深基坑支护结构设计-学位论文

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1、目 录目 录2 深基坑支护结构设计112.1工程概况112.1.1工程内容112.1.2工程地质及水文地质112.2深基坑支护的型式及合理选型132.2.1不同基坑支护型式的特点及支护选型的原则132.2.2基坑支护方案的比较与选型论证142.3深基坑支护的设计要求及内容152.3.1深基坑支护的设计要求152.3.2基坑支护设计计算的内容162.4森公地铁车站南基坑支护结构设计及内力计算172.4.1土钉墙设计172.4.2排桩支护设计232.4.3钢支撑设计302.5深基坑开挖的信息化施工332.6小结35I1 绪论12 深基坑支护结构设计2 深基坑支护结构设计2.1工程概况2.1.1工程

2、内容根据勘察报告，森林公园站位于朝阳区辛店村天辰路与辛店村路交叉处地下，主体结构呈南北走向，车站中心里程为K4+2.000，轨顶标高为28.986m，埋深为15.6m左右，拟建车站设出入口4个，在东南与东北各设一个通风道，在主体站两侧设风亭2个。该车站为地下二层三跨岛式站台，主体结构南北长179.400m，其中南段长约73.50m，宽为33.00m；中间段长为40.5m，宽为23.10m；北段长约65.40m，宽42.700m。该站结构底板标高为27.296m，底板埋深为17.11417.564m左右。主体结构顶板标高为35.60m左右，顶板埋深为9.0m左右。本站拟采用明挖法施工。本站位于天

3、辰路与辛店村路交叉处地下，天辰路呈南北走向，辛店村路呈东西向，公路宽约8m左右，勘察时天辰路东侧有少量平房，其它部位较平坦，无障碍物。森公站是地铁奥运支线上的第三座车站，位于中轴路与辛店村路相交的十字路口下，车站横跨辛店村路，本站为奥运支线北端终点站，车站北侧设折返线。车站南北中轴线与北京城市中轴线重合。2.1.2工程地质及水文地质（1）工程地质依据北京地铁奥运支线工程岩土工程勘察报告，本站所处地层依顺序可分为：本次勘察揭露地层最大深度为40.0m，地层层序自上而下依次为：人工填土层：粉土填土1层：褐色黄褐色，稍密，饱和，含砖渣、灰渣、水泥块、树根等，局部夹粉质粘土填土、砂质粉土填土；杂填土层

4、：杂色，稍密，湿饱和，以房渣土为主，含砖块、碎石，白灰渣。该层层底标高为39.4043.15m。第四纪全新世冲洪积层：粉土层：褐黄色，中密密实，很湿，av=0.0670.180MPa-1，属中压缩性低压缩性土，含云母、氧化铁、姜石及有机质。粉质粘土1层：灰色，硬塑，av=0.131MPa-1，属中压缩性土，含云母、氧化铁、有机质，姜石；粉细砂3层：褐黄色灰色，中密，饱和，N=2142，属中压缩性低压缩性土；该层层底标高为33.7036.85m；粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.1830.523MPa-1，属中高压缩性中压缩性土，含云母、氧化铁、姜石；粘土1层：褐黄色，硬塑，av=0.2250

5、.275MPa-1，属中压缩性土，含氧化铁，该层呈透镜体存在；粉土2层：褐黄色，密实，湿很湿，av=0.0950.182MPa-1，属中压缩性低压缩性土，含云母、氧化铁；粉细砂3层：灰色，饱和，密实，N=22左右，属低压缩性土，含氧化铁；该层层底标高为24.1526.40m。第四纪晚更新世冲洪积层：粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.1780.250MPa-1，属中压缩性土，含云母、氧化铁、姜石，呈透镜体存在；粘土1层：棕黄色，硬塑，av=0.1510.293MPa-1，属中压缩性土，含氧化铁、姜石；粉土2层：褐黄色，密实，很湿，av=0.1160.128MPa-1，属中压缩性土，含云母、氧化

