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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。摘 要毕业设计主要包括三个部分, 第一部分是上海地铁场中路站基坑围护结构设计; 第二部分是上海地铁场中路站基坑施工组织设计; 第三部分是专题部分, 盾构施工预加固技术研究。在第一部分基坑围护结构设计中, 根据场中路站基坑所处的工程地质、 水文地质条件和周边环境情况, 经过施工方案的比选, 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, 从地面至坑底依次设四道钢管支撑, 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。第二部分的施工组织设计, 根据基坑围护方案、 施工方法和
2、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盾构施工中的预加固技术研究。针对工程施工中的地质条件和施工工况, 总结了盾构施工中的土体预加固的技术措施和相关的参考资料, 提出在盾构施工中土体预加固的技术措施。关键词: 基坑; 地下连续墙; 施工组织; 支撑体系; 盾构预加固技术目 录第一部分 上海地铁场中路站基坑围护结构设计1 工程概况11.1工程地质及水文地质资料11.2工程周围环境22 设计依据和设计标准42.1 工程设计依据42.2 基坑工程等
3、级及设计控制标准43 基坑围护方案设计53.1基坑围护方案53.2基坑围护结构方案比选64 基坑支撑方案设计84.1支撑结构类型84.2支撑体系的布置形式84.3支撑体系的方案比较和合理选定104.4基坑施工应变措施105 计算书125.1 荷载计算125.2 围护结构地基承载力验算145.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算145.4抗渗验算155.5抗倾覆验算165.6整体圆弧滑动稳定性验算175.7围护结构及支撑内力计算175.8 支撑强度验算215.9 地下连续墙配筋验算236 基坑主要技术经济指标256.1 开挖土方量256.2 混凝土浇筑量256.3 钢筋用量256.4 人工费用25
4、第二部分 上海地铁场中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251.3 基坑施工的其它准备272 施工方案292.1 概况292.2 施工方法的确定292.3 施工流程322.4 质量控制352.5 施工主要技术措施372.6关键部位技术措施393施工总平面布置403.1 施工现场广场临时建筑物的布置原则及位置403.2 施工用的临时运输线路的布置403.4 建筑材料的堆放位置404施工进度计划及管理措施414.1 工程安排原则414.2 施工进度计划414.3 施工质量过程控制425质量、 安全、 文明管理措施435.1 质量管理措施
5、435.2 土方运输环境管理规定445.3 安全生产管理措施445.4 文明施工措施44第三部分 盾构施工中的预加固技术研究1概述471.1盾构法概述471.2盾构法的施工条件471.3 盾构施工工艺471.4盾构法施工的优缺点491.5盾构法施工预加固的必要性492 盾构施工预加固技术502.1概述502.2冻结法502.3 注浆法512.4高压旋喷桩523 水平冻结法在盾构进洞中的应用543.1 工程概况543.2周边环境状况543. 3地基加固方式的选择543. 4水平冻结法地基加固施工543.5冻结加固的效果563.6盾构进洞存在的风险573.7盾构进洞的保证措施574.小结59参考文
6、献60第四部分 外文翻译翻译原文62中文译文66致 谢88第一部分上海地铁场中路站基坑围护结构设计1 工程概况 上海地铁七号线一期工程二标段场中路站位于沪太公路南侧和大场税务所东侧。拟建之场中路站建( 构) 筑物主要由地铁行车道及人行通道组成, 车站段地铁行车道主体长约220m, 宽约20m, 人行通道长约7080m, 宽约10m。车站结构型式为地下二层岛式, 底板埋深为15.00m。1 .1工程地质及水文地质资料1.1.1工程地质条件场中路站场地地形较平坦, 地面标高在4.16m4.65m之间。标准段位置, 土层由上至下分别为: 1填土, 2滨土, 1粉质粘土, 淤泥质粉质粘土, 淤泥质粘土
7、, 粉质粘土, 1-1粉砂, 1粘土, 2-2粉砂夹粉质粘土, 勘察成果表明, 地基土分布有以下特点: 1) 浅部无粉性土( 3层) 分布, 第1层褐黄色灰黄色粉质粘土下为第层淤泥质粉质粘土和第层淤泥质粘土, 其中第层夹较多薄层粉性土。2) 场地北侧受古河道切割影响, 第层、 第1-1层缺失, 分布有第1层粘性土。场地南侧为正常分布区, 第层直接与第层暗绿色粉质粘土相连, 第层硬土层层顶埋深一般在17.418.4m, 厚度约1.44.0m; 第1-1层层顶埋深一般在2021m左右。3) 第1、 2-2层顶面埋深分别为31m、 45m左右。车站所在场地范围内自上向下土层分布情况见表1.1。表1.
