【基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18000字（論文）】

第1章緒論1.1研究背景隨著城市人口的增長(zhǎng)，交通擁堵己經(jīng)成為制約城市發(fā)展的主要因素，為了緩解這一壓力，越來(lái)越多的城市投入到城軌交通的發(fā)展熱潮當(dāng)中。城市軌道交通的發(fā)展不僅緩解了交通擁堵難題，而且還提高了城市功能，在很大程度上促進(jìn)了城市集約化和可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，發(fā)展地鐵己變?yōu)槲覈?guó)各大城市用來(lái)緩解交通擁堵環(huán)境狀況的途徑之一。我國(guó)的城軌交通起步于1965年，北京成為國(guó)內(nèi)首個(gè)建設(shè)條地鐵的城市，隨后上海、天津、廣州、深圳、南京、青島等城市也修建了地鐵，這些城軌交通的快速發(fā)展對(duì)于該城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮著舉重輕重的推動(dòng)作用。目前，我國(guó)大部分省會(huì)城市和一線城市都修建了地鐵，隨著城市的進(jìn)一步發(fā)展，在未來(lái)的幾十年中，部分非省會(huì)中心城市也會(huì)發(fā)展地鐵，屆時(shí)地鐵建設(shè)將增加到一個(gè)難以預(yù)知的水平。地鐵飛速發(fā)展能夠促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但是城市地鐵穿過(guò)繁華地段，修建地鐵過(guò)程中也會(huì)存在不少難題，例如地鐵車站深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工問(wèn)題，該難題目前己經(jīng)成為城軌交通修建中要研究的熱點(diǎn)。地鐵車站由于主體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使深基坑的設(shè)計(jì)深度往往很大，要想保證深基坑在土方開挖及支護(hù)擾動(dòng)下圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍鄰近建筑物的安全穩(wěn)定，勢(shì)必就要合理設(shè)計(jì)支護(hù)方案和施工方案。深基坑工程涉及巖土工程多個(gè)方面，包含多個(gè)學(xué)科，主要有工程地質(zhì)學(xué)、彈性力學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及監(jiān)測(cè)技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。大量工程實(shí)踐表明，基坑工程施工過(guò)程中，倘若圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、施工工藝不合理以及施工管理不到位，必然會(huì)引起基坑周邊土體發(fā)生失穩(wěn)破壞，從而導(dǎo)致基坑鄰近樓房受擾動(dòng)而發(fā)生墻體開裂、傾斜或者地下管網(wǎng)斷裂等問(wèn)題，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)可能威脅到作業(yè)人員的生命安。盡管深基坑支護(hù)技術(shù)經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，并且己發(fā)展得相當(dāng)成熟，但無(wú)論哪種支護(hù)技術(shù)都不能完全避免施工對(duì)土體產(chǎn)生擾動(dòng)，也不能避免施工造成不同程度的基坑變形。深基坑變形超過(guò)其允許變形時(shí)，就會(huì)對(duì)坑壁周圍鄰近樓房和地下管網(wǎng)的安全穩(wěn)定和正常使用帶來(lái)重大隱患。1.2研究意義深基坑工程早己成為地鐵建設(shè)過(guò)程中的重要研究課題之一，關(guān)于深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和深基坑變形規(guī)律這方面的研究己經(jīng)不少，也取得了諸多成果，指導(dǎo)了工程實(shí)踐。深基坑工程是一個(gè)十分龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其支護(hù)體系主要發(fā)揮臨時(shí)圍護(hù)基坑穩(wěn)定作用，但它們往往會(huì)在基坑施工完成以后被拆除。不同于其他工程的是，深基坑工程不僅施工周期長(zhǎng)、規(guī)模大，而且涉及面廣、技術(shù)難題多，增加了工程施工難度。深基坑工程實(shí)際過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、施工便捷、環(huán)保等多方面。首先，充分依據(jù)深基坑周邊環(huán)境狀況，對(duì)比分析各個(gè)支護(hù)方式的適用范圍。其次，在滿足經(jīng)濟(jì)、安全、科學(xué)的必要條件下選出適合本工程最科學(xué)的支護(hù)方案。大量工程實(shí)踐證明，合理的支護(hù)方案既能夠滿足深基坑施工過(guò)程中的安全穩(wěn)定，又可以節(jié)約成本，從而實(shí)現(xiàn)雙贏。近些年來(lái)，由于地鐵快速發(fā)展，一些大中城市隨處可見地鐵深基坑的開挖，開挖過(guò)程中也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些基坑安全事故，這些事故的頻繁發(fā)生不得不引起專家和學(xué)者的認(rèn)真研究，同樣引起了行業(yè)的普遍重視。2008年11月，杭州地鐵一號(hào)修建過(guò)程中，造成起始站深基坑周邊道路出現(xiàn)發(fā)大面積沉陷，引起的沉陷面積達(dá)到1000m2左右，塌陷深度達(dá)到15m，引起過(guò)往的10余輛汽車追入坑內(nèi)，掩埋至少50位行人和施工人員，事故最終造成21人死亡、重傷4人。事后經(jīng)過(guò)評(píng)估，直接經(jīng)濟(jì)損失5000萬(wàn)元，事故現(xiàn)場(chǎng)見圖1.10支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞（b）基坑開挖造成道路坍塌圖1.1事故現(xiàn)場(chǎng)照片2014年河南某地進(jìn)行深基坑開挖過(guò)程中，突然造成基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌，致使附近道路塌陷，引起多臺(tái)車輛墜入坑內(nèi)，事故影響很大。2015年杭州某深基坑發(fā)生重大坍塌事故，造成鄰近的多棟樓房發(fā)生傾覆和破壞，造成多人受傷，直接造成經(jīng)濟(jì)損失2500萬(wàn)元，見圖1.2。事后調(diào)查分析，得知擬建場(chǎng)地地基淤泥質(zhì)土層厚度變化非常大，再加上地下水的影響，致使在基坑北側(cè)和西側(cè)位置處的軟土層厚度相對(duì)較薄的情況下發(fā)生坍塌。深基坑事故已經(jīng)嚴(yán)重的威脅工程建筑的安全施工，文本基于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效的提升深基坑的穩(wěn)定性，對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。第2章深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式及影響因素分析深基坑工程意義重大，大面積開挖土方，容易造成深基坑發(fā)生變形、失穩(wěn)，甚至威肋、周圍臨近建筑物的安全穩(wěn)定，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，針對(duì)具體基坑工程，須作出合理有效的支護(hù)設(shè)計(jì)，然而支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工擾動(dòng)下發(fā)生的變形破壞受很多因素影響。因此，本章主要從深基坑變形破壞形式和變形破壞影響因素兩大方面展開分析，為深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2.1深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式眾所周知，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)大部分承受來(lái)自背側(cè)土體的土壓力和水位以下的孔隙水壓力兩種作用。因此，將深基坑支護(hù)體系的研究成果從發(fā)揮功能角度進(jìn)行劃分，可以分為擋土墻和止水兩種。實(shí)際工程中，有的圍護(hù)結(jié)構(gòu)只承受兩者之一的作用，有的承受兩種共同作用，最常見的為圍護(hù)結(jié)構(gòu)加止水帷幕，兩者構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定完整的支護(hù)體系。深基坑經(jīng)過(guò)多年地發(fā)展，己經(jīng)形成了眾多種支護(hù)形式，任何一種支護(hù)型式都有自身應(yīng)用范圍。比較常見的支護(hù)型式主要有：灌注樁+內(nèi)支撐、SMW工法、鉆孔咬合樁、地下連續(xù)墻、樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)、土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、其它型式支護(hù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)深基坑施工經(jīng)驗(yàn)可知，在進(jìn)行基坑開挖之前往往需要在基坑開挖面周圍人工形成一圈圍護(hù)結(jié)構(gòu)，用來(lái)抵抗主動(dòng)土壓力。