6、铁；细中砂3层：褐黄色，密实，饱和，N=3652，属低压缩性土，含个别砾石。本层普遍存在，层底标高为13.4018.60m。卵石圆砾层：杂色，密实，饱和，N63.5=8490，属低压缩性土，亚圆形，最大粒径100mm，一般粒径20-30mm，粒径大于20mm的颗粒含量约为总质量的70。中粗砂充填，母岩成份为辉绿岩、砂岩和砾岩；中粗砂1层：褐黄色，密实，饱和，属低压缩性土，含砾石；本层层底标高为11.6015.12m，部分钻孔未穿透此层。粉质粘土层：褐黄色，硬塑，av=0.2080.316MPa-1，属中压缩性土，含云母、氧化铁；粉土2层：褐黄色，密实，很湿，av=0.1300.137MPa-1

7、，属中压缩性土，含云母、氧化铁；本层普遍存在，部分钻孔未能穿透此层。粉细砂2层：褐黄色，密实，饱和，属低压缩性土。粉质粘土2层：褐黄色，硬塑，av=0.084MPa-1左右，属低压缩性土，含云母、氧化铁；（2）水文地质本段线路测得两层地下水，分别为上层滞水和承压水，未测得潜水，各层地下水情况分述如下：上层滞水：该层水水位标高40.2943.42m（水位埋深1.03.9m），含水层为粉土填土层、杂填土1层、粉土层、粉细砂层。观测时间为2002年7月22日2003年8月14日，补给来源主要为管道渗漏和地表水系、大气降水补给，主要以蒸发和向下越流补给下层潜水方式。承压水：该层地下水含水层为卵石圆砾层

8、、中粗砂1层，透水性好，水头标高为22.6923.00m（水头埋深为21.5021.70m），观测时间为2003年7月13日2003年7月14日，该层水具弱承压性，主要接受侧向径流补给及越流补给，以侧向径流方式排泄，地下水流向自西向东。根据工程地质勘察报告，本区段地下水对混凝土结构无腐蚀性，在干湿交替环境下，对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。根据历年最高水位及近3-5年最高水位，参考钻探时的实测地下水位，并考虑该场区的水文地质条件，建议设防水位按43.00米考虑，用于抗浮验算。2.2深基坑支护的型式及合理选型基坑支护设计中首要的任务就是选择合适的支护型式，然后进行支护结构的计

9、算分析，根据计算分析进行支护结构的设计，包括结构截面、支撑或锚杆尺寸、入土深度等的设计。同一个基坑，若采用不同的支护型式，造价相差可能是巨大的。因此，合理地选择基坑支护型式是很重要的。2.2.1不同基坑支护型式的特点及支护选型的原则（1）基坑支护型式的特点及适用范围放坡：适用于场地开阔、无变形控制要求、造价低的情况。土钉支护：一般适用周边构筑物少、地质条件较好的情况，软土或砂层地质要慎用或采取加强型方案。土钉支护对位移控制缺乏合理的计算理论，因此，对位移有严格要求的场地应慎用，造价较低。排桩支护：排桩支护刚度好，适应性广，结合桩间止水也可用于砂层，止水效果没有连续墙好，造价低于连续墙而大于土钉

10、墙。重力式搅拌桩挡土结构：一般适用于7m以内的软土地基基坑、且周边对位移要求不很高的情况。地下连续墙：通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的，但较少用。地下连续墙刚度大、止水效果好、是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂、基坑深度大、周边环境要求高的基坑支护，但造价较高，施工要求专用设备。支撑形式：主要有砼支撑、钢支撑和锚杆，一般砼支撑刚度大，但拆除不方便；钢支撑刚度相对小一些，但拆除方便，可预加轴力达到控制位移的目的；锚杆刚度小，位移控制主要通过施加预应力来实现，锚杆一般要打入基坑以外的地下场地，会对周边环境有一定的影响，最好要求有较好的锚

