上海地铁四平路站基坑工程设计与施工(中国矿业大学毕业设计)

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1、编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：上海地铁四平路站基坑工程设计与施工专 题：隧道联络通道结构健康监测技术研究姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2008-1班二一二年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（城市地下工程方向）设计题目：上海地铁四平路站基坑工程设计与施工专 题：隧道联络通道结构健康监测技术研究指导教师：石荣剑职 称：讲师二一二年六月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书学院 力学与建筑工程 专业年级 土木工程专业地下2008 学生姓名任务下达日期： 2012年 1 月 10 日毕业设计日期： 2012年 1 月

2、10 日至 2012 年 6 月 10 日毕业设计题目：上海地铁四平路站基坑工程设计与施工毕业设计专题题目：隧道联络通道结构健康监测技术研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁四平路站基坑工程的地质资料，进行基坑的围护结构设计和施工组织设计。围护结构设计内容应包括基坑围护方案、基坑支撑方案设计，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括基坑施工准备、施工方案及施工主要技术措施、施工总平面布置、施工进度计划及管理措施等内容。绘制图纸：基坑施工平面布置图；基坑支撑平面图基坑支撑剖面图。专题要求：根据地铁隧道联络通道的结构特点和使用要求，对隧道联络通道使用期间的健康监测的内容和方法进行研究，

3、提出合适的监测技术方案和要求。手工绘制图纸1张。其它要求：翻译一篇与设计或专题内容相关的外文参考文献，其中文字数不少于3千字，并且附原文。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价

4、及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要毕业设计主要包括三个

5、部分，第一部分是上海地铁四平路站基坑围护结构设计；第二部分是上海地铁四平路站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，内容为隧道联络通道结构健康监测技术研究。在第一部分基坑围护结构设计中，根据上海地铁四平路站基坑所处的的工程地质、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。第二部分为基坑施工组织设计，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

6、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隧道联络通道结构健康监测，通过对隧道联络通道结构健康监测指标的选取，确定合理的隧道联络通道结构健康监测的方法。关键词：基坑；地下连续墙； 施工组织设计；支撑体系；结构健康监测ABSTRACTGraduation design mainly includes three parts, the first part about the Shanghai Metro Siping Road station foundation pit enclosure structure design; second part

7、 about the Shanghai Metro Siping Road station foundation pit construction organization design; the third part about the special part, content for the tunnel connection channel structure health monitoring technology research.In the first part of foundation pit enclosure structure design, according to

8、 the Shanghai subway station pit at Siping Road engineering geological, hydrological and geological conditions and the surrounding environment, the construction scheme selection, as determined using underground continuous wall foundation pit retaining scheme of supporting schemes, for support, from

9、the ground to the pit bottom provided with four steel supporting and retaining structure, and the support of internal force calculation, the corresponding strength and even the wall reinforcement calculation and foundation pit seepage, resisting uplift and overturning and checking.The second part fo

10、r foundation pit construction organization design, according to the foundation pit supporting scheme, construction method and the surrounding environment, the preparative work before construction, the construction site layout, construction, excavation and support installation for the design, and the

11、 preparation of project schedule, to prepare the corresponding quality, safety, environmental protection measures of.The third part is the thematic content of tunnel connection channel structure health monitoring, through the tunnel connection channel structure health monitoring index selection, det

12、ermine the reasonable tunnel connection channel structure health monitoring method.Key words: deep foundation pit; underground continuous wall; construction organization design; support system; structural health monitoring 目 录第一部分 上海地铁四平路站基坑围护结构设计1 工程概况11.1工程概况11.2工程周围环境11.3施工条件32 设计依据和设计标准32.1有关工程的