本節(jié)重點(diǎn)闡述較為常用的幾種深基坑圍護(hù)形式，分析他們的優(yōu)缺點(diǎn)，便于后面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選。2.1.1灌注樁+內(nèi)支撐該圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式見圖2.1。它的優(yōu)點(diǎn)在于不受擬建場(chǎng)地限制，且施工期間中產(chǎn)生的振動(dòng)小、噪音污染低，而且自身的剛度強(qiáng)，可以做到就地施工，機(jī)械化程度高，不會(huì)對(duì)鄰近環(huán)境產(chǎn)生大的不利影響。此外，因?yàn)殇撝慰梢曰厥绽?，它也比較經(jīng)濟(jì)。但是，也存在一定的缺點(diǎn)，比如排樁與內(nèi)支撐形成的支護(hù)體系整體剛度不高，而且不可成為主體結(jié)構(gòu)的一部分，內(nèi)支撐需要拆卸。目前度多應(yīng)用于軟土地區(qū)和黃土地區(qū)。圖2.1灌注樁+內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式2.1.2SMW工法（勁性水泥土攪拌連續(xù)墻）該圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式見圖2.2。它的優(yōu)點(diǎn)在于占用場(chǎng)地少；施工速度快；對(duì)環(huán)境污染小，無(wú)廢棄泥漿；操作工藝不復(fù)雜，容易上手，重要的是對(duì)鄰近樓房和管線影響程度低；此外，耗用水泥鋼材少，造價(jià)低，且具有止水和擋土的雙重作用。缺點(diǎn)在于自身結(jié)構(gòu)的剛度低，極易出現(xiàn)較大位移。在國(guó)內(nèi)，多用于6~10m基坑開挖。圖2.2SMW工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式2.1.3鉆孔咬合樁圖2.3鉆孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式該圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式見圖2.3。它的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能夠作為主體結(jié)構(gòu)承受作用力的一部分，同時(shí)具有止水和擋土兩種性能，施工污染少。缺點(diǎn)在于施工工藝較復(fù)雜，進(jìn)度慢，而且深度越大則造價(jià)就會(huì)越高。應(yīng)用范圍十分廣泛，并不受地層條件限制。2.1.4地下連續(xù)墻該圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式見圖2.4、圖2.5。多應(yīng)用于沿海軟土地區(qū)深基坑的結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)在于整體剛度大，止水帷幕性能非常好，且可作為主體結(jié)構(gòu)；缺點(diǎn)在于施工工藝較為復(fù)雜，機(jī)械化程度要求高，且造價(jià)高，施工對(duì)周邊環(huán)境影響較大。圖2.4地下連續(xù)墻施工圖2.5地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展帶動(dòng)著深基坑支護(hù)型式的不斷更新，深基坑支護(hù)工程中涌現(xiàn)出了許多新技術(shù)，它們的引進(jìn)自然也就形成了許多新的支護(hù)形式。主要有沉井式、門架式等支護(hù)方式。2.2深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響因素影響深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形破壞的因素很多，正因這些因素地存在，使得深基坑成為一個(gè)復(fù)雜工程，其穩(wěn)定性是施工期間技術(shù)管理人員最為關(guān)心的焦點(diǎn)。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和大量圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以得到，其主要因素包括工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、基坑幾何形狀、設(shè)計(jì)因素、施工因素以及外荷載和溫度變化等。2.2.1工程地質(zhì)、水文條件土層的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)基坑穩(wěn)定性有著很大影響，其決定著基坑周圍土體抵抗變形能力的大小。對(duì)于軟土地區(qū)來(lái)說(shuō)，由于土層的強(qiáng)度參數(shù)較低致使基坑周圍地層發(fā)生變形，從而影響到基坑的穩(wěn)定性；而對(duì)于黃土地區(qū)，相同圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式下，其深基坑穩(wěn)定性要好于軟土地區(qū)。相對(duì)于土層性質(zhì)來(lái)說(shuō)，地下水對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響更大，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，地下水的存在降低了土體的重度及其抗剪強(qiáng)度參數(shù)；其二，倘若土體滲透性強(qiáng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)受到土壓力和水壓力的雙重作用，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形影響也會(huì)更加明顯。對(duì)于西安黃土地區(qū)，地下水對(duì)深基坑的穩(wěn)定性影響更大，黃土存在濕陷性，基坑開挖時(shí)必須保證地下水位在開挖面0.5m一下。因此，進(jìn)行深基坑開挖及施工時(shí)，需進(jìn)行降水，從而保證干法施工。2.2.2基坑的穩(wěn)定性基坑規(guī)模對(duì)深基坑穩(wěn)定性的圍護(hù)十分重要，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形形式和變形特征就越復(fù)雜，其空間效應(yīng)也就更加體現(xiàn)的明顯，給深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加難度，也給施工帶來(lái)難題。規(guī)模較大的深基坑一般多出現(xiàn)在換乘站，由于設(shè)計(jì)要求，基坑的規(guī)模不得大，見圖2.12。規(guī)模很大的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)除了擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)和必要的支撐系統(tǒng)外，一般還會(huì)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部增加一道冠梁，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。圖2.12某地鐵換乘站深基坑開挖當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較差且開挖深度較大時(shí)，除了設(shè)置冠梁還應(yīng)在一定深度的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上設(shè)置足夠的腰梁，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、整體性和穩(wěn)定性。進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮空間效應(yīng)，以便能夠做出對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性做出合理的評(píng)價(jià)，控制成本。2.2.3設(shè)計(jì)因素實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)因素對(duì)基坑的影響十份顯著，倘若設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)增大施工難度，增加施工成本，甚至引起基坑事故發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)由于設(shè)計(jì)原因造成基坑事故的比例幾乎占到整個(gè)基坑事故比例的50%，由此可見圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)基坑變形的影響是多么的大。圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的因素很多，主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式、開挖深度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度、支撐的位置和層數(shù)、施加在支承上的預(yù)緊力大小等。