轨道交基坑设计(编辑修改稿)

轨道交基坑设计(编辑修改稿)内容摘要：

~ 水文条件 地下水主要有浅部黏性土层中的潜水，部分地区浅部粉性土层中的微承压水和深部粉性土、砂土层中的承压水。 承压水位一般低于潜水位，潜水水位埋深为 ～ m。 通过现场试验测得，⑦ 2 层承压水水位埋深为 m，⑤ 2 层承压水水位埋深为 9 m。 地基土的渗透性：地基土以微透水 ~弱透水为主。 地下水、土的腐蚀性评价：场地地下水对混凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。 地下水位以上土对混凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋不具腐蚀性。 地下水不良作用：地下水不良作用主要表现为潜蚀、流砂等现象。 3 ①潜蚀 潜蚀表现为在一定的水力梯度下产生较大的动水压力冲刷、带走细小颗粒的现象。 潜蚀的结果使土体中的孔隙逐渐增大，导致土体结 构松动或破坏。 潜蚀产生的原因分析：② 3d23 层砂性土不均匀系数 Cu=，淤泥质软土与砂性土渗透系数之比 K1/K210，说明产生潜蚀条件一般。 ②流砂 流砂系指松散细颗粒土被地下水饱和后，在水压力即水头差的作用下，产生的悬浮流动现象。 流砂形成的原因分析：② 3d23 层砂性土粒径 的颗粒含量为 %，其渗透系数建议值 K=1～ 5E03cm/s，孔隙度 n=，这些数据表明具备产生流砂的基本条件。 设计依据 《岩土工程勘察规范》（ GB500212020）； 《建 筑抗震设计规范》（ GB500112020）； 《铁路工程抗震设计规范》（ GBT111）； 《建筑地基基础设计规范》（ GB500072020）； 《土工试验方法标准》（ GB/T501231999）； 《建筑桩基技术规范》（ JGJ9494）； 《地基动力特性测试规程》（ GB/T5026997）； 《建筑基坑支护技术规程》（ JGJ12099）； 《建筑地基处理技术规范》（ JGJ792020， J2202020）。 《深基坑实用内力计算手册》 基坑设计等级控制标准 建筑基坑支护技术规程》 JGJ120— 99 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下表 所示。 表 12 基坑侧壁安全等级 表 4 安全等级 破坏后果 重要性系数 0 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 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 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 根据资料，所街站周围主要为厂房、商城均为丙、丁类建筑，且对周围交通等影响一般，所以本基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数取。 基坑变形控制：地面最大沉降量不大于 （ H 为基坑深度）；支护结构最大水平位移不大于 ，且不大于 30mm。 基坑维护方案的设计 基坑维护的常用方法有 ：放坡开挖法，图钉墙支护和喷锚支护，水泥土墙支护，逆做拱墙支护，板桩支护，排桩支护，地下连续墙支护，逆作法。 本工程在闹市区，放坡开挖行不通，车站离最近的民用建筑不足一米，土钉枪支护不合理，水 泥土墙适用的基坑深度不超过 6m，逆做拱墙支护不适用于深度 和宽度 大于十二米的基坑 ，当基坑深度大于 6m时适用排桩支护就不经济，本工程基坑图层以饱和黏土层为主，且深度大，含水量不高，而板桩支护主要用于含水量高的基坑 地下连续墙支护是适用专门的挖槽设备按一定的顺序沿着基础或地下结构的周边按要求的宽度和深度挖出一个槽型孔然后在槽型孔中安放钢筋笼，浇筑混凝土，再将一个个槽板连成一道混凝土地下连续墙，成为基坑 施工中有效的支撑结构，地下连续墙支护可以挡和抗渗，适用的土类广，一般无土类限制，在合理的支撑条件下，目前尚无深度限 制， 因此本工程采用地下连续墙支护。 