13、设计依据32.2基坑工程等级及设计控制标准33 基坑围护方案设计43.1钢板桩43.2钢筋混凝土板桩43.3H型钢木挡板43.4钻孔灌注桩53.5SMW支护结构53.6地下连续墙53.7基坑维护方案的选择54 基坑支撑方案设计64.1 支撑体系的布置形式64.2支撑材料64.3基坑支撑体系的选择75 计算书75.1 荷载计算75.2围护墙底地基承载力95.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算105.4抗渗验算115.5抗倾覆验算125.6整体圆弧滑动稳定性验算135.7 围护结构内力变形计算135.8 支撑强度验算185.9 地下连续墙配筋验算206 基坑主要技术经济指标236.1开挖土方量23

14、6.2混凝土浇筑量236.3钢筋用量246.4人工费用24第二部分 上海地铁四平路站基坑施工组织设计1 基坑施工准备251.1基坑施工的技术准备251.2基坑施工的现场准备261.3施工其他准备272 施工方案292.1工程的特征292.1.2交通组织压力大302.2施工工法302.3 施工流程342.4施工质量控制412.5特殊施工技术措施422.6关键部位技术措施453 施工总平面布置453.1 施工平面图设计的要求453.2 施工现场临时建筑物的布置原则及位置464施工进度计划及管理措施474.1 工程安排原则474.2质量过程控制475 质量、安全、文明管理措施505.1工程质量管理措

15、施505.2土方运输环境管理规定515.3安全生产管理措施515.4文明施工措施52第三部分 隧道联络通道结构健康监测技术研究1 绪论531.1隧道联络通道531.2隧道联络通道结构531.3隧道结构健康监测541.4隧道联络通道结构健康监测的意义和必要性552 隧道联络通道的监测指标562.1隧道结构健康监测断面布设原则562.2地表沉降监测562.3隧道变形位移监测562.4隧道结构质量监测573 隧道联络通道健康监测技术573.1结构健康监测步骤583.2应力应变测试技术583.3位移及变形监测技术613.4结构动力特性监测技术633.5健康诊断与评估系统644 总结65参考文献65第四

16、部分 外文翻译翻译原文67翻译中文741引言742温度影响压电材料和结构监测763传统阻抗为基础的结构健康监测系统764实验结果765结论78致谢79第一部分上海地铁四平路站基坑围护结构设计 中国矿业大学本科生毕业设计 第25页1 工程概况1.1工程概况本工程为上海轨道交通杨浦线（M8线）一期工程四平路站，车站位于虹口区大连路四平路交汇处，呈东西向布置，为地下二层岛式站台车站，车站沿大连路的布置，横跨四平路，车站主体结构位于大连路路面下。车站基坑长190m，结构标准段宽度21.4m，端头段26m，基坑开挖深度为15.8米。1.1.2工程地质状况施工场地地势平坦，绝对高程为3.710m米，场区地

17、质状况自上而下依次为（深度以地面标高为0.00m计）： 表格1.1工程地质相关情况土层编号土层名称厚度重度 KN/m3 凝聚力 C Kpa摩擦角 侧壁摩阻力特征值1杂填土1.15m18.015.08.557.82素填土0.68m17.716.09.519.81a褐黄色粉质粘土1.10m18.62121.522.81b灰色砂质 粉土11.15m 18.9538.556.5灰色淤泥质粘土1.49m16.81.4911.09.71a灰色粉质 粘土4.92m17.31413.549.31b暗绿草黄色粉质粘土6.28m18.01518.549.3草黄色粘质粉土3.16m19.8402023.21a灰色粘

18、土7.90m19.4331.520.81.1.3水文地质本场地浅部地下水属潜水类型，补给来源主要为大气降水，表层含有地下水，水位随季节而变化，年平均地下水位一般在0.50.7m。本场地承压水分布于砂性土层，距地面约29.5m，其承压水水头埋深约为地表下5m。不良地质现象主要第-3b层灰色粉砂，且厚度较厚，达到11.15m，且该层顶部离地面仅有约3m的高度，在地下连续墙槽段开挖施工中处于扰动区域，容易造成塌方，在施工需注意控制。1.1.4地下障碍物在本工程的施工区内无地下障碍物。1.2工程周围环境1.2.1基坑周期临近建筑物测量文件所示的范围动拆迁后，基坑开挖深度2倍范围（约35m）内由东向西主