（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式從根本上決定了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度，剛度較大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有助于降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)在土壓力作用下所發(fā)生的位移。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，盲目的為了減小變形而選用剛度大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式也對(duì)基坑穩(wěn)定不利，原因在于剛度過(guò)大對(duì)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的作用不明顯，徒增造價(jià)。因此，再進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮各方面因素，選用合適的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌入深度圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度影響基坑穩(wěn)定性的一個(gè)十份重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，在允許范圍內(nèi)適當(dāng)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌入深度，可以達(dá)到抑制基坑外部土體移動(dòng)進(jìn)入坑內(nèi)和降低坑外地表沉降的效果，還能阻止坑底部的土體在土壓力作用下發(fā)生回彈。（3）支撐方案在圍護(hù)墻擋土作用下，支撐方案也會(huì)對(duì)基坑的變形造成重大影響，其影響因素包括支撐形式、支撐作用位置和支撐層數(shù)等。首先，支撐形式從根本上決定了支撐剛度大小，在合理范圍內(nèi)其剛度越大，抵抗變形的能力越大，自身變形越小，有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形。其次，支撐的疏密也會(huì)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生重大影響，但是并不是說(shuō)支撐越多就會(huì)越好。經(jīng)驗(yàn)證明，過(guò)多的支撐不但有礙開挖影響工程進(jìn)度的快速推進(jìn)，還會(huì)增加是工程造價(jià)。次外，支撐層數(shù)也是支撐方案確定的一個(gè)重要參考因素。（4）支撐預(yù)緊力在進(jìn)行內(nèi)支撐支護(hù)時(shí)，必須對(duì)其施加預(yù)緊力，以便內(nèi)支撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間緊密相接。施加了預(yù)緊力，使得支撐對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)有了一個(gè)反作用力，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)收到土壓力作用而要發(fā)生向坑內(nèi)變形時(shí)，內(nèi)支撐予以阻止，從而有效地控制了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，減少了坑外土體地表沉降，提高基坑整體穩(wěn)定性。2.2.4其他因素（1）施工因素施工單位的施工水平和管理水平也會(huì)對(duì)深基坑變形產(chǎn)生重大影響，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，除了設(shè)計(jì)原因造成的基坑事故之外，絕大部分的基坑事故發(fā)生的根源在于施工水平低或者管理不當(dāng)。實(shí)際工程中，施工因素主要體現(xiàn)在施工方案的選擇、施工隊(duì)伍水平的好壞、開挖后是否及時(shí)支護(hù)以及施工現(xiàn)場(chǎng)的管理是否到位等。（2）外界荷載在施工場(chǎng)地受限時(shí)，在基坑周邊常常堆放一些原材料或者設(shè)置一些塔吊、攪拌機(jī)等臨時(shí)設(shè)施，這些東西自重往往較大，通過(guò)土體對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力。第3章以某地鐵工程為例基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1工程簡(jiǎn)介某地鐵車站為地下2層島式車站，車站主體結(jié)構(gòu)外包尺寸長(zhǎng)125.2米，結(jié)構(gòu)底板最大埋深約16m，擬采用明挖法施工。擬建場(chǎng)地為軟弱土地基，抗震設(shè)防烈度為6度。車站主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土單柱雙跨結(jié)構(gòu)，采用地下連續(xù)墻作為施工階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)?；硬捎妹魍陧樧鞣ㄊ┕?，標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度16.6m，端頭井開挖深度18.6mo圖1.1某地鐵站周邊環(huán)境簡(jiǎn)圖3.2工程地質(zhì)條件（1）場(chǎng)地地形地貌本車站坐落于廣闊的沖湖積平原，場(chǎng)地第四系覆蓋層厚度大，水系發(fā)育，地勢(shì)平坦，系典型的水網(wǎng)化平原。車站區(qū)域地面標(biāo)高在3.12~3.97m之間，地勢(shì)較平坦。（2）主要工程地質(zhì)土層①填土層，厚度0.70~6.60m之間，壓縮性中等偏高，強(qiáng)度低，均勻性差，屬弱透水土層，勘區(qū)內(nèi)均有分布。③1粘土層，層厚0.50~2.40m，壓縮性中等，強(qiáng)度中等一高，粘土層分布穩(wěn)定，為不透水層。③2粉質(zhì)粘土層，層厚層厚2.00~2.80m，壓縮性中等，強(qiáng)度中等一高，粉質(zhì)粘土層分布穩(wěn)定，為微透水層。④粉質(zhì)粘土層分布穩(wěn)定，厚度1.60~4.40m，壓縮性中等，強(qiáng)度中等，為微透水土層。④1粉土層厚度1.30~3.60m，分布尚穩(wěn)定，壓縮性中等偏低，強(qiáng)度偏低，為透水土層。④2粉土夾粉砂層厚度1.40~10.20，場(chǎng)地內(nèi)局部缺失，壓縮性中等偏低，強(qiáng)度偏低，為透水土層。⑤粉質(zhì)粘土層場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度1.80~18.20m，壓縮性中等偏高，強(qiáng)度中等偏低，為微透水土層。⑥1粘土層，層厚1.40~2.30m，該層分布欠穩(wěn)定，局部缺失，壓縮性中等，強(qiáng)度中等一高，為不透水土層。⑥2粉質(zhì)粘土層，層厚1.10~4.OOm，該層分布欠穩(wěn)定，局部缺失，壓縮性中等，強(qiáng)度中等一高，為微透水土層。⑦2粉土層場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度5.20~17.OOm，壓縮性中等偏低，強(qiáng)度中等，為弱透水土層。⑧1粉質(zhì)粘土層場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度3.50~14.10m，壓縮性中等，強(qiáng)度中等。⑩粉細(xì)砂層分布尚穩(wěn)定，主要由孔深55m左右的控制性鉆孔揭示，控制最大厚度5.80m，壓縮性中等偏低，強(qiáng)度中等。表1-1車站土層主要物理力學(xué)指標(biāo)表土層代號(hào)及名稱含水量w（%）土重度（KN/m）孔隙比eoC（kpa）內(nèi)摩擦角（°）垂直滲透系數(shù)（m/d）水平滲透系數(shù)（m/d）填土33.418.80.95115.010.0③1黏土28.219.60.79945.011.06.4e-81.0e-7③2粉質(zhì)粘土29.619.40.82625.011.05.2e-73.5e-6④粉質(zhì)粘土31.419.20.85629.310.44.1e-67.3e-6④1粉土29.719.10.8317.629.43.08e-33.08e-3④2粉土夾粉32.018.70.9208.730.93.08e-33.08e-3⑤粉質(zhì)粘土32.219.10.88723.711.34.0e-62.9e-6⑥1粘土23.820.30.67561.913.15.2e-86.3e-8⑥2粉質(zhì)粘土27.219.40.78426.815.03.4e-69.7e-6⑦1粉質(zhì)黏土31.220.51.0615.231.63.78e-43.65e-4⑦2粉土32.518.50.9369.528.73.08e-43.08e-4⑧1粉質(zhì)粘土32.018.90.89524.211.4⑩粉細(xì)砂26.719.20.7837.929.0注：含水量、重度、孔隙比為平均值；C、值為直剪固快標(biāo)準(zhǔn)值；滲透系數(shù)為室內(nèi)試驗(yàn)采用最大值3.3水文地質(zhì)條件潛水含水層主要由填土層組成，勘察區(qū)域內(nèi)均有分布。某地歷年最高潛水位標(biāo)高2.63m，最低潛水位標(biāo)高為0.21m，車站抗浮設(shè)防水位為地面下0.5m。微承壓水含水層由晚更新統(tǒng)沉積成因的土層組成，主要為④1粉土及④2粉土夾粉砂層，其透水性及賦水性中等。微承壓水頭埋深約2.0m左右，相應(yīng)標(biāo)高在1.25-1.42m之間。