地下连续墙与排桩支护的比较见下表： 5 表 13 地下连续墙与排桩支护 表 地下连续墙 钻孔灌注桩 +搅拌隔水帷幕 钻孔咬合灌注桩 地层 适用性 适用 谨慎采用 谨慎采用 维护结 构效果 维护结构刚度大，强度高变形小 ，基坑施工对邻近建筑物影响小，可在狭窄 条件下施工 维护结构刚度大变形小基坑施工对周围建筑与地下管道影响小 维护结构刚度大变形较小成孔垂直精度高对邻近建筑与地下管道影响小 防水 效果 施工工艺成熟防水效果好 桩间止水帷幕，防水效 果差 桩间咬合防水效果较好 与永久 结构结 合情况 可为单层结构亦可与内衬墙组合形成复合结构或重合构件共同受力 桩与内部结构共同承受土压力 桩与内部结构共同 承受土压力 本地区适用深度 适用深度较大 适用深度较大 基坑深度不大于 15 m 施工对 环境的 影响 施工时震动小噪声小对附近交通影响小因产生施工泥浆，对周边环境造成一定污染 施工时产生泥浆和噪音 污染环境 ，套筒钻孔桩对 环境影响小 套筒护壁，干孔作业， 无泥浆，无振动，噪音 小对环境影响小 续表 6 占用地下空间 小 大 较大 施工 工艺 工艺成熟难度小 工艺成熟难 度小 新工艺，精度要求高 造价 较高 低 高 支撑体系 在软弱土层的基坑工程中，支撑结构是承受围护结构所传递的土压力、水压力的结构体系。 支撑结构体系包括围檩、支撑、立柱及其它附属构件。 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类。 其形式和特点见表 14 两种材料支撑体系的形式和特点 表 材料 截面形式 布置形式 特点 现浇钢 筋混凝 土支撑 截面的 状 和尺寸很 灵活，可根 据不同的 设计要求 确定 竖向布置有水平 支撑、斜撑； 面 布置有对撑、边 桁架、环梁结合边 桁架等，布置 形 式灵活多样 混凝土达到强度后支撑结构的刚度大、变形小，强度的安全可靠性大，施工方便。 但支撑浇筑的时间和养护的时间长，软土中被动土体的位移大，施 工工期长，不宜拆除 钢支撑 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 置一般为对撑、 井字撑和角撑 安装、拆卸方便，可周转使用，支撑 中可以预加轴力，可主动调整轴力从 而有效地控制支护结构的变形；但施 工工艺要求高，在平面布置中也不如 钢筋混凝土支撑体系布置灵活 支撑体系布置形式： 国内工 程中常用的支撑体系布置形式主要有平面内支撑体系，竖向斜撑体系和混合支撑体系三大类。 平面内支撑体系 ： 7 平面内支撑体系是由腰梁、水平支撑和立柱组成，可以直接平衡支撑两端围护结构上所受到的那部分侧压力，且构造简单，受力明确，适用范围广。 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，围护结构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。 其特点为：在软土地层、环境保护要求高的条件下，这是应用最多的布置形式。 钢支撑体系通常采用此布置形式；安全稳定，利于控 制围护结构位移；用钢筋混凝土支撑时经慎重计算分析可与施工用栈桥平台结合设计；支撑布置与开挖土方设备和工艺不协调时，土方开挖和主体结构施工较困难。 竖向斜撑体系 ： 竖向斜撑体系通常由斜撑、腰梁和斜撑基础组成。 斜撑一般采用型钢或组合型钢截面，要求其坡度与土坡的稳定边坡一致，斜撑与基坑底面之间的夹角一般不大于 35 度，在地下水位较高的软土地区不宜大于 26 度。 在不影响主体结构施工的前提下，斜撑应尽可能沿腰梁长度方向均匀对称布置，水平方向的间距不宜大于 6m。 在基坑的角部可辅以布置水平支撑。 当斜撑长度超过 15m 时，应在 斜撑中部设置立柱，并在立柱与斜撑的节点上设 置纵向连系杆。 斜撑与腰梁、斜撑与基础以及腰梁与围护结构之间的连接应满足斜撑水平分力和垂直分力的传递要求。 其特点为： （ 1）节省立柱和支撑材料； （ 2）有利于开挖面积较大而深度较浅的基坑； （ 3）在软弱土层中，不易控制基坑稳定和变形； （ 4）斜撑与底板相交处结构处理较困难。 