19、要的临近建筑物如表格1.2：表格 1.2建筑物汇总表编号名称地面结构形式/层数基础形式到基坑距离1鞍山七村32号砖混/5层条形基础11m2鞍山七村31号砖混/5层条形基础15m3四平路950号四平大楼框剪/122层箱型基础桩基13.7m4上海服装集团宾馆框剪/12层桩基26.8m5四平路851号商检大楼框剪/13层桩基23.8m6四平路949弄建工大楼框剪/13层桩基34m7四平电影院砖混/3层条形基础6.2m8大连西路4弄911号砖混/6层条形基础26.5m从上表可以看出，本工程邻近的保护建筑物是四平电影院和鞍山七村民房及四平大楼，根据调查此处建筑于70年代末、80年代初期建成，除四平大楼为

20、二层地下室箱型基础桩基，其余建筑基础形式均为条形基础。总体而言，本工程周围建筑物大部分距离较远，建筑结构形式相对较好，因此，只要基坑开挖阶段按时空效应原理快速开挖，及时支撑，正常施工情况下对周围建构筑物影响很小，但这些建构筑物均处于降水施工影响范围内，应采取措施减小影响。1.2.2周围管线及地下构筑物设施大连路和四平路下分布多条管线，详见表格1.3,表格1.4:表格 1.3大连西路管线情况序号编号埋深(m)位置和范围影响1上水0.9四平路以西的大连西路北侧人行道下,进入四平路西侧人行道下穿越4号出入口2电话0.9四平路以西的大连西路北侧机动车道下穿越4号出入口3污水3.3大连西路北侧机动车道下

21、穿越东、西端头井和车站结构4雨水3.9大连西路道路中心线附近穿越东、西端头井和车站结构5煤气1.0大连西路机动车道下穿越东、西端头井和车站结构6电力0.8四平路以西的大连西路南侧人行道下，进入四平路西侧人行道下穿越西端头井和车站结构表格 1.4四平路管线情况表序号编号埋深(m)位置和范围影响1上水0.9大连西路以北的四平路西侧人行道下，进入大连西路北侧人行道下穿越4号出入口2煤气0.9四平路北侧机动车道下穿越车站结构3电话0.8四平路北侧机动车道下穿越车站结构4雨水3.8大连西路以北的四平路西侧人行道下穿越车站结构5污水2.7大连西路以北的四平路道路中心线穿越车站结构6电力1.0四平路东侧机动

22、车道下穿越车站结构1.2.3周围道路交通大连路、四平路均为4根机动车道、2根非机动车道的城市次干道，机动车道在路口30m范围内辟出一根左转弯道，分为5根车道。大连路车流量相对较高，四平路路面宽阔，车流量较少；二条道路共同特点是车流量呈上下班高峰时段较高、平时一般的“潮汐式”分布，建址周边其他道路较为狭小，分流作用极为有限，因此保证四平路和大连路施工期间的交通断面对保证交通畅通非常重要。1.3施工条件考虑到四平路站施工场地较狭小，且交通分阶段组织，因此在地下连续墙施工中需考虑分阶段、按不同阶段的场地限制条件搭设钢筋台架，满足施工要求。2 设计依据和设计标准2.1有关工程的设计依据（1） 地下铁道

23、设计规范（GB50157-2003）（2） 建筑结构荷载规范（GB5009-2001 2006）（3） 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）（4） 水工混凝土结构设计规范(SL/T191-2008)（5） 建筑抗震设计规范(GB50011-2001)（6） 钢结构设计规范（GB50017-2003）（7） 基坑工程设计规程（DBJ08-61-1997）（8） 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99) （9） 地下工程防水技术规范(GB50108-2008)（10） 建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）2.2基坑工程等级及设计控制标准建筑基坑支护技术规程JGJ12099