8、1 土层分布情况土层编号土层名称土层描述土层厚度( m) 层底标高1填土杂黄褐色, 很湿, 松散, 上部主要为混凝土地坪、 碎石、 煤渣等, 下部由粘性土等组成。1.52.81粉质粘土褐黄灰黄色, 湿很湿, 可塑软塑, 中等高等压缩性, 含氧化铁斑点及铁锰质结核, 随深度增加土性渐变软。无摇震反应, 土面较光滑, 韧性中等高2.20.6淤泥质粉质粘土灰色, 饱和, 流塑, 高等压缩性, 含云母、 有机质, 在4.06.0m夹较多量薄层粉性土, 土质不均匀。摇震反应很慢, 土面较粗糙, 韧性中等, 干强度中等。3.7-3.1淤泥质粘土灰色, 饱和, 流塑, 高等压缩性, 含云母、 有机质及少量贝
9、壳碎屑, 夹少量薄层粉砂, 土质均匀。摇震反应无, 土面光滑有油脂光泽, 韧性高等, 干强度高10.8-13.9粉质粘土暗绿草黄色, 湿很湿, 可塑硬塑, 中等压缩性, 含氧化铁斑点及铁锰质结核, 夹少量灰白色高岭土, 下部夹粘质粉土。无摇震反应, 土面较光滑, 韧性中等高等, 干强度中等高等。2.7-16.61-1粉砂草黄色, 饱和, 中密度密实, 中等压缩性, 含云母、 少量氧化铁条纹, 夹砂质粉土, 上部夹薄层粘性土。6.1-22.71.1.2水文条件拟建场地地下水主要有浅部土层中的潜水和深部粉性土层中的( 微) 承压水。据区域资料, 承压水位, 一般低于潜水位, 浅部土层中的潜水位埋深
10、, 一般离地表面0.31.5m, 年平均地下水位离地表面0.50.7m, 低水位埋深为1.50m; 第1-1层承压水位埋深为311m。潜水位和承压水位随季节、 气候等因素而有所变化。江河边一定距离范围内, 特别是有浅层粉性土或砂土分布区, 其潜水位受潮汐影响较明显。据有关资料, 地下水的温度, 埋深在4m范围内受气温变化影响, 4m以下水温较稳定, 一般为1618。根据地质资料, 潜水水位埋深为1.232.80m, 第1-1层承压水水位埋深为4.08m。 水质分析表明, 地下水对混凝土无腐蚀性。由于拟建场地地下水水位较高, 根据上海地区经验, 当地下水( 潜水) 对混凝土无腐蚀性性时, 其土对
11、混凝土亦无腐蚀性, 故判定拟建场地地下水和土对混凝土无腐蚀性。另据水质分析报告和类同工程经验判定, 场地地下水对钢结构有弱腐蚀性。1.2工程周围环境1.2.1邻近建筑场地西侧为居民住宅, 住宅离基坑较远, 在基坑开挖影响范围以外。基坑东侧为沪太路, 南侧为洛场路, 路面下有较多的市政管线, 需在施工中加强对基坑变形的控制。1.2.2 地下管线根据现有的管线资料显示, 场中路站端头井围护结构范围内无地下管线, 但在工地围场边上有一排架空电线, 施工中, 应避免大型机械设备接触或碰撞管线。在基坑东侧的沪太路上, 分布有上水200、 电话36孔、 上水500、 上水1800、 雨水400; 在洛场路
12、口上分布有上水300、 上话12孔、 雨水400、 上话( 2根光缆) 、 煤气200。洛场路上的管线分布较远, 基坑开挖影响较小, 但沪太路下的管线需加强监测和保护。具体管线分布情况参见表1.2。表1.2场中路管线分布详细列表道路管线种类埋深( m) 至端头井基坑距离( m) 沪太路电话36孔1.07上水2000.79上水5001.010上水18001.715.2雨水4001.218.2洛场路上水3001.2超过基坑影响范围上话12孔1.0超过基坑影响范围雨水4000.6超过基坑影响范围上水3000.7超过基坑影响范围上话( 2根光缆) 1.0超过基坑影响范围煤气2000.7超过基坑影响范围
