地下鐵道課程設(shè)計(jì)改后

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：2009-12-28至2010-1-10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級(jí)城市軌道工程（1）班第一組本組各成員如下姓 名：_ 學(xué)號(hào)：02姓 名：_ 學(xué)號(hào)：08姓 名：_ 學(xué)號(hào)：26姓 名：_ 學(xué)號(hào)：14姓 名：_ 學(xué)號(hào)：32姓 名：_ 學(xué)號(hào)：31姓 名：_ 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(shuō)明 一、工程概況 二、設(shè)計(jì)依據(jù) 三、場(chǎng)地現(xiàn)狀及工程地質(zhì)情況 四、圍護(hù)方案選擇及介紹 第二部分 圍護(hù)體系計(jì)算說(shuō)明一、計(jì)算方法說(shuō)明 二、計(jì)算參數(shù)及土工指標(biāo) 三、基坑圍護(hù)體系計(jì)算分析內(nèi)容第三部分 計(jì)算書一、 工程概況

2、 二、 地質(zhì)條件 三、 工況模擬 四、 工況內(nèi)力計(jì)算五、 土壓力及基坑穩(wěn)定計(jì)算六、 人工挖孔樁配筋計(jì)算七、 設(shè)計(jì)總結(jié)第四部分 附件一、基坑圍護(hù)總平圖二、基坑圍護(hù)縱斷面圖三、基坑圍護(hù)人工挖孔樁鋼筋構(gòu)造圖四、基坑圍護(hù)人工挖孔樁配筋計(jì)算原理第一部分 圍護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明一、工程概況深圳地鐵1號(hào)線科技園站深基坑場(chǎng)址位于深圳一游樂(lè)場(chǎng)和沙河立交橋之間,基坑兩側(cè)各有兩棟在建工程。基坑向西為深圳機(jī)場(chǎng)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

3、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(chǎng)地現(xiàn)狀及工程地質(zhì)情況站址區(qū)為海沖積平原，地勢(shì)西高東低，現(xiàn)地面高程3.936.52m地勢(shì)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(chǎng)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)的園礫粉質(zhì)粘土等）。2、 水文地質(zhì)特征：勘測(cè)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

4、孔隙潛水及基巖裂隙水，主要補(bǔ)給水源為大氣降水。孔隙潛水主要賦存在第四系沙層等，地下水總的徑流方向?yàn)橛杀毕蚰?。站端東側(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)站區(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，本站基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)，基坑長(zhǎng)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

5、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

6、載按30kPa計(jì)。3.基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇地下水位較高地層上軟下硬淤泥，淤泥質(zhì)細(xì)砂較厚，從地下水位較高的角度來(lái)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(chǎng)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)。人工挖孔樁的特點(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）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(wàn)千牛的力，適用于上部傳來(lái)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。（2）施工方便，造價(jià)低。挖孔樁成孔大，容

7、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(wú)此問(wèn)題，且無(wú)噪聲污染；在密實(shí)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(zhǎng)短不齊，大量截樁、接樁，挖孔樁則無(wú)上述問(wèn)題。（3）下述情況不宜使用挖孔樁；建筑層數(shù)少，荷載?。粓?jiān)硬持力層很深，樁太長(zhǎng)，造價(jià)高；地下水位高，特別是海邊回填場(chǎng)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

8、問(wèn)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(kù)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）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1m，間距均為1.2m，樁長(zhǎng)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(zhǎng)度40m，最小長(zhǎng)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

9、，再通過(guò)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400mm，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(shuō)明一、基坑圍護(hù)體系計(jì)算方法說(shuō)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，坑底地層抗力系數(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19

10、m，樁長(zhǎng)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(jiàn)設(shè)計(jì)說(shuō)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(jiàn)設(shè)計(jì)說(shuō)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(guò)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(jiàn)附

11、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)果詳見(jiàn)附錄計(jì)算書，在此不續(xù)。第三部分 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(zhǎng)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)(砂土)(礫質(zhì)粘土)(花崗巖)hw=1.82.56.510.514.