24、规定，基坑侧壁的安全等级分为三级，不同等级采用相对应的重要性系数。基坑侧壁安全等级分级如表格 。表格 2.1基坑侧壁安全等级安全等级破坏后果重要性系数一级支护结构破坏、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很严重1.10二级支护结构破坏土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90四平路车站结构破坏可能对主体工程和环境、人的生命安全、造成的经济损失和社会影响造成的影响一般，主体工程安全等级确定为二级。3 基坑围护方案设计基坑的围护方式一般包括钢板桩、钢筋混凝土板桩、H型钢木钢板、钻孔灌注

25、桩、SMW支护工法、地下连续墙等。3.1钢板桩钢板桩有槽钢钢板桩和热轧锁扣钢板桩。是一种简易的钢板支护墙体，由槽钢并排或正反扣搭接而成。钢板桩具有良好的耐久性，基坑施工完毕回填土后，可将槽钢拔出回收再次使用；施工方便，工期短。但是钢板桩抗弯能力弱支护刚度比灌注桩，地下连续墙小，开挖后墙身 度变形大，不利环境保护。打拔桩时有震动和噪声，拔桩时易带土，处理不当会引起周围土层移动；在土质坚硬密实或含有很多漂石的地区，打桩施工困难。支护刚度小，开挖后挠曲变形较大。3.2钢筋混凝土板桩钢筋混凝土板桩施工方便，速度快，打桩后可立即开挖，工期短；与地下连续墙相比造价低，经济效益显著；支护强度高，刚度较大，变

26、形小；打设在钢筋混凝土板桩打桩时的振动，挤土及噪声对周围环境硬性较大，因此不适合在建筑物及地下管线密集的城区使用；接头处企口具有一定的防水效果，但在高水位软土地区，仍需要注意防止接头处漏水所引起的水土流失；在硬土层中打桩施工困难，不适合应用。3.3H型钢木挡板H型钢木挡板作为支护墙体是沿基坑周围先隔一定距离打下H型钢，然后在土体开挖过程中随着开挖将模板插入护壁。H型钢木挡板适用于土质较好、地下水位较低的地区；能充分发挥H型钢抗弯矩能力强的特点，减少所需支撑或垃锚道数；施工方便，速度快，工期短。H型钢木挡板一次性投资大，支护工程完毕后要拔出重复利用，否则不经济；打桩和拔桩施工对周围土体影响大；对

27、水土流失的封闭作用差，特别在高水位软土地区，容易导致基坑周围土体变形较大，对周围产生不利影响，需采取隔水或降水措施。3.4钻孔灌注桩灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。桩孔灌注桩排桩式挡土墙施工时无振动、无噪声、无挤土等环境公害，对周围环境影响小；强身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小；当工程桩为灌注桩时，可同步施工，有利于施工组织，施工工期短；适应于软黏土和砂土地区。桩孔灌注桩排桩式挡土墙桩间缝隙易造成水土流失，特别是在高水位软黏土地

28、区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等措施解决挡水问题；在沙砾层和卵石中施工困难；由于桩于桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体，整体性相对较差。在重要地区、特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时特别需要谨慎。3.5SMW支护结构在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的受拉材料，形成支护和防水的复合结构，称为SMW工法。SMW支护结构同时具有受力和防渗两种功能。在水泥搅拌桩中插入的受拉材料常用H型钢，有时也可以用钢管、拉伸钢板桩等。SMW工法施工时噪声少，对周围环境影响小；结构强度可靠，凡是适合应用水泥搅拌桩的场合都可以使用，特别适合于黏土和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设挡