據(jù)區(qū)域資料，年變幅lm左右。承壓水含水層由晚更新統(tǒng)沉積成因的土層組成，主要為⑦2粉土層，承壓水頭標(biāo)高在-1.10m左右，年變幅lm左右。對(duì)于本地鐵車站施工，需考慮承壓水的突涌問(wèn)題，該含水層隔水頂板為⑥1粘土層。3.4采用的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)（1）《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2013）（2）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）（3）《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）（2006版）（4）《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-2008）（5）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）（6）《上海市基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》（DBJ08-61-2010）（7）《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（YB9258-97）（8）《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）（9）《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）（10）《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）（11）《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50038-2005）（12）《地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50208-2011）（13）《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50119-2013）（14）《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JBJ/T111-98）（15）《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50299-1999（2003版）3.5設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（1）主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為100年，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)、在正常使用和圍護(hù)的條件下，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)不需要進(jìn)行大修加固而能保持使用功能；次要構(gòu)件可進(jìn)行維修以保持其使用功能。具體包括：a、主要構(gòu)件：結(jié)構(gòu)頂?shù)装?、各層樓板、框架梁柱、中墻等，設(shè)計(jì)使用年限為100年。b、次要構(gòu)件：自成結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)部梁、柱、墻、樓梯、站臺(tái)板等，設(shè)計(jì)使用年限為50年。（2）主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)為一級(jí)。按荷載效應(yīng)基本組合進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)重要性系數(shù)為1.1；臨時(shí)構(gòu)件的安全等級(jí)為三級(jí)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)0取0.9；在人防荷載或地震荷載組合下，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)0取1.0。（3）地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為6度，場(chǎng)地土類別屬工Ⅳ類，抗震等級(jí)為三級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)和接頭處的整體抗震能力。當(dāng)?shù)叵萝囌旧喜拷ㄓ械孛娼ㄖr(shí)，應(yīng)當(dāng)增加驗(yàn)算整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。（4）車站的環(huán)境類別按照一般環(huán)境條件考慮，當(dāng)?shù)叵滤疅o(wú)侵蝕性時(shí)，地下結(jié)構(gòu)中處于干濕交替環(huán)境的混凝土構(gòu)件的環(huán)境類別為I-C類，設(shè)有環(huán)控系統(tǒng)的車站結(jié)構(gòu)內(nèi)部混凝土構(gòu)件的環(huán)境類別為工一B類。（5）鋼筋混凝土構(gòu)件（不含臨時(shí)構(gòu)件）正截面的裂縫控制等級(jí)一般為三級(jí)，即允許出現(xiàn)裂縫。正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算的明挖結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度允許值蕊0.3mm，處于干濕交替環(huán)境的結(jié)構(gòu)或當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)鋼筋有腐蝕性時(shí)，迎土面結(jié)構(gòu)最大計(jì)算裂縫寬度允許值蕊0.2mm。裂縫寬度計(jì)算時(shí)，當(dāng)保護(hù)層厚度超過(guò)30mm時(shí)，按30mm取值。（6）車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按最不利情況進(jìn)行抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。在不考慮側(cè)壁摩阻力時(shí)，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.05。當(dāng)適當(dāng)考慮側(cè)壁摩阻力時(shí)，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.150當(dāng)結(jié)構(gòu)抗浮不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的工程措施。（7）基坑開挖面有（微）承壓水含水層時(shí)，應(yīng)按最不利情況進(jìn)行基坑底部抗承壓穩(wěn)定驗(yàn)算，其穩(wěn)定性安全系數(shù)不得小于1.10。當(dāng)基坑抗承壓水穩(wěn)定不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采取隔水或降水等有效的地下水控制方案及措施，并盡量減小對(duì)周邊環(huán)境的不利影響。3.6設(shè)計(jì)流程首先，根據(jù)水文地質(zhì)條件，根據(jù)各規(guī)范以及工程類比等方法，選取合適的典型斷面以及支護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸，確定典型斷面的插入，根據(jù)確定的插入比對(duì)典型斷面的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。然后，在穩(wěn)定性驗(yàn)算符合規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程類比，選取適當(dāng)?shù)幕娱_挖支撐位置以及確定支撐類型，進(jìn)而利用SAP2000對(duì)地下連續(xù)墻進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，得到地下連續(xù)墻的彎矩，進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的配筋。接下來(lái)，確定典型斷面主體結(jié)構(gòu)尺寸，在不同工況下利用SAP2000進(jìn)行內(nèi)力分析，得到各構(gòu)件的彎矩包絡(luò)圖，取最不利情況對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行配筋。完成某地鐵站地下車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，圖3.2為某站施工期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程。圖1.2主基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程示意圖第4章主基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1確定基坑保護(hù)等級(jí)4.1.1基坑工程安全等級(jí)根據(jù)《基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DGTJ08-61-2010）的規(guī)定，根據(jù)基坑的開挖深度等因素，基坑工程安全等級(jí)應(yīng)分為以下三級(jí)：①基坑開挖深度大于、等于12m或基坑采用支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)，屬一級(jí)安全等級(jí)基坑工程；②基坑開挖深度小于7m時(shí)，屬三級(jí)安全等級(jí)基坑工程；③除一級(jí)和三級(jí)以外的基坑均屬二級(jí)安全等級(jí)基坑工程。