11、固土层。（2）基坑支护选型的原则要合理选择基坑支护的型式，一方面要深刻了解各种支护型式的特点，包括其合理性、优点和缺点，另一方面要结合地质条件和周边的环境和工程造价进行综合考虑，因此，选型的原则应主要考虑三个方面：不同基坑支护型式的特点；地质条件和周边的环境；工程造价。2.2.2基坑支护方案的比较与选型论证基坑支护型式的合理选择，是基坑支护设计的首要工作，应根据地质条件、周边环境的要求及不同支护型式的特点、造价等综合确定。一般当地质条件好，周边环境要求较宽松时，可采用柔性支护，如土钉墙等；当周边环境要求高时，应采用较刚性的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。同样，对于支撑的型式，当

12、周边环境要求较高，地质条件较差时，采用锚杆易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全，采用内支撑型式较好；当地质条件特别差、基坑深度较深、周边环境要求高时，可采用地下连续墙这种最强的支护型式。森林公园站南基坑开挖较深，并且开挖方式采用的是分层分步开挖的方式，这就决定了不能只用单一的支护型式，需要多种支护方式并用，才能达到基坑安全、施工方便且满足开挖方式各个方面的要求。（1） 基坑支护方案的比较锚固支护锚固支护就是在排桩支护之后，在桩顶增设一条锁口梁。使用此支护型式是在使用排桩支护的前提下进行的，不能够单独使用此支护型式，但作为排桩支护的辅助支护型式不仅是可行的而且是必要的。一方面，可以增加基坑支

13、护的整体性，另一方面可以在有限的施工空间内加强、提高支护体系的作用。所以此支护型式不能单独使用，只能与排桩支护相互结合使用。土钉墙支护土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。在实际施工中是边开挖边支护，且施工快捷简便，经济可靠，是适合此基坑开挖方式的支护型式。但由于基坑二级开挖的深度比较深，所以土钉墙支护不得单独使用。排桩支护考虑到地下连续墙工程浩大，造价比较高，不够经济，所以选用排桩支护。排桩支护与地下连续墙相比，施工简单，不需要专用设备，而且造价比连续墙低，根据北京奥运地铁支线森林公园站岩土工程勘察报告，土质多以粉质粘土为主，拟建

14、基坑深17.4m，一级开挖7.4m，二级开挖10m。由于基坑较深，只用土钉墙支护满足不了安全与施工，选用排桩支护在经济、安全、施工管理、设备方面较为合理。因此，一级开挖选用土钉墙支护，二级开挖选用排桩支护的基坑围护方式是适用于本拟建基坑的支护方案。水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩的搅拌支护主要将基坑坑壁的土层，在开挖前用水泥和固化剂进行原位搅拌改性，提高土的强度，也可形成壁状或栅状的地下水泥土桩、墙的隔水帷幕，阻止地下水侵入。深基坑支护中采用水泥搅拌桩，虽然造价不高，但是基坑的开挖深度不宜大于7m，所以，水泥土搅拌桩不能作为此拟建基坑的支护形式。地下连续墙连续墙虽然有很多优点，如：适用于各种土质；施工

15、时震动小，噪声低；而且可在各种复杂条件下进行施工。但是，地下连续墙也有它自身的不足之处，如：施工现场管理不善会造成现场泥泞泛滥；地下连续墙造价较高，不够经济等。根据奥运支线森林公园站岩土工程勘察报告拟建基坑土质以粉质粘土为主，土质比较好，承载力比较高，如果用地下连续墙作为支护结构，不够经济。况且，在使用地下连续墙的同时，前场管理必须加强，这样不仅增加了管理上的难度，而且也增加了投资成本。所以，地下连续墙不宜使用。（2）支护方案综上所述，此深基坑一级开挖采用土钉墙支护，二级开挖采用排桩（钻孔灌注桩）支护型式比较适用于此基坑，且满足基坑安全、施工方便和开挖方式等各方面的要求。2.3深基坑支护的设计

16、要求及内容2.3.1深基坑支护的设计要求基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态即基坑支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或由于开挖引起周边土体产生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护结构产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边构筑物的安全使用，即在正常使用极限状态之内。因而