29、水帷幕；可以配合多道支撑用于较深基坑，在一定条件下可替代地下连续墙。3.6地下连续墙地下连续墙利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。地下连续墙施工噪声低，振动小，能够紧邻相近建筑物和地下管线施工，对周围环境的影响小；强身刚度大、强度高、整体性好，使得结构和地基变形都小，可用于特殊工程及超深基坑的支护结构；地下连续墙是钢筋混凝土整体结构，耐久性好，防渗能力强，既挡土又挡水还可以作为地下室的外墙或其中一部分；因施工时现场浇注，所以可根据需要形成直线型或折线形壁板式，还可以施工成T型等特殊形式，

30、易增加刚度、强度及稳定性；可结合逆作法施工，提高工程质量，缩短工期。地下连续墙施工工艺较为复杂，其施工质量依赖于成熟的施工工艺。3.7基坑维护方案的选择本基坑的开挖最大深度达 16m，则SMW不适用；地下水位在地表以下 0.6m，围护方案对防水要求很高，槽钢及钢板桩亦不适用；钻孔灌注桩法，施工工艺较地下连续墙复杂，且工期较长，造价高；地下连续墙在车站的基坑工程中，在车站的后期使用中，地下连续墙还可以作为永久结构使用。综合比较，选用地下连续墙围护方案。4 基坑支撑方案设计 内支撑系统是由围檩、支撑杆件以及立柱等组成的结构体系，其作用是和坑底被动区土体共同平衡维护墙外的主动区压力（包括土压力、水压

31、力及地面荷载引起的侧压力）。围檩是一道或几道沿着维护墙体内测设置，把维护墙体所受的力相对均匀地传递给内支撑杆件的水平向梁。支撑杆件承受着围檩传来的轴力和弯矩。立柱的作用一方面是承受支撑以及施工荷载的重量，另一方面增加对支撑杆件的约束。4.1 支撑体系的布置形式4.1.1平面支撑体系平面支撑体系由腰梁（或围檩）、水平支撑和立柱组成。平面支撑体系可以直接平衡支撑两端围护墙上所受到的部分侧压力，且构造简单，受力明确，适用范围较广。但当构件长度较大时，应考虑弹性压缩对基坑位移的影响。此外，当基坑两侧的水平作用力相差悬殊时，围护墙的位移会通过水平支撑而相互影响，此时应调整支护结构的计算模型。水平支撑可用

32、对撑或对撑桁架，斜角撑或斜撑桁架，边桁架及八字撑等形式组成的平面结构体系。平面支撑体系整体性好，水平力传递可靠，平面刚度较大，适合于大小深浅不同的各种基坑。4.1.2竖向斜撑体系竖向斜撑体系的作用是将围护墙上侧压力通过斜撑传到基坑开挖面以下的地基上。它由竖向斜撑、腰梁（或围檩）和斜撑基础以及水平联系杆及立柱等构件组成。竖向斜支撑要求土方采取“盆式”开挖，即先开挖基坑中部土方，沿四周围护墙边预留土坡，待斜撑安装后再挖除四周土坡。对于平面尺寸较大、形状不很规则，但深度较浅的基坑采用竖向斜撑体系施工比较简单，也可节省支撑材料。但是墙体位移受到坑内土坡变形、斜撑的弹性压缩以及斜撑基础变形等多种因素的影

33、响。为此土方施工和支撑安装必须保证其对称性。4.1.3混合支撑体系该支撑体系利用前两种基本支撑体系，可以演变成其他支撑形式，它可以综合前两种支撑体系的优点，具有比较好的效果。该支撑体系是前述两种支撑体系的结合。它可加强基坑围护结构的整体刚度，尤其对大型基坑可方便支撑布置和施工，节省支撑材料。4.2支撑材料支撑按材料种类可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和钢支撑体系两种。现浇钢筋混凝土支撑体系，混凝土结硬后刚度大，变形小，强度的安全可靠性强，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暴露状态的时间长，软土中被动区土体位移大，如对控制变形有较高要求时，需对被动区软土加固，施工工期长，拆除困难