13、备注: 在至基坑外侧边缘1.5H(H为基坑开挖深度)距离内为基坑影响范围1.2.2 周围道路在场中路站南端头井位置, 是沪太路、 场中路及洛场路的交汇处, 工程位于交汇处的西北侧, 场区施工对社会的交通影响较小。1.2.3 施工条件土的类型为中软或软弱土, 建议按软弱土考虑。建筑的场地类别为类, 相应特征周期值为0.45S。本场地属对建筑抗震不利地段。周围环境开阔, 交通便利, 有足够的空间堆放土方、 材料和混凝土等。1.2.4 邻近地区对地面沉降很敏感的建筑资料和要求临近建筑主要为商业用房, 且楼层高度都不高。对地面沉降不是很敏感, 故该条不考虑。2 设计依据和设计标准2.1 工程设计依据本
14、工程设计执行的规范和标准: ( 1) 岩土工程勘察规范( GB 50021- ) ; ( 2) 建筑结构荷载规范( GB 50009- ) ( 3) 建筑基坑支护技术规程( JGJ 120- ) ; ( 4) 建筑地基基础设计规范( GB 50007- ) ; ( 5) 地下铁道、 轻轨交通岩土工程勘察规范( GB 50307-1999) ; ( 6) 钢结构设计规范( GB50017- ) ; ( 7) 混凝土结构设计规范( GB50010- ) ; 2.2 基坑工程等级及设计控制标准根据建筑基坑支护技术规程( JGJ120- ) 规定, 基坑的侧壁安全等级分为三级, 基坑支护结构设计应根据
15、表2.1选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。表2.1 基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级破坏后果一级支护结构破坏、 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1.1二级支护结构破坏、 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严重1.0三级支护结构破坏、 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不严重0.9总体而言, 本工程周围建筑物大部分距离拟建场地红线位置较远, 建筑物结构形式较好。该车站的西侧为居民住宅, 东侧紧挨沪太路, 线路规划横穿西侧居民住宅以及少数商业建筑。管线主要在沪太路和洛场路下敷设, 地铁站位没有控制性管线。支护结构破坏、 土体失稳或过大变
16、形对基坑周围环境及地下结构施工有一定影响, 据此, 确定支护结构的安全按等级为一级, 重要性系数取1.1。3 基坑围护方案设计3.1基坑围护方案基坑的围护结构主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力并将此压力传递到支撑, 是稳定基坑的一种临时挡墙结构。主要分类有钢板桩、 钻孔灌注桩、 地下连续墙、 SMW工法和高压旋喷桩等。3.1.1钢板桩钢板桩支护是用打桩机直接将钢板按一定搭接方式打入土体来承受基坑开挖卸荷所产生的水土压力的一种施工临时支挡结构。钢板桩能够是钢板、 钢管、 各种型钢和工厂专门制作的定型产品, 它们能够间隔式打入, 也能够是带榫槽连接, 中间有专门的防渗构件; 也能够预先连接
17、成片, 形成”屏风”整片沉入。对于较浅的基坑, 可用悬臂式板桩; 对于较深的基坑, 可采用带内支撑或外部锚定的板桩。采用钢板桩围护优点主要有: 钢板桩的强度、 品质、 接缝精度等质量保证、 可靠性高; 具有耐久性, 可回拔清理再使用; 与多道支撑相结合, 适合软土地区的较深基坑, 而且施工方便、 工期短。施工中须注意接头防水, 以防止桩缝水土流失所引起的地层塌陷及失稳问题; 钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小, 开挖后挠度变形较大; 打拔桩振动噪声大、 容易引起土体移动、 导致周围地基较大沉陷。3.1.2钻孔灌注桩钻孔灌注桩是利用钻孔机械按设计位置钻孔, 然后向孔里浇灌混凝土, 并下放预制钢筋笼,