17、，作为设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应要计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制多大为合适，与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分，对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即为通常一级基坑的位移要求；对于周边空旷、无构筑物需保护的，则位移量可大一些，理论上只要保证稳定即可，此即为通常三级基坑的位移要求；介于一级和三级之间的，则为二级基坑的位移要求。对于一级基坑的最大水平位移，一般不宜大于30mm，对于较深的基坑，应小于0.3%H（H为基

18、坑开挖深度）。对于一般的基坑，其最大水平位移也不宜大于50mm。一般最大水平位移在30mm内地面不会有明显的裂缝，当最大水平位移在4050mm内会有可见的地面裂缝，因此，一般的基坑最大水平位移应控制不大于50mm为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降，感观上会产生不安全的感觉。一般较刚性的支护结构，如挡土桩、连续墙加内支撑体系，其位移较小，可控制在30mm之内，对于土钉支护，除地质条件较好，且采取超前支护、预应力锚杆等加强措施后可控制较小位移外，一般都会大于30mm。2.3.2基坑支护设计计算的内容支护结构的计算内容应根据不同的支护型式而要求不同，主要可以分为三大类，即较刚性的支护结构、土钉支

19、护、重力式挡土结构。1.支护结构支护结构包括地下连续墙、排桩、钢板桩等，其计算的内容主要为：（1）支护结构的内力，包括支护结构的弯矩、剪力；（2）支护结构的位移；（3）支撑或锚杆的轴力；（4）入土深度；（5）水位下降对周边环境的影响；（6）连系梁的内力，包括弯矩和剪力；（7）坑底隆起或底部地基强度；（8）抗渗透稳定。2.土钉支护土钉支护一般要计算以下内容：（1）土钉力；（2）整体稳定；（3）基坑底或施工过程坑底的地基强度；（4）位移，主要是水平位移；（5）面板受力。3.重力式挡土结构重力式挡土结构一般要计算以下内容：（1）抗倾、抗滑移；（2）整体稳定及底部地基强度；（3）水平位移及转动；（4）

20、墙身应力。2.4森公地铁车站南基坑支护结构设计及内力计算2.4.1土钉墙设计经过降水后，使地下水降至设计标高-9.4m，这时就可以进行基坑土方的开挖。采取的支护方式是边开挖边进行土钉墙的支护。图2.1 环形井点剖面图1 土压力的计算拟建基坑采取分层开挖的方式，第一层开挖7.4m，地下含水层在地下-5.5m-8m处，区地下水位线为-6m。降水后地下水位线降至地下-9.4m处。在基坑顶部承受拟定的均布荷载，荷载值为，计算简图如2.2所示。表2.1 地层描述及物理力学指标地层分类层厚（m）天然重度（）粘聚力（）内摩擦角（）液性指数粉土 5 16.98 27 18 0.36粉土 6.1 16.83 2

21、8 18 0.75粉土 1.6 17.71 20 12 0.44粉质粘土 3.5 18.85 30 16 0.37图2.2 计算简图（1）基坑外侧竖向应力标准值，按JGJ120-99规范第3.4.2-1式计算： （2.1）式中：作用于深度处的竖向应力标准值；基坑外侧任意深度处的自重竖向应力标准值；、基坑外侧任意深度处的附加竖向应力标准值；其中，计算点位于基坑开挖面以上时按JGJ120-99第3.4.2-2式计算： （2.2）计算点位于基坑开挖面以下时按JGJ120-99第3.4.2-3式计算： （2.3）式中：、深度以上、开挖面以上土的加权平均天然重度；、可按JGJ120-99规范第3.4.2