34、，爆破拆除对周围环境有影响。刚支撑体系，自重轻、安装和拆卸方便、施工速度快以及可以重复使用、可施加预应力、安装后就能立即发挥作用，安装、拆除施工方便，对减少由于时间效应而引起的基坑位移是十分有效，而且破坏前有明显变形。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。4.3基坑支撑体系的选择由于本基坑开挖最深大于6 m，属于深基坑，所以竖向斜撑体系不适用于本工程；对于混合支撑体系，由于施工难度大且施工组织较平面支撑体系复杂，所以本工程基坑的支撑方案选平面支撑体系。因为本工程要求的工期不是很长，而现浇钢筋混凝土支撑体系，要求很长的浇制和

35、养护时间，而钢支撑体系安装需要很少时间，本工程采用钢支撑。竖向的支撑道数、支撑点标高的确定，应考虑在一定地质条件下，满足基坑支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。在软土地区头道支撑一般设于地面下1.0至2.5m，每道支撑的竖向间隔一般介于2.5至4.5m之间，为减小基坑开挖后的支护结构变形，最下道支撑的布置尽量落低，但应高出地面60cm以上，便于底板和外墙的施工。本标准段（盖挖段）上下设置4道钢支撑。4道钢撑从上到下，支撑间距分别为：4m，4m，4m，1.8m（最后一个1.8m为第四道支撑距坑底距离）,第一道支撑距墙顶2m，支撑水平间距3米。5

36、 计算书5.1 荷载计算5.1.1地下连续墙设计地下连续墙的墙厚一般为6001000mm范围内，墙深一般为基坑深度的1.72.0倍。由于本工程基坑等级为二级，初步设定主体结构墙厚都取800mm，地连墙深度取1.8倍，则：地下连续墙深度：m，初步取地下连续墙深度为28.5m。5.1.2计算各截面处土的平均物理指标在地连墙深度范围内，由于土的重度、凝聚力、h摩擦角和厚度都各不相同，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。计算截面有： （5.1）式中，地连墙深度范围内的加权平均重度，KN/m3；第i层土的重度, KN/m3；第i层土的厚度,m。 KN/m3 (5.2

37、)式中，地连墙深度范围内的加权平均凝聚力,kpa；第i层土的凝聚力,kpa；第i层土的厚度,m。 kpa (5.3) 式中，地连墙深度范围内的加权平均摩擦角, ；第i层土的摩擦角，；第i层土的厚度，m。 基坑内底至墙底 KN/m3 kpa将地面的超载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： （5.4）式中，h当量土层厚度，m；地面超载，KN/m2取20；围护结构周围土体的加权平均重度,KN/m3。即即开挖深度相当于m基坑底板距离地连墙底部的距离m。5.1.3计算土压力系数根据规范要求，计算静止土压力系数：主动土压力系数：被动土压力

38、系数：5.2围护墙底地基承载力地连墙单位长度的竖向承载力特征值为： （5.5）式中 地连墙的竖向承载力特征值，KN；、地墙所取厚度、长度,m，=0.8 m, =1.0m； 墙底土的承载力特征值，根据四平路站详勘，=140kpa; 第i层土的墙体侧壁摩阻力特征值； 第i层土的厚度,m。 KN地连墙自重：KN由基坑设计规范，上部施工及超载传递下来的荷载取300KN则KN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图5.1基坑底部抗隆起验算简图 （5.6）式中基坑底部土体抗隆起安全系数，一级基坑取2.5，二级基坑取2.0，三级基坑取1.7，本工程取2.0；地面荷载，取20k