混合支撑体系 ： 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。 在选择合适的内支撑体系和布置时应根据下列因素综合考虑确定： （ 1）基坑平面的形状、尺寸和开挖深度； 8 （ 2）基坑周围环境保护和临近地下工程施工情况； （ 3）场地的工程地质和水文地质条件； （ 4）主体工程地下结构的布置，土方工程和地下结构工程的施工顺序和施工方法； 地区工程经验和材料供应情况。 支撑的选定 ： （ 1）综合考虑深大基坑的工程经验采用钢支撑在支撑效果和施工速度上都有着较大的优势，所以本设计全部采用钢结构支撑体系。 （ 2）支撑体系方案比选情况见下表 所 示。 表 15 支撑体系比选 支撑方案 适用性 施工难度 可靠性 平面支撑体系 大小深浅不同的各种基坑 较大 好 竖向斜撑体系 平面尺寸较大、形状不很规则、 深度较浅的基坑 一般 较差 混合支撑体系 大型深基坑 大 好 本基坑属于深长基坑，从施工难度和适用性出发，宜采用平面支撑体系。 选用 φ 609钢支撑 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与支撑体系 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。 基坑土方一般采用机械挖法，开挖前，应根据基坑坑壁形式、降排水要求等制定开挖方案，并对机械操作人员进行交底。 开挖时，应有技术人员在场，对开挖深度、坑壁坡度进行监控，防止超挖。 建立健全施工企业内部支护结构施工质量检验制度，是保证支护结构施工质量的重要手段。 质量检验的对象包括支护结构所用材料和支护结构本身。 对支护结构原材料及半成 9 品应遵照有关施工验收标准进行检验，主要内容有：（ 1）材料出厂合格证检查；（ 2）材料现场抽检；（ 3）锚杆浆体和混 凝土的配合比试验，强度等级检验。 在基坑施工产前，应摸清基坑周边的管网情况，避免在施工过程中对管网造成损害，出现爆或渗漏。 同时为减少地表水渗入坑壁土体，基坑顶部四周应用混凝土封闭，施工现场内应设地表排水系统，对雨水、施工用水、从降水井中抽出的地下水等进行有组织排放，对坑边的积水坑、降水沉砂池应做防水处理，防止出现渗漏。 对采用支护结构的坑壁应设置泄水孔，保证护壁内侧土体内水压力能及时消除，减少土体含水率，也便于观察基坑周边土体内地表水的情况，及时采取措施。 第 二 章 计算 书 10 北端结构支护结构计算 地质计算参数 表 21 地质 计算参数表 土层 粘聚力 (kPa)C 内摩擦角 )(度 重度  （ 3kN/m ） 厚度 m 杂填土 1015 粉质粘土 24 19 淤泥粉质粘土 13 淤泥粉质粘土 13 12 灰色粘土 17 灰色粘土夹粘质 15 粉质粘土 49 砂质粘土 9 30 灰色粉砂 10 计算方法 按照《建筑基坑支护技术规范》（ JGJ 12099）的要求，土压力计算采用朗肯土压力理论，矩形分布模式，所有土层采用水土合算。 求支撑轴力是用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。 桩长是根据桩端力矩求出，并应满足抗隆起及整体稳定性要求，各段的抗隆起、整体 稳定性验算、位移计算详见点电算结果。 为了对比分析，除用解析法计算外，还用理正软件电算。 由于支护结构内力是随工况变化的，设计时按最不利情况考虑 土压力 计算 按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据，即： 主动土压力系数： Kai=tg2(45176。  i/2) （ 21） 被动土压力系数： Kpi=tg2(45176。 + i/2) （ 22） 11 计算时，不考虑支护桩体与土体的摩擦作用，且不对主、被动土压力系数进行调整，仅作为安全储备处理。 计算所得土压力系数表如下表所示 表 22 土压力系数表 土层 Kai Kai Kp。