22、-4条计算： （2.4） （2.5）基坑外侧水平荷载标准值按JGJ120-99规范第3.4.1-1条公式计算： （2.6）式中：支护结构水平荷载标准值；基坑外侧竖向应力标准值； 第层的主动土压力系数； 三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第层土固结不排水（快）剪粘聚力标准值。地面处主动土压力为 地面以下1.4m处主动土压力为 地面以下2.9m处主动土压力为 地面以下4.4m处主动土压力为 地面以下5m处第二层土中主动土压力为 地面以下5m处第四层土中的主动土压力为 地面以下5.9m处主动土压力为 地面以下7.4m处主动土压力为 基坑底部以下3.7m处主动土压力为 =作用于基坑底面

23、以下深度处的竖向应力标准值按JGJ120-99规范第3.5.2条公式计算： （2.7）式中：深度以上土的加权平均天然重度； 计算点深度；（2）对于粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值按JGJ120-99规范第3.5.1-2条公式计算： （2.8）基坑底部处被动土压力为 基坑底3.7m处被动土压力为 2 土钉墙支护设计（1）初步设计初步设计土钉墙坡面与水平面的夹角为 为各土层厚度加权内摩擦角标准值： 土钉与水平面夹角图2.3 土压力示意图土钉间的水平间距为，垂直距离，土钉锚固体直径，土钉钢筋采用II级钢筋，钢筋直径为20mm。（2）土钉计算长度荷载折减系数按JGJ120-99规范第6.1.3条公式

24、计算： = （2.9）单根土钉受拉荷载标准值按JGJ120-99规范第6.1.2条公式计算： （2.10）式中：荷载折减系数； 第j个位置处的基坑水平荷载标准值； 第j根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距； 第j根土钉与水平面的夹角；基坑侧壁安全等级为三级时，土钉抗拉承载力按JGJ120-99规范第6.1.4条计算： （2.11）式中：土钉抗拉承载力分项系数，取1.3； 第j根土钉锚固直径； 土钉穿越第i层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，应由现场试验确定，如无实验资料，可采用JGJ120-99规范表6.1.4确定； 第j根土钉在直线破裂面外穿越第i层稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为。单

25、根土钉抗拉承载力计算应符合JGJ120-99规范第6.1.1条公式： （2.12）式中：建筑基坑侧壁重要性系数；第j根土钉受拉荷载标准值； 第j根土钉抗拉承载力设计值。根据6.1.2条公式、6.1.4条公式、6.1.1条公式可导出： （2.13）其中：=1.0图2. 土钉长度计算简图土钉长度如表2.2土钉长度计算表中所示。（3）混凝土面层构造设计喷射混凝土面层并配置双层钢筋网，钢筋网选HPB235，直径为，间距为200mm。该网在基坑顶面翻过0.8m，用、长0.8m的钢筋打入土中固定间距2m。双层钢筋网喷射混凝土厚100mm，强度等级为C30。坡面上下段钢筋网搭接长度为400mm，土钉顶端焊接

26、4根、长0.2m的井字钢筋架，把钢筋网固定在土钉上。土钉钻孔中注浆材料为M10的水泥砂浆。表2.2 土钉长度计算表序号土层（）（）（）（）实际（）117.252.948.76-12.466构造2.96216.182.47248.76-16.146构造2.4726315.152.0648.76-7.181构造2.066414.121.64824.541.7840.3754.4956513.091.2362010.752.7765.8668612.060.82422.3218.234.2196.2798711.030.41224.6827.1165.6756.70582.4.2排桩支护设计1. 排

27、桩设计计算（1）计算系数按JGJ120-99第3.4.3条公式计算主动土压力系数 （2.14）式中：第i层的主动土压力； 三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪内摩擦角标准值。 按JGJ120-99第3.5.3条公式计算被动土压力系数： （2.15）式中：第i层的被动土压力； 三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪内摩擦角标准值。 图2.5 土压力计算简图（2）计算土压力基坑外侧竖向力标准值，按JGJ120-99规范第3.4.2-1式计算： （2.16）式中：作用于深度处的竖向应力标准值；其中，计算点位于基坑开挖面以上