4.1.2基坑工程環(huán)境保護(hù)等級(jí)《基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DGTJ08-61-2010）規(guī)定，根據(jù)基坑周圍環(huán)境的重要性程度及其與基坑的距離，基坑工程環(huán)境保護(hù)等級(jí)應(yīng)分為以下三級(jí)，如表2-1所示，相應(yīng)的基坑變形控制指標(biāo)應(yīng)按本規(guī)范第17.1節(jié)的規(guī)定采用。表2-1基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級(jí)環(huán)境保護(hù)對(duì)象保護(hù)對(duì)象與基坑的距離關(guān)系基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級(jí)優(yōu)秀歷史建筑、有精密儀器與設(shè)備的廠房、其他采用天然地基或短樁基礎(chǔ)的重要建筑物、軌道交通設(shè)施、隧道、防汛墻、原水管、自來(lái)水總管、煤氣總管、共同溝等重要建（構(gòu)）筑物或設(shè)施S=<H一級(jí)H<S=<2H二級(jí)2H<S=<4H三級(jí)較重要的自來(lái)水管、煤氣管、污水管等市政管線、采用天然地基或短樁基礎(chǔ)的建筑物等S=<H二級(jí)H<S=<2H三級(jí)車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻作為主體結(jié)構(gòu)的一部分且主體結(jié)構(gòu)基坑開挖深度最淺處為16.6m，西北角臨近某精密儀器有限公司廠房，東北角臨近某新區(qū)自來(lái)水廠，東南角是商業(yè)廣場(chǎng)，建筑物較密集。綜合車站周邊環(huán)境和工程特點(diǎn)，確定此車站的保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，考慮1.1的重要性系數(shù)，基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，即地面最大沉降量蕊0.2%H，圍護(hù)墻最大水平位移蕊0.3%H（H為基坑開挖深度），且蕊30mm。施工過(guò)程中對(duì)于周邊建（構(gòu)）筑物和管線須根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取跟蹤注漿等相應(yīng)保護(hù)措施。2.2典型斷面選取由于車站所處場(chǎng)地地質(zhì)條件比較均勻，因此分別在標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井段各取一斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在標(biāo)準(zhǔn)段中選擇車站中心點(diǎn)為典型斷面；端頭井選擇東側(cè)端頭井為典型斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。典型斷面地質(zhì)剖面圖如表2-2所示：項(xiàng)目斷面1斷面2所在位置標(biāo)準(zhǔn)段端頭井地質(zhì)剖面示意圖基坑深度16.60m18.60m坑底土層⑤層粉質(zhì)粘土⑤層粉質(zhì)粘土4.2設(shè)計(jì)條件（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用桿系彈性有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，開挖期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為支擋結(jié)構(gòu)，承受全部的水土壓力及路面超載，使用階段和主體結(jié)構(gòu)一起承載，按可能出現(xiàn)的最不利的荷載組合進(jìn)行強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性計(jì)算。（2）施工階段土壓力對(duì)于砂性土根據(jù)地質(zhì)報(bào)告中各土層的物理力學(xué)參數(shù)按水土分算進(jìn)行計(jì)算，水壓力按靜水頭壓力計(jì)算，地下水位按地表以下0.5m計(jì)，基坑開挖前20天須進(jìn)行基坑內(nèi)降水，降水后水位位于坑底下1.0m；對(duì)于粘性土則采用水土合算的原則進(jìn)行計(jì)算，地面超載按20KPa計(jì)算。（3）地下連續(xù)墻及鉆孔灌注樁混凝土強(qiáng)度選用水下C30，地下墻抗?jié)B等級(jí)>=S6，鋼筋混凝土圍擦、支撐的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，底板下素混凝土墊層強(qiáng)度為C20o（4）鋼支撐采用Q}609鋼管支撐，壁厚t=16mmo（5）施工階段土壓力對(duì)于砂性土根據(jù)地質(zhì)報(bào)告中各土層的物理力學(xué)參數(shù)按水土分算進(jìn)行計(jì)算，水壓力按靜水頭壓力計(jì)算，地下水位按地表以下0.5m計(jì)，坑內(nèi)lm；對(duì)于粘性土則采用水土合算的原則進(jìn)行計(jì)算，地面超載按20KPa計(jì)算。4.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型根據(jù)分析某地鐵車站其土質(zhì)為軟土，所以選取軟土地區(qū)車站圍護(hù)型式進(jìn)行類比由于該車站若支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過(guò)大變形對(duì)基坑周圍的環(huán)境以及地下施工會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，考慮到基坑開挖深度為16.6~18.6m，通過(guò)工程類比劃分，選擇地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。4.4支撐結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)4.4.1支撐圍模設(shè)計(jì)（1）圍擦結(jié)構(gòu)比選采用坑內(nèi)支撐和圍擦結(jié)構(gòu)體系時(shí)，圍擦結(jié)構(gòu)的常用形式有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)見表2-6所示。結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用范圍鋼1.安全，拆卸方便；2可重復(fù)利用，使用和圍護(hù)成本低；對(duì)施工的干擾小。1.強(qiáng)度不如鋼筋混凝土；2.對(duì)于形狀不規(guī)則的基坑，架設(shè)較為困難。深度較小，形狀較規(guī)則的基坑鋼筋混泥土1.材料的強(qiáng)度較大，安全系數(shù)高；2.對(duì)于形狀不規(guī)則的基坑使用更方便。1.安裝、拆除比鋼結(jié)構(gòu)困難；2.不能重復(fù)利用，使用成本較高3.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸大，對(duì)施工的干擾大開挖深度大，形狀不規(guī)則的基坑《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程（JGJ120-99>》中規(guī)定：通常情況下應(yīng)利用圍護(hù)墻頂?shù)乃饺α杭孀龅谝坏浪街蔚膰?。在該車站基坑設(shè)計(jì)中，采用車站基坑的頂圈梁兼做第一道水平支撐的圍擦。除頂圈梁外，在架設(shè)其它道鋼筋混凝土支撐時(shí)，也需設(shè)置圍擦?；娱_挖深度最大達(dá)到18.60m，基坑所處區(qū)域地層為軟弱土層，根據(jù)以上條件，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為車站基坑的圍擦形式。在架設(shè)其它各道鋼支撐時(shí)，可將鋼支撐直接架設(shè)在地下連續(xù)墻開挖面，在設(shè)計(jì)時(shí)均不單獨(dú)設(shè)置圍擦結(jié)構(gòu)。（2）圍擦結(jié)構(gòu)尺寸確定頂圈梁的結(jié)構(gòu)尺寸，主要受基坑形狀、基坑場(chǎng)地范圍內(nèi)土層情況和基坑開挖深度的影響，當(dāng)基坑開挖深度大、基坑形狀不規(guī)則、所處地層為軟弱土層時(shí)，頂圈梁的結(jié)構(gòu)尺寸要適當(dāng)增大以承受地下連續(xù)墻傳遞來(lái)的應(yīng)力。該車站基坑圍擦結(jié)構(gòu)的剖面尺寸見表2-7。表2-7車站圍檀結(jié)構(gòu)剖面尺寸斷面圍檀尺寸端頭井1000×800標(biāo)準(zhǔn)段1000×800在架設(shè)其它各道鋼支撐時(shí)，可將鋼支撐直接架設(shè)在地下連續(xù)墻開挖面，在設(shè)計(jì)時(shí)均不單獨(dú)設(shè)置圍擦結(jié)構(gòu)。4.4.2支撐豎向布置（1）軟土地區(qū)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表2-8中列出了部分軟土地基地區(qū)的車站基坑支撐布置，用以進(jìn)行工程類比。