18、 最后形成并列的桩位, 组成围护墙体来达到围护目的。钻孔灌注桩围护墙多为间隔排列式, 它不具备挡水功能, 适用于地下水位较深、 土质较好地区。钻孔灌注桩噪声和振动小, 无挤土, 刚度较大, 抗弯能力强、 变形相对较小, 就地浇制施工, 对周围环境影响小; 适合软弱地层使用, 接头防水性差, 要根据地质条件从注浆、 搅拌桩、 旋喷桩等方法中选用适当方法解决防水问题; 钻孔灌注桩在砂砾层和卵石中施工慎用, 而且它的整体刚度较差, 不适合兼做主体结构, 其质量取决于施工工艺及施工技术水平, 在施工过程中需作排污处理。3.1.3地下连续墙地下连续墙的施工就是连续施工的方法, 即在地面上用一种特殊的挖槽
19、设备, 沿着深开挖工程的周边, 依靠泥浆护壁的支护, 开挖一定槽段长度的沟槽; 再将钢筋笼放入沟槽内。采用导管在充满稳定液的沟槽中进行混凝土的置换。相互邻接的槽段由特别接头进行连接。地下连续墙的优点为: ( 1) 可减少施工时对环境的影响, 施工时振动少, 噪声低; 能够紧邻相近的建筑及地下管线施工, 对沉降及变位较易控制; ( 2) 地下连续墙的墙体刚度较大、 整体性好, 因而结构和地基变形都较小, 既可用于超深围护结构, 也可用于主体结构; ( 3) 地下连续墙为整体连续结构, 加上现浇墙壁厚度不小于60cm, 钢筋保护层又较大, 故耐久性好, 抗渗性能亦好; ( 4) 可实行逆作法施工,
20、 有利于施工安全, 并加快施工进度, 降低造价; ( 5) 适用于多种地质情况。地下连续墙的缺点为: ( 1) 弃土及废浆的处理问题。除增加工程费用外, 如处理不当, 还会造成新的环境污染。( 2) 地质条件和施工的适应性问题。从理论上讲, 地下连续墙可适用于各种地层, 但最适应的还是软塑、 可塑的粘性地层。当地层条件复杂时, 还还会增加施工难度和影响工程造价。( 3) 槽壁坍塌问题。引起槽壁坍塌的原因, 可能是地下水位急剧上升, 护壁泥浆液面急剧下降, 有软弱疏松或砂性夹层, 以及泥浆的性质不当或已经变质, 另外还有个施工管理等方面的因素。槽壁坍塌轻则引起墙体混凝土超方和结构尺寸超出允许的界
21、限, 重则引起相邻地面沉降、 坍塌, 危害邻近建筑和地下管线的安全。( 4) 现浇地下连续墙的墙面一般较粗糙, 如果对墙面要求较高, 虽可使用喷浆或喷砂等方法进行表面处理或另作衬壁来改进, 但会增加工作量。( 5) 地下连续墙如单纯用作施工期间的临时挡土结构, 不如采用钢板桩等一类可拔出重复使用的园护结构来得经济, 因此连续墙结构几年来一般用在兼做主体结构的场合较多。地下连续墙是一种比钻孔灌注桩和深层搅扑桩造价昂贵的结构形式, 对其选用, 必须经过技术经济比较, 确实认为是经济合理, 因地制宜时, 才可采用。一般说来其在基础工程小的适用条件归纳起来, 有以下几点: ( 1) 基坑深度大于10m
22、; ( 2) 软土地基或砂土地基; ( 3) 在密集的建筑群中施工基坑, 对周围地面沉降, 建筑物的沉降要求需严格限制时, 宜用地下连续墙; ( 4) 围护结构与主体结构相结合, 用作主体结构的一部分, 且对抗渗有较严格要求时, 宜用地下连续墙; ( 5) 采用逆作法施工, 内衬与护壁形成复合结构的工程。3.1.4 SMW工法SMW工法是先用螺旋钻机按设计位置钻孔疏松泥土, 且孔与孔之间有一定的搭接长度, 之后向疏松泥土中注入水泥浆液, 然后按设计间距打入H型钢形成劲性水泥土, 最后形成一排挡土止水帷幕。SMW工法施工噪声低, 对周围环境影响小; 结构止水性好结构强度可靠, 适合于各种土层,
