構，鋼支撐布置為等間距，其中間距為3.0m。經過查表。通過前面計算可知最大支撐力為，其中安全系數取1.2，基坑等級為1.1。所以，鋼支撐軸力設計值為 鋼管穩(wěn)定性驗算：鋼管截面積鋼管截面慣性矩 鋼支撐可以看成兩端鉸接的軸心受力桿件驗算其穩(wěn)定性。 鋼管回轉半徑 鋼管長細比 根據鋼結構設計原理（高等教育出版社）附錄4可以查得鋼材的穩(wěn)定系數。將所有計算和查得的數據代入式中有： 則有 所以，本設計的鋼支撐滿足穩(wěn)定性要求。3.7

13、基坑穩(wěn)定性驗算（1）整體穩(wěn)定性驗算整體穩(wěn)定性分析的安全系數： 計算方法：瑞典條分法；應力狀態(tài)：總應力法；條分法中的土條寬度：1.00m?；衙鏀祿赫w穩(wěn)定安全系數（2）抗隆起穩(wěn)定性驗算基坑的抗隆起穩(wěn)定性分析具有保證基坑穩(wěn)定和控制基坑邊形的重要意義。對于不同地質條件的基坑，現(xiàn)有不同抗隆起穩(wěn)定性計算公式，應按工程經驗規(guī)定保證基坑穩(wěn)定的最低安全系數，而要滿足不同條件下基坑變形控制要求，應根據坑底地面沉降與一定計算公式所得的抗隆起安全系數的相關性，定出一定基坑變形控制要求下的抗隆起安全系數安全穩(wěn)定的上限值，與基坑擋墻水平位移的驗算共同成為基坑變形控制的充分條件。 對一般粘性土的抗隆起穩(wěn)定驗算采取以下

14、公式，以求得地下的入土深度： 式中 墻體入土深度（m）； 基坑開挖深度（m）; 墻體外側及坑底土體重度; 地面超載（kPa）; 地面承載力系數。采用PtandtI公式計算時，分別為： ； 結合工程地質條件和土層信息進行下面計算： 代入公式（公式4.5）得 1.2滿足規(guī)范要求。 （3）抗傾覆驗算 , 滿足規(guī)范要求。 （4）隆起量計算4 支護參數最終確定綜合考慮上面的計算結果，以及經濟安全因素，最終支護參數確定為：本文支護方案采用排樁（連續(xù)墻）+內支撐，其中排樁直徑d=1200mm,間距1500mm,。沿周邊均勻配置縱向鋼筋。樁身混凝土等級為C30，鋼筋采用HRB335，混凝土保護層厚度取50mm,螺旋筋級別為HPB235，取，加強筋取HRB335，取。冠梁截面為12