表2-8部分軟土地區(qū)車站基坑豎向支撐型式及參數(shù)（2）車站結(jié)構(gòu)位置初步擬定值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計(jì)要求，參考類似工程的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該車站的基坑安全等級(jí)和車站所在地區(qū)的土層情況，在保證安全的前提下盡量方便施工，初步擬定車站主體結(jié)構(gòu)頂板、中板、底板的位置見表2-9。表2-9車站主體結(jié)構(gòu)形式以上圖表中的數(shù)值為車站主體結(jié)構(gòu)頂板、中板、底板在地面開挖面以下的深度。在該開挖深度范圍內(nèi)，不允許施做基坑的支撐結(jié)構(gòu)。參考規(guī)范給出的建議值，結(jié)合軟土地區(qū)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以初步確定車站基坑的支撐形式和道數(shù)。（3）車站支撐位置初步擬定值硅支撐水平距離一般取8mo，鋼支撐水平距離確定：圍護(hù)墻為地下連續(xù)墻時(shí)為保證在每個(gè)槽段的墻體穩(wěn)定，一般設(shè)置至少2個(gè)支撐點(diǎn)，每幅墻長(zhǎng)為6m，則每道支撐的水平距離為3m。計(jì)算端頭井時(shí)，支撐水平間距按照標(biāo)準(zhǔn)段取值，支撐長(zhǎng)度按照標(biāo)準(zhǔn)段支撐長(zhǎng)度加上端頭井加寬距離取值。基坑凈寬18.7m，端頭井每側(cè)加寬2m，則端頭井寬為：18.7+2+2=22.7（m）支撐豎向布置按照根據(jù)工程類比法，初步擬定各支撐如下，標(biāo)準(zhǔn)段共設(shè)4道支撐，1道硅支撐，3道鋼管支撐；端頭井共設(shè)5道支撐，1道硅支撐，4道鋼管支撐。支撐位置對(duì)應(yīng)的標(biāo)高如表2-10、圖2-1，2-2所示。表2-10支撐位置對(duì)應(yīng)標(biāo)高及埋深圖2.1標(biāo)準(zhǔn)段土層與支撐位置設(shè)計(jì)剖面圖圖2.2端頭井土層與支撐位置設(shè)計(jì)剖面圖4.5圍護(hù)插入比以及地墻厚度擬定4.5.1地連墻插入比設(shè)計(jì)總結(jié)軟土地區(qū)工程實(shí)例，得到表2-11：注：（二）指2號(hào)線車站；（六）指6號(hào)線車站根據(jù)工程類比，軟土地區(qū)地下車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入比一般取值為0.8~1.0之間。擬選取圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入比如表2-12所示：表2-12地下連續(xù)墻插入比初步擬定4.5.2地連墻厚度設(shè)計(jì)總結(jié)軟土地區(qū)工程實(shí)例，得地下連續(xù)墻厚度與埋深的關(guān)系如表2-13所示：表2-13地墻厚度與深埋關(guān)系工程類比根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，地下連續(xù)墻的深厚比有如下關(guān)系：墻厚600mm時(shí)地墻最深可達(dá)28m；墻厚800mm時(shí)地墻最深可達(dá)45m，墻厚1000^-1200mm時(shí)地墻最深可達(dá)50m。該車站地下連續(xù)墻深度最大為34m，且標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井墻底土層都為⑦，粉質(zhì)粘土，因此可采用800mm厚地下連續(xù)墻。2.7基坑加固2.7.1標(biāo)準(zhǔn)段基坑加固某地鐵車站基坑標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)置一定范圍的攪拌樁加固，加固參數(shù)取加固寬度3m，間距5m，加固深度3m左右?？觾?nèi)加固采用攪拌樁，施工工藝為三軸深層攪拌樁。加固區(qū)域如圖2.3所示。圖2.3標(biāo)準(zhǔn)段基底加固俯視圖4.5.3端頭井基坑加固采用與標(biāo)準(zhǔn)段相同的方法對(duì)端頭井進(jìn)行加固，加固區(qū)域如圖2.4示。圖2.4端頭井基底加固俯視圖4.6圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算4.6.1整體穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮內(nèi)支撐作用時(shí)，通常不會(huì)發(fā)生整體穩(wěn)定破壞，因此對(duì)只設(shè)一道支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)需驗(yàn)算整體滑動(dòng)，而對(duì)設(shè)置多道內(nèi)支撐時(shí)可不作驗(yàn)算。本次圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要多道支撐，所以不用再做整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。4.6.2圍護(hù)墻體抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算圖2.5圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆檢算示意圖根據(jù)《上海市基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程（DBJ08-61-97>》可知，抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算公式：（2.1）MRC：抗傾覆力矩MRC=FPZP，取基坑開挖面以下圍護(hù)墻入土部分坑內(nèi)側(cè)壓力，對(duì)下一道支撐或錨釘點(diǎn)的力矩。MOC：傾覆力矩MOC=FaZa。取最下一道支撐和錨釘點(diǎn)以下圍護(hù)墻坑外側(cè)壓力，對(duì)最下一道支撐或錨釘點(diǎn)的力矩。：抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)，一級(jí)基坑工程取1.20，二級(jí)基坑工程取1.10，三級(jí)基坑工程取1.05。本站為一級(jí)基坑工程取1.20。其中計(jì)算點(diǎn)處的被動(dòng)土壓力計(jì)算公式如下：式中Pp一計(jì)算點(diǎn)處的被動(dòng)土壓力（kPa）γi一計(jì)算點(diǎn)以上各土層的天然重度（kN/m3）水下重度———計(jì)算點(diǎn)以上各層土的重度（m）；——計(jì)算點(diǎn)處的被動(dòng)土壓力系數(shù)，由下式計(jì)算得到：（2.3）（2.4）一一計(jì)算點(diǎn)處的土的粘聚力（kPa）和內(nèi)摩擦角（°）——計(jì)算點(diǎn)處的地基土與墻面之間的摩擦角（°），土質(zhì)較差時(shí)取大值，反之取小值。圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻，取。計(jì)算點(diǎn)處主動(dòng)土壓力計(jì)算公式如下：（2.5）其中q一一地面超載，此處取q=20KN/m2。計(jì)算時(shí)，采用水土分算的原則，潛水水位以下土的重度使用浮重度。根據(jù)勘察資料，潛水位埋深為0.5m?；咏邓蠡觾?nèi)水位在基坑底板以下1.0米。表2-18土體性質(zhì)計(jì)算表土層代號(hào)及名稱含水量W（%）土重度（KN/m）空隙比eoC（kpa）內(nèi)摩擦角（°）γ'KaKpKph①填土33.418.80.95115.010.09.060.701.631.95③1粘土28.219.60.79945.011.09.840.681.722.10③2粉質(zhì)粘土29.619.40.82625.011.09.600.681.722.10④粉質(zhì)粘土31.419.20.85629.310.49.330.691.672.01④1粉土29.719.10.8317.629.49.370.345.9813.73④2粉土夾粉砂32.018.70.9208.730.99.060.326.8717.20⑤粉質(zhì)粘土32.219.10.88723.711.39.250.671.752.15⑥1粘土23.820.30.65761.913.110.540.631.932.47⑥2粉質(zhì)粘土27.219.40.78426.815.09.750.592.152.89⑦1粉質(zhì)粘土31.220.51.0615.231.610.860.317.3519.23⑦2粉土32.518.50.9369.528.78.900.355.6212.43⑧1粉質(zhì)粘土32.018.90.89524.211.49.140.671.762.17表2-19主動(dòng)土壓力計(jì)算表計(jì)算斷面土層編號(hào)厚度h（m）γ'qcKAPa上限Pa下限標(biāo)準(zhǔn)段①0.518.89.402015.00.7000地下水位以下①1.39.0621.182015.00.7003.72③12.80.8448.732045.00.6800③23.89.6085.212025.00.685.5130.31④5.169.33133.352029.30.6923.9257.14支撐以下④1.349.33145.862029.30.6957.1465.76⑤7.19.25211.532023.70.6772.32116.33⑥13.510.54248.422061.90.6347.6070.84⑥23.79.75284.502026.80.59117.20138.48⑦11.810.86304.042015.20.3177.4783.53端頭井①0.518.89.402015.00.7000地下水位以下①0.29.0611.212015.0.07000③13.19.8441.722045.00.6800③24.19.6081.082025.00.680.7427.50④6.99.33145.452029.30.6921.0765.49⑤0.769.25152.482023.70.6772.0576.77端頭井支撐以下⑤5.549.25203.732023.70.6776.77111.10⑥15.310.54259.592061.90.6342.6977.88⑥22.29.75281.042026.80.59123.79136.44⑦15.410.86339.682015.20.3176.4094.58表2-20主動(dòng)側(cè)水壓力計(jì)算表表2-21被動(dòng)土壓力計(jì)算表表2-22被動(dòng)側(cè)水壓力計(jì)算表表2-26水壓力抗傾覆力矩計(jì)算表綜合以上表格，可以得到總的傾覆力矩和抗傾覆力矩，從而計(jì)算得到車站標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，如表2-27所示：表2-27抗傾覆力矩、傾覆力矩及安全系數(shù)經(jīng)驗(yàn)算，該車站標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)都大于1.20，所以，抗傾覆穩(wěn)定性都符合要求。