23、配以多道支撑, 可适用于深基坑; 此方法在一定条件下能够取代作为围护的地下连续墙, 具有较大发展前景。3.1.5 高压旋喷桩挡墙高压旋喷桩挡墙是用带有喷头的钻机将其钻入到预定深度后, 再利用地面高压水泵将配制好的水泥浆液注入土体, 同时匀速地将旋转的喷头缓缓地向上拔, 使得水泥浆和土体能够形成柱状的均匀固结体, 依次咬合施工从而形成高压旋喷桩挡墙。高压旋喷桩挡墙 适合于软土地区环境要求不是很高的基坑。挖深7m的基坑; 施工低噪声、 低振动, 对周围环境影响小, 止水性好; 如作自立式水泥挡土墙, 墙体较厚需占用基坑红线内一部分面积; 施工需作排污处理, 工艺复杂, 造价高; 作为围护结构的止水
24、加固措施、 旋喷桩深度可达30m。3.2基坑围护结构方案比选从防水性能方面看, 钻孔灌注桩和钢板桩支护都较差, 高压旋喷桩挡墙防水较好, 而SMW工法和地下连续墙的防水性能较以上三种工法好。从强度方面看, 钢板桩支护和高压旋喷桩挡墙都较高, SMW工法较为可靠, 而钻孔灌注桩一般, 地下连续墙的强度高。对环境影响方面, 除了钢板桩对环境影响较大外, 其它工法都较小。经济成本方面, 高压旋喷挡墙的成本最低, 钻孔灌注桩和SMW工法较低, 钢板桩支护一般, 而地下连续墙造价较高。上海地铁场中路站基坑深度为15.0m, 属于深基坑。各勘察钻孔稳定水位埋深 0.501.10m, 水位较高。因此能够排除
25、高压旋喷桩挡墙、 钻孔灌注桩和钢板桩。SMW工法和地下连续墙都适用于本工程, 但地下连续墙能够作为后续车站结构的一部分, 故选用地下连续墙作为围护方案。根据施工经验, 地下连续墙的总高度为基坑深度的1.72.0倍, 墙体厚度为6001000mm。本工程地下连续墙围护结构嵌固深度取0.8倍的基坑开挖深度, 因此地下连续墙的总长度为( 0.8+1.0) 15.0=27.0m, 取27.0m; 初选地下连续墙的厚度为800mm, 混凝土强度等级为C30, 抗渗等级为S6。4 基坑支撑方案设计4.1支撑结构类型在软弱地层的基坑工程中, 支撑结构是承受围护墙所传递的土压力、 水压力的结构体系。支撑结构体
26、系包括围檩、 支撑、 立柱及其它附属构件。挡土的应力传递路径是围护墙围檩( 圈梁) 支撑, 在地质条件较好的有锚固力的地层中, 基坑支撑采用锚杆和拉锚( 锚碇) 。支撑材料按种类可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和刚支撑体系两类, 两种支撑材料的性能对比见表4.1。表4.1两类支撑体系的形式和特点材料截面形式布置形式特点现浇钢筋混凝土可根据设计要求确定断面形状和尺寸竖向布置有水平撑、 斜撑; 平面布置有对撑、 边桁架、 环梁结合边桁架等, 形式灵活多样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时间长, 软土中被动区土体位移
27、大, 如对变形有较高要求时、 需对被动区软土加固。施工工期长, 拆除困难, 爆破拆除对周围环境有影响钢结构单钢管、 双钢管、 单工字钢、 双工字钢、 H型钢、 槽钢及以上钢材的组合竖向布置有水平撑、 斜撑; 平面布置形式一般为对撑、 井字撑、 角撑, 亦有与钢筋混凝土支撑结合使用, 但要谨慎处理变形协调问题安装、 拆除施工方便, 可周转使用, 支撑中加预应力, 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, 会造成失稳现浇混凝土支撑体系由围檩( 头道为圈梁) 、 支撑及角撑、 立柱和围檩托架或吊筋、 立柱、 托架锚固件等其它附属构件组成
28、。钢结构支撑体系一般为装配式的, 由围檩、 角撑、 支撑、 千斤顶( 包括千斤顶自动调压或人工调压装置) 、 轴力传感器、 支撑体系检测监控装置、 立柱桩及其它附属装配式构件组成。4.2支撑体系的布置形式支护结构的支撑在平面上的布置形式, 有对撑、 角撑、 桁架式、 框架式、 环形等。有时在同一基坑内混合使用, 如对撑加角撑、 环梁加边桁( 框) 架、 环梁加角撑等。主要是因地制宜, 根据基坑平面现状和尺寸设置最合适的支撑。4.2.1对撑对撑的布置较适合于平面形状较为规则的基坑。利用基坑的对称性将支撑对顶于基坑的两侧。对于长条形基坑采用对称最为有利。对撑可布置于撑在两边上。当基坑的长宽比不是很