39、pa；基坑开挖深度，m，为15.8m；墙体入土深度，m，取12.7m；、分别为墙底地基土的粘聚力、内摩擦角，;、地基土的承载力系数，所以基坑底部土体抗隆起符合要求。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，可通过式验算基坑底部稳定性。图5.2抗渗验算简图 （5.7）式中抗渗稳定安全系数，取1.52.0。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2.0； 坑底土体的临界水头坡度，； 、坑底土的土粒比重、天然孔隙比，=2.73、=1.0；坑底土的渗流水力梯度，；基坑内外土体的渗流水头，取坑内外地下水位差m;最短渗径流线总长度，

40、m; 地下连续墙的嵌固深度；所以本工程基坑抗渗流符合要求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。图5.3抗倾覆验算见图其抗倾覆稳定性安全系数应满足： （5.7）式中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1.10； 基坑内侧被动土压力对A点（最下层支撑处）的力矩； 基坑外侧主动土压力对A点的力矩；根据上图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： （5.8） （5.9）对A点取矩，求得为： （5.10）其中，为A点至基坑地面

41、的距离，取为1.8m；据此求得将式对A点取矩，求得为：所以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。由于该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 围护结构内力变形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。

42、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，其中为被动土压力减去静止土压力（）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。图5.4山肩邦男近似解计算简图地下连续墙的内力采用山肩邦男近似解法进行计算

43、， 地下连续墙均取标准宽度1m进行计算基坑开挖深度为15.8m，C=12.5kPa,=25.1，=18.5kN/m3,有四道钢支撑，支撑间距分别为：4m，4m，4m，1.8m（最后一个1.8m为第四道支撑距坑底距离）,第一道支撑距墙顶2m。 （5.12）式中静止土压力，kpa；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，通过比较系数求得根据山肩邦男近似解假设的第三条开挖面以下的为被动土压力减去静止土压力（）后的数值 （5.13）式中基坑底面以下x处被动土压力与静止土压力的差值（kpa）； 据坑底的深度（m）。解得 通过比较系数求得，。由于地面有超载，所以在墙顶

44、处的土压力强度不为零，为了满足山肩邦男解法的假定条件，将墙背土压力强度线反向延长并与地墙的延长线交于一点，将此点作为虚拟的墙顶，这样无疑给地墙增加了一块地面以上的三角形土压力（从图5.2中可以看出，增加的土压力相对整体而言很小），偏于安全考虑，以下计算将不再扣除此三角形土压力对围护结构的作用。山肩邦男近似解只需应用两个静力平衡平衡方程，即：和，即挡土结构前后侧合力为零和挡土结构底端自由。由得： (5.14) (5.15)由得：式中第K道支撑的轴力，KN； 换算墙顶至坑底高度，m；坑底至地连墙弯矩为零处的高度，m；第i道支撑距当前开挖面高度,m；最下道支撑距当前开挖面的高度,m。在荷载计算部分已

45、将地面超载等效成当量的土重，厚度为1.08m。第一道支撑处内力计算：第一到支撑设于距墙顶2m，开挖至第二道支撑顶端，即距墙顶6m处。，m,m则有化简得：解得m KN/m KNm/m第二道支撑处内力计算：第二到支撑与第三道支撑相距4m，开挖至第三道支撑顶端， ，m,m，m。化简得：解得m KN/m KNm/m第三道支撑处内力计算：第三到支撑与第四道支撑相距4m，开挖至第四道支撑顶端， ，m,m，m，m。化简得：解得：m KN/mKNm/m第四道支撑处内力计算：第四道支撑与坑底相距1.8m，开挖至坑底，m,m，m，m，m。化简得：解得：m KN/m KNm/m基坑底部弯矩为： 连续墙墙体的最大弯矩

46、：设最大弯矩点为距基坑底高度，则有 (5.16)令解得m所以墙体的最大弯矩在墙体底面。 KNm/m连续墙的最大剪力经过计算比较，确定在第三道支撑下端，紧邻第三道支撑为：即 KN/m 图5.5 围护结构支撑轴力/弯矩图5.8 支撑强度验算5.8.1 强度验算采用钢管内支撑时，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 120-99），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KN/m，进行验算。支撑水平间