4.6.3抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算主要考察重力式圍護(hù)墻體沿底面滑動(dòng)的可能性。本車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)為板式有支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可不作抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算。4.6.4抗隆起穩(wěn)定分析將墻底面作為求極限承載力的基準(zhǔn)面，采用地基承載力模式計(jì)算按以下公式驗(yàn)算圍護(hù)墻底地基承載力，計(jì)算圖式見圖2.6：（2.6）式中：D一一圍護(hù)墻在基坑開挖面以下的深度（m）；ho一一基坑開挖深度（m）；1一一坑外地表至圍護(hù)墻底，各層土天然重度的加權(quán)平均值（kN/m3）；2一一坑內(nèi)開挖面以下至圍護(hù)墻底，各層土天然重度的加權(quán)平均值（kN/m3）；圖2.6圍護(hù)墻底地基承載力驗(yàn)算圖示Nq、Nc一一地基承載力系數(shù)。根據(jù)圍護(hù)墻底的地基土特性計(jì)算，Nq，、Nc分別為：（2.7）（2.8）：分別為圍護(hù)墻底地基土粘聚力（kPa）和內(nèi)摩擦角一一圍護(hù)墻底地基承載力安全系數(shù)。一級(jí)基坑取2.5，級(jí)基坑取1.7。計(jì)算結(jié)果見表2-28：表2-28抗隆起穩(wěn)定性計(jì)算由于該車站工程為一級(jí)基坑工程，圍護(hù)墻底地基承載力安全系數(shù)為2.5，所以，標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井的抗隆起穩(wěn)定性均符合要求4.6.5抗?jié)B透穩(wěn)定性分析A.抗?jié)B流穩(wěn)定性計(jì)算計(jì)算圖式見圖2.7：圖2.7抗?jié)B流穩(wěn)定性檢算示意圖抗?jié)B流穩(wěn)定性計(jì)算主要是針對(duì)基坑坑底土體在內(nèi)外水頭差作用下是否會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象。板式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗?jié)B流穩(wěn)定性系數(shù)：（2.9）式中：ic一一坑底土體的臨界水力坡度，由坑底土的特性計(jì)算：一一坑底土的比重；e一一坑底土的天然孔隙比；i一一坑底土的滲流水力坡度，一一基坑內(nèi)外土體的滲流水頭（m），取坑內(nèi)外地下水位差；L一最短滲徑流線總長(zhǎng)度（m），一一滲徑水平段總長(zhǎng)度（m）；一一滲徑垂直段總長(zhǎng)度（m）；m一一滲徑垂直段換算水平段的系數(shù)，單排帷幕墻時(shí)m=1.5；多排帷幕墻時(shí)m=2；一一抗?jié)B流穩(wěn)定性安全系數(shù)，取1.52.0，基坑底土為砂性土、砂質(zhì)粉土或粘性土與粉性土中有明顯薄層粉砂夾層時(shí)取最大值。本例抗?jié)B流穩(wěn)定性安全系數(shù)取200根據(jù)資料，取潛水位埋深0.5米，基坑降水后基坑內(nèi)水位在基坑底板以下1.0米。計(jì)算參數(shù)見表2-29：表2-29抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算計(jì)算參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2-30：表2-30抗?jié)B流穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果經(jīng)驗(yàn)算，標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井抗?jié)B流穩(wěn)定性均符合要求。B.抗突涌計(jì)算圖2.8抗突涌穩(wěn)定性檢算示意圖根據(jù)本區(qū)鉆探資料及附近水文地質(zhì)孔資料，擬建場(chǎng)地埋藏分布有三層孔隙承壓含水層，主要為淺部③層微承壓水，深部承壓含水層可劃分為第工含水層組（}3）和第且含水層組（Q2）。（1）孔隙微承壓水淺層微承壓水主要賦存于③層含粘性土粉砂或粉土層中，埋深較淺，被圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔斷，此層承壓水降水方法與潛水層降水方法相同，采用降水井（疏干井）降水。（2）I層孔隙承壓水具體參數(shù)見表4-30，計(jì)算結(jié)果見表4-31。承壓水含水層由晚更新統(tǒng)沉積成因的土層組成，主要為⑦2粉土層，承壓水頭標(biāo)高在一1.lOm左右，年變幅lm左右。對(duì)于本地鐵車站施工，需考慮承壓水的突涌問(wèn)題，該含水層隔水頂板為⑥1粘土層，具承壓性。根據(jù)《基坑工程技術(shù)規(guī)范（J08-61-2010）》，當(dāng)基坑開挖面以下存在承壓水含水層且其上部存在不透水層時(shí)，應(yīng)按下列公式驗(yàn)算開挖過(guò)程中此不透水層的抗承壓水穩(wěn)定J勝，計(jì)算圖示見圖2.8：式中：γspwk一一承壓含水層頂部的水壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；γi一一承壓含水層頂面至坑底間各土層的重度（kN/m3）；hi一一承壓含水層頂面至坑底間各土層的厚度（m）γRy一一抗承壓水分項(xiàng)系數(shù)，取1.05；表2-30承壓水水壓力計(jì)算表表2-31抗承壓水總抗力計(jì)算表由此可見，標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井的承壓水水壓力都大于總抗承壓力，所以需要設(shè)置降壓井。每口降壓井作用范圍按200m2計(jì)算，基坑外包尺寸長(zhǎng)125.2m，每側(cè)端頭井長(zhǎng)15.7m，標(biāo)準(zhǔn)段開挖過(guò)程凈寬18.7m，端頭井開挖過(guò)程凈寬22.7m，則供需布置降壓井?dāng)?shù)量為：因此需布置13個(gè)降壓井。4.6.6計(jì)算結(jié)論經(jīng)驗(yàn)算，某車站標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm地下連續(xù)墻，插入比為0.83，端頭井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm地下連續(xù)墻，插入比為0.87，符合各項(xiàng)穩(wěn)定性要求。表2-32各處安全系數(shù)匯總與插入比最終值第5章圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及支撐內(nèi)力計(jì)算A.計(jì)算參數(shù)在SAP模擬時(shí)，還需要將每個(gè)工況的土壓力求出。在計(jì)算土壓力時(shí)，需要將墻底以上的土層進(jìn)行加權(quán)平均，求出⑦，土層以上各土層的加權(quán)平均重度以及加權(quán)平均內(nèi)摩擦角，進(jìn)而得出主動(dòng)土壓力系數(shù)。端頭井以及標(biāo)準(zhǔn)段的各項(xiàng)加權(quán)平均值見表2-33，2-34。表2-33標(biāo)準(zhǔn)段基坑外地下連續(xù)墻底以上各土層情況主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka=tan2（45°-/2）=0.637表2-34端頭井基坑外地下連續(xù)墻底以上各土層情況續(xù)表2-34主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka=tan2（45°-/2）=0.594本次車站設(shè)計(jì)中有兩個(gè)典型斷面，就需對(duì)兩種不同高度的地下連續(xù)墻進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。分別是標(biāo)準(zhǔn)段處連續(xù)墻，東端頭井處連續(xù)墻。地下使用C30混凝土，E=3.Ox104MPa。使用HRB335鋼筋，E=2.Ox105MPa。端頭井與標(biāo)準(zhǔn)段的參數(shù)見表2-35：表2-35各支撐彈簧系數(shù)計(jì)基坑開挖面以下，水平彈簧支座和垂直彈簧支座的壓縮彈簧剛度KH、Kv，可按下式計(jì)算。