深基坑圍護結構課程設計指導書DOC

1、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。車站主體南半部分（即站臺中心區(qū)）南北長203.200m，

2、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，在車站穿越大屯路的位置分別在其四周各布置一個出入口。2 圍護結

3、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??；而且因為鋼支撐可以回收利用，它也比較經(jīng)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?。缓挠盟噤摬纳?，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：此方法的適用與基坑深度和施工機械有關，國內一般只適用

4、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，尤其是對地下水豐富以及軟土地區(qū)最為適用。2.2 確

5、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(jīng)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(jù),見表3-1。（注明：為安全考慮，取C,為原始參數(shù)的0.7倍。

6、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-72飽和黃土3新黃土4古土壤135粉質粘土6粉土07砂土0213.1 內力計算土壓力及內力計算（1）計算各土層側壓力系數(shù)主動側壓力系數(shù)； 被動土壓力系數(shù)； 根據(jù)以上兩個公式可以得到：=0.692 =0.832 =1.446 =0.709 =0.842 =1.410 =0.649 =0.805 =1.541 =0.633 =0.795 =1.580 =0.587 =0.766 =1.705 =0.538 =0.733 =1.860 =0.472 =0.687 =2.117 （2）工況設計工況1：挖土5.

7、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：

8、 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土壓力零點計算圖有求最大彎矩作用點（經(jīng)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）X4d4ex4圖3-4 工況4土壓力零點計算圖有 求最大彎矩作用點（經(jīng)判斷在基坑面以上）又水平合力為零即 由上面兩個方程得到 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 樁

9、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(shù)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

10、：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(jīng)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(jīng)驗，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)

11、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(jīng)過查表。通過前面計算可知最大支撐力為，其中安全系數(shù)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(jù)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(shù)。將所有計算和查得的數(shù)據(jù)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 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(shù)： 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：1.0

12、0m?；衙鏀?shù)據(jù)：整體穩(wěn)定安全系數(shù)（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(jīng)驗規(guī)定保證基坑穩(wěn)定的最低安全系數(shù)，而要滿足不同條件下基坑變形控制要求，應根據(jù)坑底地面沉降與一定計算公式所得的抗隆起安全系數(shù)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(shù)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(shù)。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(shù)最終確定綜合考慮上面的計算結果，以及經(jīng)濟安全因素，最終支護參數(shù)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1200mm