28、时按JGJ120-99第3.4.2-2式计算；计算点位于基坑开挖面以下时按JGJ120-99第3.4.2-3式计算： （2.17）式中：开挖面以上土的加权平均天然重度；当距支护结构外侧，地表作用有宽度为的条形附加荷载时，基坑外侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值可按下式计算： （2.18）基坑外侧水平荷载标准值按JGJ120-99规范第3.4.1-1条公式计算： （2.19）式中：支护结构水平荷载标准值； 基坑外侧竖向应力标准值； 第i层的主动土压力系数；三轴试验（当有可靠经验时可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪粘聚力标准值。图2.6 局部荷载作用时基坑外侧附加竖向应力计算简

29、图 作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值按JGJ120-99规范第3.5.2条公式计算： （2.20）式中：深度以上土的加权平均天然重度； 计算点深度；对于粉土及粘性土基坑内侧水平抗力标准值按JGJ120-99规范第3.5.1-2条公式计算： （2.21）（3）嵌固深度的计算由于第一阶段开挖7.4m，所以在距第二阶段开挖的基坑3m的地方就有了附加荷载。此荷载按半无限荷载作用在第二阶段的基坑开挖面以下的土体。在深度7.4m处的荷载：第一道支撑力的计算以基坑7.4m为开挖基准面，挖土深度为3.0m。在基准面处设支撑。基准面处主动土压力为：3m深度处主动土压力为： 开挖基准面下距离处，土压力为0

30、： C点以上全部土压力合力为： 在C点处的弯矩值： 求： 最大弯矩作用点处： 第二道支撑力的计算：第二阶段挖土深度为10m，并在-4.5m处设支撑。10m处深度土压力强度： =138.963开挖面下距离处，土压力为0： C点以上全部土压力合力为： 求： 嵌固深度： 总长度： 图2.7 T1计算简图2. 结构内力计算结构计算建筑基坑支护规程JGJ120-90，排桩、地下连续墙可根据受力条件分段按平面问题计算，排桩水平荷载计算宽度可取排桩的中心距1500mm。（1）截面弯矩设计值： （2.22）式中：截面弯矩计算值。 （2）截面剪力设计值： （2.23）式中：截面剪力计算值。（3）支点力设计：支点

31、结构第j层支点力设计值： （2.24）式中：第j层支点力计算值。3. 桩身配筋计算排桩直径选800mm，桩距1.5m。桩身混凝土用C30，钢筋用II级，因桩距1.5m，故单根排桩桩身的最大弯矩： 查基坑工程手册附表14-4，配筋选2625。同样由基坑工程手册式14-3，14-4，14-5验算截面受弯截面受弯承载力：且式中：桩的抗弯承载力()； 桩的横截面面积； 桩的半径(mm)； 纵向钢筋所在圆周半径(mm)，为保护层厚度；对应于受压区混凝土截面面积的圆心角(rad)与的比值； 纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值； 钢筋强度设计值（）。 查附表14-4得： 满足要求。箍筋选102

32、00mm螺纹箍，加强箍202000mm。4. 冠梁设计计算钢筋选II级钢，混凝土选C30，保护层厚度mm，冠梁宽度（水平方向）取800mm，冠梁高度（竖直方向）取1000mm，按构造配筋： 故选 718（）架立筋选220，箍筋用10200mm，拉筋用8400mm。2.4.3钢支撑设计1. 内支撑系统的材料及结构布置（1）材料的选择内支撑的材料应根据周边的环境要求、基坑的变形要求、施工技术条件和施工设备情况来定，表2.3列举了不同支撑材料的主要优、缺点。由于奥运支线森公站由南基坑和北基坑两个基坑组成，且与折返线相连。三个基坑的支护形式都是钻孔灌注桩加内支撑。为了节约资源、资金，以及对奥运工程的高