（2.12）（2.13）式中：KH、Kv一一分別為水平向和垂直向壓縮彈簧系數(shù)（kN/m）；KH、Kv一一分別為地基土的水平向和垂直向基床系數(shù)（kN/m3，開挖面以下一定深度內(nèi)的水平向基床系數(shù)取為三角形分布，三角形分布區(qū)內(nèi)的水平向基床系數(shù)kH=mz；m為水平向基床系數(shù)沿深度增大的比例系數(shù)；z為影響深度，一般取開挖面以下3~5m，坑底地基土軟弱或受擾動(dòng)較大時(shí)取大值，反之取小值；b，h一一分別為彈簧的水平向和垂直向計(jì)算間距，此處均為lm。取z=4。根據(jù)《某地鐵車站巖土工程勘察報(bào)告（2007-K-413-3）》，可得各土層的水平向以及垂直向壓縮彈簧系數(shù)見表2-36：表2-36某車站各土層壓縮彈簧系數(shù)層號(hào)巖性名稱水平壓縮彈簧剛度垂直壓縮彈簧剛度比例系數(shù)KH（KN/m）Kv（KN/m）M（KN/M4）①填土10000120002500③1粘土20000240005000③2粉質(zhì)粘土16000180004000④粉質(zhì)粘土12000140003000⑤粉質(zhì)粘土10000120002500⑥1粘土26000320006500⑥2粉質(zhì)粘土22000250005500⑦1粉質(zhì)粘土30000360007500B.計(jì)算工況在進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算時(shí)，采用增量法進(jìn)行計(jì)算，增量法圖示見圖2.10第一步第二步第三步第四步圖2.10增量法圖示車站施工工況劃分：A.車站標(biāo)準(zhǔn)段施工共分為8個(gè)工況，其中開挖階段分為5個(gè)工況：（1）開挖至第一道支撐位置下0.5米；（2）架設(shè)第一道支撐，開挖至第二道支撐位置下0.5米；（3）架設(shè)第二道支撐，開挖至第三道支撐下0.5米；（4）架設(shè)第三道支撐，開挖至第四道支撐下0.5米；（5）架設(shè)第四道支撐，開挖至基坑底。標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)施工階段分為3個(gè)工況，分別為：（6）內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成第一層，拆除第三、四道支撐；（7）內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成，拆除第二道支撐；（8）拆除第一道支撐，頂板上覆土回填。B.車站端頭井施工共分為9個(gè)工況，其中開挖階段分為6個(gè)工況：（1）開挖至第一道支撐位置下0.5米；（2）架設(shè)第一道支撐，開挖至第二道支撐位置下0.5米；（3）架設(shè)第二道支撐，開挖至第三道支撐下0.5米；（4）架設(shè)第三道支撐，開挖至第四道支撐下0.5米；（5）架設(shè)第四道支撐，開挖至第五道支撐下0.5米；端頭井主體結(jié)構(gòu)施工階段分為3個(gè)工況，分別為：（6）架設(shè)第五道支撐，開挖至基坑底。內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成，拆除第二道支撐；拆除第一道支撐，頂板上覆土回填。端頭井主體結(jié)構(gòu)施工階段分為3個(gè)工況，分別為：（7）內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成第一層，拆除第三、四道支撐；（8）內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成，拆除第二道支撐；（9）拆除第一道支撐，頂板上覆土回填。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算期間，先進(jìn)行開挖階段的工況計(jì)算。由于工況一是從地面開挖至第一道混凝土支撐以下0.5米處，故需要考慮地面超載的影響。而從工況二開始，土壓力均是從上一道支撐處開始計(jì)算，此時(shí)最小土壓力為零，每一個(gè)工況均是開挖到支撐以下0.5米處，故每一個(gè)工況的最大土壓力在開挖面處取得，并且在以下的土體中保持最大土壓力。采用水土合算的方法，取提高的主動(dòng)土壓力來(lái)計(jì)算水土壓力，公式如下：5.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算流程A.基坑開挖階段標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算本章主要對(duì)開挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進(jìn)行分析，由于對(duì)于主體結(jié)構(gòu)施工階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析涉及到主體結(jié)構(gòu)的尺寸擬定等內(nèi)容，所以將在第三章繼續(xù)分析，采用SAP進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，各工況內(nèi)力計(jì)算如下：（1）工況1：開挖到第一道撐下0.5米，該工況計(jì)算模型和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖如圖2.11所示：圖2.11工況1計(jì)算模型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖（2）工況2：架設(shè)第一道支撐，開挖至第二道支撐位置下0.5米，該工況計(jì)算模型和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖如圖2.12所示圖2.12工況2計(jì)算模型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖（3）工況3：架設(shè)第二道支撐，開挖至第三道支撐下0.5米，該工況計(jì)算模型和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖如圖2.13所示：圖2.13工況3計(jì)算模型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖（4）工況4：架設(shè)第三道支撐，開挖至第四道支撐下0.5米，該工況計(jì)算模型和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖如圖2.14所示：圖2.14工況4計(jì)算模型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖（5）工況5：架設(shè)第四道支撐，開挖至基坑底，該工況計(jì)算模型和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖如圖2.15所示：圖2.15工況5計(jì)算模型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖綜合以上數(shù)據(jù)，得到標(biāo)準(zhǔn)段開挖階段支護(hù)結(jié)構(gòu)的彎矩和剪力包絡(luò)圖如2.16所示：圖2.16某車站標(biāo)準(zhǔn)段開挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力包絡(luò)圖分析數(shù)據(jù)可得，標(biāo)準(zhǔn)段最大正剪力出現(xiàn)在工況4，為259.80kN，最大負(fù)剪力出現(xiàn)在，工況5，為一378.36kN；開挖面最大彎矩出現(xiàn)在工況5，為682.57kN·迎土面最大彎矩出現(xiàn)在工況5，為278.85kN·m。迎土面最大彎B.基坑開挖階段端頭井內(nèi)力計(jì)算：端頭井開挖階段的內(nèi)力計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)段方法一樣，共分為6個(gè)工況，通過(guò)SAP2000進(jìn)行模擬，最終得到端頭井圍護(hù)結(jié)構(gòu)的彎矩和剪力包絡(luò)圖2.17，所示：圖2.17某車站端頭井開挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力包絡(luò)圖分析數(shù)據(jù)可得，端頭井最大正剪力出現(xiàn)在工況5，為246.43kN，最大負(fù)剪力出現(xiàn)在工況6，為一395.79kN；開挖面最大彎矩出現(xiàn)在工況6，為658.82kN·m，迎土面最大彎矩出現(xiàn)在工況5，為350.15kN·m。綜合以上包絡(luò)圖，得到開挖階段標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井的各個(gè)極值如下表：表2-38斷面極值5.2基坑內(nèi)支撐體系設(shè)計(jì)本工程根據(jù)基坑的開挖深度和主體結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況主要是連續(xù)墻布置和樓板的設(shè)置情況，設(shè)置有一道鋼筋混凝土支撐，其他均為鋼管支撐，第一道鋼筋混凝土支撐采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)支撐，剛度比較大，適用與各種復(fù)雜基坑形狀，節(jié)點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，具有很高的可靠性，支撐型式為水平支撐體系，由圍擦、水平支撐和立柱組成，水平支撐分為對(duì)撐和角撐，并且中間留出可以供大型挖土設(shè)備