47、距为3m，则支撑的验算轴力为:KN基坑宽度为21.4m，根据规范要求设置中间临时立柱，实际跨度为11.7m，则计算长度为：m。根据钢结构设计规范（GB50017-2003），有： (5.17)式中 净截面面积,mm2；对x轴的净截面模量,mm3；截面承受的最大弯矩,KNm/m；所计算构件段范围内轴向压力值， KN；钢材的设计抗压强度设计值，Q235钢按N/mm2；截面的塑性发展系数，圆形截面，取。60916钢管的截面性能计算：面积：mm2惯性矩：截面模量：回转半径：每米重量: 由竖向荷载（支撑自重及施工活荷载）引起的最大弯矩为：由于安装偏心产生的弯矩，偏心值为：故取截面最大弯矩：所以有：故支撑

48、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式进行。 (5.18)式中所计算构件段范围内轴向压力的设计值,KN；所计算构件段范围内最大弯矩的设计值,KNm/m；弯矩作用平面内的截面模量，；长细比，；参数，弯矩作用平面内的轴心受压构件的稳定系数，根据的值，查表得（a类截面）；等效弯矩系数，；所以有：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，根据建筑地基基础设计规范，主筋采用HRB335，钢筋强度设计值，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

49、进行配筋验算。最大正弯矩最大负弯矩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： (5.19) (5.20) (5.21) (5.22) 式中与混凝土强度相关的常数，混凝土等级小于C50时取；混凝土抗压强度值，；地连墙的宽度，；混凝土截面有效高度，mm；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；截面抵抗弯矩系数；相对受压区高度，；钢筋抗拉强度设计值，；截面配筋率；截面最小配筋率。由于弯矩较大，布置两排钢筋，则所以只需采用单筋即可满足要求。受拉区选配28200钢筋，配筋面积为，按双排布置。（2）墙背侧配筋：经计算，最大负弯矩可

50、忽略不计，按照构造配筋：选配22100。mm25.9.2 水平钢筋设计（1）验算截面尺寸mm由此有：KN其中为截面腹板高度；为混凝土强度影响系数，由于选择C30混凝土，所以取为1.0；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式中混凝土能抵抗的最大剪力混凝土抗拉强度。代入各数值有：N截面配筋图6 基坑主要技术经济指标6.1开挖土方量基坑结构类似于长方形，其长度为192.7m，总高度15.8m，总宽度21.4m:实体土方开挖量为：m3根据工程经验，取松散系数为1.2。则松散体土方量为：m36.2混凝土浇筑量墙体厚度为800mm，因此标准

51、段混凝土浇筑量为： m36.3钢筋用量地下连续墙长度为192.7m，宽度为21.4m，厚度800mm。根据地下连续墙配筋计算内侧（临坑面）配筋积为mm.纵向钢筋体积及其质量分别计算如下：t6.4人工费用施工总人数按327人算，日工资按100元/人计算，总工期为395万元 第二部分上海地铁四平路站基坑施工组织设计 中国矿业大学本科生毕业设计 第43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

52、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）采用降水方法的基坑工程设计降水方法是否会影响环境；5）支护结构设计是否便于土方开挖及大型机械的作业。（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；

53、4）气象资料：气温情况、季节风情况、雨量、积雪、冻结深度、雨季及冬季期。（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：（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，应做好地连墙的墙与基坑底板、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。1.2.2“三通一平”（1）路通为了保证建筑材料、机械、设备和构件早日进场，应先筑好施工现场的临时运输道路。为节省工程费用，应尽可能利用已有的道路或结合正式工程的永久性道路位置，修整路基和临时路面。车站主体围护结构和土建结构施工阶段，沿大连西路布置施工道路，并连通外界道路。基坑开挖与结构施工期间，车站基坑周边修筑施工便道，作为施工期间机械设