29、大时, 需要将两个方向的对边都布置对撑, 这时支撑布置成井格形。垂直对称布置见图4.1。图4.1 垂直对撑布置4.2.2角撑角撑即是将支撑布置于基坑相邻两边, 与墙体形成一定角度。角撑在布置上可使基坑留出较大的空间以方便挖土施工作业, 而且在一些平面形状较为复杂的基坑局部布置角撑能够弥补对撑在局部的不足, 当基坑长度较大时, 基坑短边可利用角撑进行支撑。角撑布置见图4.2。图4.2 角撑体系布置4.2.3钢筋混凝土环梁支撑钢筋混凝土环梁支撑是近年来发展起来的一种支撑形式。它适用于平面轮廓较接近正方形的基坑, 对于长方形轮廓的基坑可结合对撑或采用双圆环梁形式, 当基坑有圆弧端时可结合人环梁内,
30、使圆弧端成为钢筋混凝土环梁的一部分。圆形环梁布置见图4.3。图4.3 圆形环梁布置4.2.4组合桁架对于平面形状比较复杂的基坑, 能够采用钢筋混凝土组合桁架作为平面内支撑系统。根据组合桁架的布置位置及布置形式, 能够分为对撑桁架、 斜撑桁架及边桁架等。在支撑平面内需要留设较大作业空间时, 宜采用组合桁架支撑形式组成平面支撑体系, 充分利用钢筋混凝土支撑平面布置灵活, 各构件间接点可靠, 整体性强等特点, 从而使各构件共同作用, 协调受力, 组成强度高、 刚度大的支撑系统。4.3支撑体系的方案比较和合理选定4.3.1支撑材料和类型钢支撑当前常见的有钢管支撑结构和H钢支撑结构, 它们重量轻, 刚度
31、大, 装拆工作量小, 可重复使用, 而且材料消耗少。而钢筋混凝土支撑由于制作方便而被广泛采用, 其支撑变形控制的可靠度高, 但其拆除比较困难, 材料基本不能回收。并根据表4.1的比较, 确定采用钢管支撑, 当前常见609圆钢管和H钢两种形式支撑, 因此钢管规格取为60916。4.3.2支撑道数竖向支撑的道数、 支撑点标高的确定, 应考虑在一定地质条件下, 满足基坑围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。根据规范要求, 软土地区第一道支撑设于地下1.02.5m, 每道支撑的竖向间隔一般介于2.54.5m之间, 为减小基坑开挖后的围护结构的变形,
32、最下道支撑的布置尽量落低, 但应高出底板60cm以上, 以便于底板和外墙的施工。因此本工程采取四道钢管支撑, 初定各道支撑中心从上到下分别为-1.5m, -5.5m,-9.3m和-13.1m。围檩、 立柱和支撑的结点处统一假定为铰接, 两立柱之间跨度根据实际工程设定, 但最大跨度不大于15m。4.3.3支撑体系的平面布置支撑杆件的相邻水平距离首先应确保支撑系统整体变形和支撑构件承载力在要求范围之内, 其次应满足土方工程的要求。当采用钢筋混凝土围檩时, 沿着围檩方向的支撑点间距不宜大于9m; 当采用钢围檩时, 支撑点间距不宜大于4m。取水平支撑的水平间距为4m。4.3.4支撑立柱桩竖向支撑钢立柱
33、能够采用角钢格构柱、 H型钢柱或钢筋混凝土立柱, 便于穿越底板、 楼板施工和以后的防水处理。围檩、 立柱和支撑的结点处统一假定为铰接, 两立柱之间跨度根据实际工程设定, 但最大跨度不大于15m。4.4基坑施工应变措施基坑方案总体设计确定后, 应对以后施工中可能出现的问题预先做周密的考虑。对支撑和开挖施工过程中, 可能出现的围护结构、 支撑结构的过大变形和内力、 周围地表过大沉降、 以及围护墙和支撑体系的破坏和失稳等问题, 在基坑工程设计时, 应根据工程实践经验提出应变措施设计。在施工过程中, 实时根据监测报警信息及时采取相应预防灾害事故的应变措施。表4.2为基坑开挖过程中可能出现的问题及相应的