12、5H=19D=16人工挖孔樁S=1.2m共設(shè)4道支撐，見(jiàn)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(chǎng)地地質(zhì)條件和計(jì)算參數(shù)見(jiàn)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-251918.421.929.2350027.10.831花崗巖-401519.718.935.6400018

13、.00.602三、工況工況簡(jiǎn)圖如下： 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工況列表：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

14、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

15、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(guò)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

16、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)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 26.6O Kc=1.22抗傾覆驗(yàn)算(水土分算)公式： 式中符號(hào)含義見(jiàn)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

17、數(shù)（見(jiàn)國(guó)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(duì)于砂類土： 對(duì)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)(kNm)(kN)010.42.20017421596.4-269.80.511.40017.541.41681.4-474.611

18、2.5001840.61767.4-592.81.513.60-0.11840.61767.4-381.1214.6-0.2-1.118.539.81760.3-363.62.515.7-0.5-3.119391712.8-321.92.515.7-0.5296.319.538.11573.7-336.6316.7147.6286.52036.91396.1-384.93.517.8286.1265.820.535.61185.8-448.1418.9412.9239.32134947.4-480.24.519.9527.4149.521.532.262.9-486.6521623.2-177

19、.72230.3-575-476.45.522.1697.1-276.822.528.4-600.7-451.1623.3287.3-3112326.4-601.4-4086.524.4-839.8-333.523.524.4-590.1-358.36.524.4-839.8703.22422.5-571.1-303.2725.7796.767024.520.6-553.2-244.47.527.3770.3615.92518.8-609.2-185.9828.8805.7556.125.517-676.1-79.78.530.2894491.32615.4-731.698.2931.5102

20、8.4421.926.514-751.597.39.532.71122.3-46.22712.6-753.693.81033.81184.3-402.627.511.4-739.488.410.534.91213.4-441.72810.3-707.181.910.534.91213.483328.59.3-662.593.811361192.4785.7298.4-611.5106.311.537.21197.6713.229.57.6-555.51131238.41186.8636.1307-498.5118.912.539.41196554.730.56.4-436.6125.61340

21、.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

22、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。 實(shí)際工作中的內(nèi)力包絡(luò)圖，應(yīng)同時(shí)考慮恒載和移動(dòng)荷載(活載)的作用，而且移動(dòng)荷載還要考慮其動(dòng)力作用的影響。具體作法是將考慮動(dòng)力影響后的移動(dòng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力與恒載作用下的內(nèi)力按可能發(fā)生的最大、最小內(nèi)力疊加，根據(jù)各截面疊加后的最大、最小力繪制內(nèi)力包絡(luò)圖。六、人工挖孔樁配筋計(jì)算一、縱筋配筋（均勻配筋）配筋原理：根據(jù)“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(zhǎng)沙交通學(xué)院，

23、長(zhǎng)沙市，410076)”中有關(guān)配筋原理進(jìn)行配筋，具體見(jiàn)第四部分。計(jì)算公式：   級(jí)鋼筋C30混凝土Rg=280N/mm2,Ra=13.8N/mm2二、箍筋配筋（構(gòu)造配筋）    三、配置加強(qiáng)筋加強(qiáng)箍筋在鋼筋骨架上每隔2m焊接1根，定位筋在鋼筋骨架上每隔2m沿圓周等間距焊接4根，詳見(jiàn)附圖3-人工挖孔樁鋼筋構(gòu)造圖。七、 設(shè)計(jì)總結(jié)：本次設(shè)計(jì)采用了人工挖孔排樁+ 四道鋼管支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu);在深基坑的支護(hù)方法上,提供了一種新的支護(hù)手段?；訖C(jī)構(gòu)由于土壓力比較大,采用了鋼管支撐。這樣的支護(hù)方法,比較合理,而且也比較經(jīng)濟(jì)。本設(shè)計(jì)采用同濟(jì)啟明星FRWS4.0計(jì)算的支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、變形、支撐軸力均滿足一般要求；采用同濟(jì)啟明星FRWS4.0計(jì)算周邊地面沉降等數(shù)據(jù)都在規(guī)范要求以內(nèi)。本次課程設(shè)計(jì)，組長(zhǎng)合理分配任務(wù)，各組員認(rèn)真按時(shí)完成各自分配的任務(wù)，不明確的內(nèi)容能夠激烈討論，不能解決時(shí)能夠及時(shí)向老師請(qǐng)教。幾次集合，全部到齊。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)各組員熟悉運(yùn)用一些計(jì)算軟件，對(duì)多支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力的幾