33、效、节俭、安全理念的充分体现，所以森林公园站南基坑采用钢支撑为该深基坑的内支撑型式。表2.3 不同支撑材料的优、缺点支撑材料优 点缺 点钢支撑安装、拆除方便且可施加预应力安装偏离会产生弯矩钢筋混凝土支撑刚度大，变形小，平面布置灵活支撑达到强度需要时间，拆除需要爆破，拆除时间比钢支撑长，且不能施加轴力，自重大钢与混凝土混合支撑利用了钢材、混凝土各自的优点宽大的基坑不太适用拉锚施工面空间大软弱地层承载力小，锚多且密，且多数不能回收，成本高（2）结构布置支撑的平面布置本拟建工程是地层比较软弱，周边环境比较复杂，基坑变形要求比较高的深大基坑，所以应选择直撑（对撑）布置的形式。在平面不规则的基坑中，可根

34、据实际情况用绗架、圆形、角撑等多种形式，以便土方开挖和主体工程的施工。森公站的南基坑比较规则，并且基坑宽度比较大，所以在该基坑中同时采用采用直撑与斜撑。因为本拟建基坑围檩为钢围檩，所以沿围檩长度方向水平支撑点的间距不宜大于4m，该深基坑支撑水平间距取3m。支撑的竖向布置支撑的竖向布置要满足围护结构的稳定和变形要求，同时还要考虑浇筑主体结构各层楼板时的换撑措施。支撑的竖向间距一般控制在34m，森公站拟建基坑需采用机械下坑开挖，而且在不影响底板施工的条件下尽可能放低，所以该深基坑钢支撑竖向间距取4m，以减小基坑开挖后围护结构的变形，但要高于底板面60cm以上，以便进行底板的施工。围檩的布置围檩的布

35、置沿着围护墙的内侧周边布置，这样可以利用围护墙墙顶的水平圈梁做第一道水平支撑的围檩。因为本基坑第一道水平支撑没有低于墙顶圈梁，所以不用另设围檩。2. 围檩的设计及计算围檩在通常情况下可按水平向的受弯构件来计算。受弯构件的计算根据钢结构设计规范GB50017-2003第4.1.1式计算。在主平面内受弯的实腹构件，其抗弯强度应按下列规定计算： （2.25）式中：同一截面处绕X轴和Y轴的弯矩（对工字形截面：X轴为强轴，Y轴为弱轴）； 对X轴和Y轴的净截面模量； 截面塑性发展系数；对工字形截面，； 钢材的抗弯强度设计值。 根据抗弯强度选择截面，需要的截面模量为： 选用工字钢。当围檩与水平支撑斜交或围檩

36、作为边绗架的弦杆时，应按偏心受压构件计算，围檩的受压计算长度取相邻支撑点的中心距。对于钢围檩，当拼接点按交接考虑时，其受压计算长度取相邻支撑点中心距的1.5倍。（1）钢围檩的截面宽度应大于30mm，用于钢支撑选用的800mm和600mm两种直径的钢管，所以钢围檩的截面选用宽度为1200mm。选用的材料有H型钢、工字钢或槽钢以及它们的组合。本拟建基坑的钢围檩是人工用钢板制成的H型钢围檩。（2）钢围檩的现场拼接点位置应尽量靠近支撑点，并不应超出围檩计算跨度的三分之一点以外。此基坑的现场拼接点位置就在支撑点位处。围檩分段的预制长度不应小于支撑间距的两倍。支撑间距的跨度是3m，预制围檩长度为：6m。（

37、3）钢围檩安装前，应在围护墙上设置牛腿。安装牛腿可采用角钢或直径不小于25mm的钢筋并与围护墙主筋或预埋焊件焊接组成钢筋牛腿。其间距不易大于2m，牛腿焊缝由计算确定。牛腿采用25mm的角钢。牛腿用膨胀螺丝固定在围护桩上，间距为2m。（4）钢围檩与钢筋混凝土围护墙之间应留设宽度不小于60mm的水平通长孔隙，其间用强度等级不低于C30的细石混凝土填实。支撑杆件与围檩斜交时，在围檩与围护墙之间应设置由计算确定的剪力传递结构。嵌填混凝土的宽度应满足剪力传递的锚固要求。3. 钢支撑的设计及计算（1）钢支撑长细比的验算支撑杆件的长细比应不大于75，联系杆的长细比应不大于120，支撑杆件的截面高度不应小于其