34、稳定应变措施。表4.2 基坑施工应变措施序号开挖中可能出现的问题安全、 稳定应变措施1围护结构出现渗水, 漏泥或开挖面以下出现冒水1.出现渗水, 漏泥应及时采取止水堵漏措施; 2.发现止水在设计施工中的薄弱环节, 及时加固弥补措施2开挖土方不均衡, 支撑延时导致围护和支撑的受力和变形速率变化过大, 基坑回弹和周围土体变位过大采取调整开挖及支撑的施工部位及参数, 是基坑外荷均衡, 减少每步开挖的空间尺寸, 加快支撑的时间, 增加支撑复加预加轴力的次数3围护结构刚度, 强度不足, 围护结构变形过大1.增加临时斜撑、 角撑; 2.支撑加设预应力; 3.调整支撑的竖向间距; 4.基坑四周卸载或坑内压载
35、4基坑隆起, 变形过大1.分区分步开挖, 并在最下层开挖中, 分步挖分步浇注快硬混凝土垫层先形成部分垫层底版抵制墙体变位; 2.采用中心岛施工法; 3.在坑底被动区土层中谨慎地超前一步进行双液快凝分层注浆加固土体或压载5支撑挠曲变形1.加固支撑杆件; 采用临时拉系构件缩短长细比必要时在水平向及竖向增设支撑; 2.地面上对称卸载, 坑内压载6支撑截面不足, 有压损迹象对支撑断面加固; 在竖向及水平向增设支撑7支撑立柱桩不均匀沉降( 上浮) 1.设置竖向剪刀撑; 2.设置稳定支撑的拉系构件; 3.支撑和节点上卸载或加载; 4.调整立柱上支托支撑的支托构件标高8围护、 支撑、 周围地表变形、 坑底土
36、体隆起变化速率均急剧加大, 基坑有失稳趋势对基坑进行局部甚至全面回填或放水回灌以得到临时稳定, 赢得时间进行地基或支撑加固5 计算书5.1 荷载计算在场中路站基坑工程中, 围护结构所受的荷载主要考虑地面超载、 竖向荷载和侧向荷载。在建筑场地范围内施工, 根据相关规范要求, 可取地面超载为q=20kPa。5.1.1 各层土的物理力学性质指标经过地质表和地质剖面图可得标准段土层的物理指标及厚度, 如表5.1所示。表5.1 标准段土层的物理性质指标土层编号土层名称重度( KN/m3) 粘聚力c(kPa)内摩擦角( ) 土层厚度( m) 侧壁摩阻力力特征值fs( kPa) 1填土18.0?158.51
37、.557.81粉质粘土18.22120.52.222.8淤泥质粉质粘土17.61220.53.79.7淤泥质粘土16.61411.510.820粉质粘土19.346182.749.31-11-1粉砂18.35.5346.123.2各地层由于土的重度、 粘聚力、 摩擦角和厚度各不相同, 同时根据下面采用的山肩邦男法的假设, 要求墙背土压力呈线性三角形分布, 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。地下水位定为地下0.6m, 地层砂性土厚度较小, 计算中采用水土合算计算。 ( 5.1) ( 5.2) ( 5.3) 式中 、 、 土的加权平均重度( kN/m3)
38、、 加权平均粘聚力( kPa) 、 加权平均内摩擦角( ) ; 、 、 第层土的重度( KN/m3) 、 粘聚力( kPa) 、 内摩擦角( ) ; 第层土的厚度( m) 。因此, 墙底以上各层土的平均物理指标为: 坑内墙底至坑底各土层的物理指标为: 将地面的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, 当量的土层厚度为: ( 5.4) 式中 当量土层厚度( m) ; 地面超载( kN/m2) ; 围护结构周围土体的加权平均重度( kN/m3) 。即开挖深度相当于。基坑底板距离地连墙底部的距离。5.1.2计算土压力系数根据规范要求, 静止土压力系数能够