38、竖向平面计算跨度的1/20，钢支撑的截面积可采用H型钢，钢管，工字钢或槽钢以及它们的组合。森公站的钢支撑采用的是钢管钢支撑，分别为600mm与800mm。钢支撑的长度为21m，则钢支撑的长细比为： 满足设计要求 满足设计要求钢支撑截面高度为h=600mm与h=800mm，竖向平面计算高度为4000mm，则钢支撑截面跨度与竖向平面计算高度之比为： 1/20 满足设计要求 1/20 满足设计要求（2）内支撑系统的计算根据钢结构设计规范GB50017-2003第5.1.1验算轴心受压构件的强度： （2.26）式中：轴心拉力或轴心压力； 净截面面积。选用钢材Q345钢，当直径D50100mm时，钢材的

39、抗压强度设计值为， 摩擦型高强度螺栓连接处的强度应根据钢结构设计规范计算 （2.26） 式中：在节点或拼接处，构件一端连接的高强度螺栓数目； 所计算截面（最外列螺栓处）处的高强度螺栓数； 构件的毛截面面积。 ， 满足要求 ， 满足要求。2.5深基坑开挖的信息化施工由于土质的复杂性及许多不确定力学行为因素的影响，使得在设计阶段所确定的参数在施工阶段可能会达不到工程要求，从而导致基坑开挖事故的发生。随着各方面技术的不断发展，将来的设计水平会有较大的发展，会更加全面准确地对基坑工程进行设计与施工。但处于现阶段，为了防止开挖事故的发生，对于施工的手段和方法就提出了一定的要求。在严格按照规范进行设计施工

40、的同时，对施工现场进行监测，及时对各种出现的情况进行分析处理，做到信息化施工。对于目前的深基坑开挖工程，已经日益显示出其必要性。信息化施工是一个系统的概念，从大的方面讲，它涉及到勘察、设计及施工的各个分部分项工程之间的互相联系与交叉影响，本节所指的只是信息化施工中一个小的环节，局限于基坑开挖部分施工的信息化，基坑开挖的信息化施工流程如图2.8所示。在北京地铁奥运支线森林公园站南基坑的开挖过程中实行信息化施工，为减小空间效应的影响，采取分层、分块的开挖方式，在基坑开挖过程中进行现场监测，通过开挖现场的信息反馈，及时科学地指导施工的顺利完成。 现场勘测施工方案险情预测与应急措施的准备 决定监测内容

41、监测设备的选用测点布置及仪器的安设是否是否得到控制施工/监测监测数据的汇总与分析信息的形成实施方案反馈到有关的部门有分析原因，确定处理方案否有无报警无是否施工完毕优化设计能否对设计进行优化否是是结束图2.8 基坑开挖的信息化施工流程图2.6小结本章依据北京地铁奥运支线森林公园站岩土工程勘察报告，按照规范要求，进行了森林公园站南基坑支护体系的方案论证和设计。（1）支护方案采用土钉墙、排桩和钢支撑联合支护。一级开挖7.4m，采用放坡开挖和土钉墙支护，土钉水平间距与竖向间距都为1m，锚固直径为100mm，采用II级钢筋，直径为20mm；二级开挖10m，采用排桩加内支撑支护型式，排桩类型采用钻孔灌注桩，直径为800mm，长度为15m；内支撑型式为两道钢支撑，第一道钢支撑选用直径为600mm，厚度为12mm的钢管，第二道钢支撑选用直径为800mm，厚度为14mm的钢管。第一道钢支撑的设计轴力为796.87kN，第二道钢支撑的设计轴力为1097.67kN。（2）基坑土方开挖应采取分层分步原则，在钢支撑上施加预应力，以减小基坑空间效应的影响。（3）在基坑开挖施工过程中应实行信息化施工，在开挖的同时必须对深基坑支护结构变形规律进行现场监测，以保证深基坑工程顺利施工。27附 录