39、按计算, 并参考上海地铁场中路站详勘得出: 静止土压力系数: 主动土压力系数: 被动土压力系数: 5.2 围护结构地基承载力验算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; 、 地连墙所取厚度、 长度( m) , =0.8m、 =1.0m; 墙底土的承载力特征值, 根据场中路站详勘, ; 第层土的墙体侧壁摩阻力特征值( 见表5.1) ; 第层土的厚度( m) 。地连墙自重: 根据经验, 上部施工及超载传递下来的荷载取, 则因此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根据规范要求, 使用简化后的Terzaghi地基承载力模
40、式分析基坑的抗隆起稳定性, 并用式5.6验算基坑的抗隆起稳定性。不考虑墙底以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响和基坑尺寸的影响, 并假定地连墙底的平面为基准面, 滑动中心位于最下层支撑点处, 其计算简图见图5.1。图5.1 基坑抗隆起计算简图 ( 5.6) 式中 抗隆起稳定安全系数, 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2.5; 墙背处墙底以上各土层的加权平均重度, ; 坑内坑底至地连墙底各土层的加权平均重度, ; 地面荷载, 取; 基坑开挖深度(m), 为15m; 墙体入土深度(m), 取10m; 、 分别为墙底以下滑移线场影响范围内地基土的粘聚力、 内摩擦角,
41、, ; 、 地基土的承载力系数, ,因此基坑底部土体不会发生隆起破坏现象。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, 可经过式5.7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; 坑底土体的临界水头坡度, ; 、 坑底土的土粒比重、 天然孔隙比, 、 ; 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, ; 最短渗径流线总长度, 。hd地下连续墙的嵌固深度; 因此本工程基坑不会发生渗流破坏现象。
42、5.5抗倾覆验算基坑的抗倾覆稳定性, 经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。计算简图如图5.3。图5.3 抗倾覆计算简图其抗倾覆稳定性安全系数应满足: ( 5.6) 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1.20; 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; 根据图5.3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: ( 5.7) ( 5.8) 将式( 5.8) 对A点取矩, 求得为: 其中, hd
43、是地连墙的嵌固深度, 为12m, ht为A点至基坑地面的距离, 取为1.5m。据此求得。将式( 5.7) 对A点取矩, 求得为: 求得。因此因此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, 一般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。由于不基坑纵向设四道支撑, 因此不必进行整体圆弧滑动稳定性验算。5.7围护结构及支撑内力计算采用地下连续墙工法进行基坑围护, 因此对坑边土体的水平位移有严格的要求。
44、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。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依然保持原来的位置; ( 6) 开挖面以下板桩弯矩的那点, 假