k地鐵車站明挖法地下連續(xù)墻課程設(shè)計(jì)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。k地鐵車站明挖法地下連續(xù)墻課程設(shè)計(jì)第一章 設(shè)計(jì)方案綜合說(shuō)明 地鐵車站明挖法地下連續(xù)墻課程設(shè)計(jì) 學(xué)院: 資源與安全工程學(xué)院 班級(jí): 城市地下空間工程1102班 姓名: 學(xué)號(hào): 0202110226 2015 年 1 月目 錄第一章 設(shè)計(jì)方案綜合說(shuō)明21.1 工程概況31.2 車站周邊環(huán)境條件31.3 工程水文地質(zhì)條件31.4地下管線情況41.5明挖法施工41.6支撐體系參數(shù)研究概述8第二章 地下連續(xù)墻支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算92.1確定荷載，計(jì)算土壓力：102.1.1計(jì)算層土的平均重度，平均粘聚力c，平均內(nèi)摩檫角10

2、2.1.2 計(jì)算地下連續(xù)墻嵌固深度102.1.3 主動(dòng)土壓力與水土總壓力計(jì)算112.2地下連續(xù)墻穩(wěn)定性驗(yàn)算132.2.1 抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算132.2.2基坑的抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算142.3地下連續(xù)墻靜力計(jì)算152.3.1 山肩邦男法152.3.2開挖計(jì)算172.4地下連續(xù)墻配筋202.4.1 配筋計(jì)算202.4.2截面承載力計(jì)算22第三章 結(jié)論23第一章 設(shè)計(jì)方案綜合說(shuō)明1.1 工程概況 某地鐵車站主體結(jié)構(gòu)外包尺寸長(zhǎng)260m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22m，是地下2層島式車站。車站主體基坑開挖深度標(biāo)準(zhǔn)段深為14 m，采用地下連續(xù)墻支護(hù)。1.2 車站周邊環(huán)境條件本車站位于道路交通路口，

3、地下管線密集，埋設(shè)有各種電力、通訊、燃?xì)?、自?lái)水、污水管線。1.3 工程水文地質(zhì)條件 本車站的土層分布較為穩(wěn)定，本工程基坑開挖所涉及到的土層有2層，由上而下依次為：第層淤泥質(zhì)粘土，平均厚為6.2m，C=12kPa， f=11°，=12kN/m3 ;第層粉砂粘土，平均厚為14m， C=13kPa，f=21.5°，=18.6kN/m3 ;第層粉砂，平均厚為5m，C=0kPa，f=30°，=18.8kN/m3 ;地鐵建設(shè)所及地下深度，一般達(dá)十幾米至二十幾米。本工程所在區(qū)域地基土層主要是雜填土、粘質(zhì)粉土、粉砂等，現(xiàn)分述如下:(1)雜填土淤泥質(zhì)土根據(jù)土中有機(jī)質(zhì)含量的多少，也

4、可將土劃分為無(wú)機(jī)土、有機(jī)土、泥炭，泥炭質(zhì)土。有機(jī)土包括淤泥、淤泥質(zhì)土，其有機(jī)質(zhì)含量為：5%<Wu10%；泥炭質(zhì)土有機(jī)質(zhì)含量為：10%Wu60%(2)粘質(zhì)粉土粉性土的一種，按塑性指標(biāo)Ip區(qū)分，粘質(zhì)粉土Ip10，粒徑小于0.005mm的顆粒含量等于或大于全重的10%，小于等于全重的15%。其中粉性土包括粘質(zhì)粉土和砂質(zhì)粉土，砂質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量小于全重的10%。(3)粉砂粉砂，指的是粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重50%，有輕微粘著感。土的分類標(biāo)準(zhǔn)（GBJ145-90）規(guī)定，細(xì)粒含量在15%50%之間，且細(xì)粒為粉土的土，稱為粉土質(zhì)砂。巖土工程勘察規(guī)范（GB 5002

5、1-2001（2009版）規(guī)定，粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%的土，應(yīng)定名為粉砂。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）規(guī)定，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土，稱為粉砂。公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D63-2007）3.1.9規(guī)定，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)總質(zhì)量的50%的土，稱為粉砂。1.4地下管線情況車站施工前，對(duì)現(xiàn)況管線進(jìn)行了物探，對(duì)影響車站施工的管線進(jìn)行了改移，圍護(hù)樁及中樁施工時(shí)應(yīng)注意改移后未拆除管線的影響，尤其對(duì)雨污水管線除段內(nèi)的存水，施工前應(yīng)進(jìn)行疏干。1.5明挖法施工 明挖法施工主要分為圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、站內(nèi)土方開挖、車站

6、主體結(jié)構(gòu)施作和回填上覆土和恢復(fù)管線四個(gè)部分。根據(jù)不同的地質(zhì)條件和車站結(jié)構(gòu)的大小以及基坑深度，明挖法的圍護(hù)結(jié)構(gòu)可采用地下連續(xù)墻、錨桿、鉆孔樁加旋噴樁止水、sMw水泥土加型鋼等。由于明挖法施工技術(shù)簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)，各國(guó)地鐵施工都把明挖法作為首選技術(shù)。明挖法適用條件為:在基坑開挖范圍內(nèi)無(wú)重要的市政管線或市政管線可以臨時(shí)改移;城市道路交通流量不大或當(dāng)需要封閉道路交通時(shí)有臨時(shí)改道條件。若基坑所處地面空曠或建筑物間距很大，地面有足夠空地能滿足施工需要，又不影響周圍環(huán)境，則采用敞口放坡(或土釘墻)施工。明挖法施工分類：放坡開挖技術(shù)。在工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件允許的情況下，可采用放坡開挖的施工技術(shù)。邊坡坡度根據(jù)

7、地質(zhì)、基坑挖深及參照當(dāng)?shù)赝愅馏w邊坡穩(wěn)定值確定?；拥拈_挖尺寸要保證滿足結(jié)構(gòu)施工的需要，需要設(shè)排水溝、集水井的基坑，其開挖尺寸可適當(dāng)加寬?；討?yīng)自上而下分層、分段依次開挖，以防止掏底開挖發(fā)生事故，開挖應(yīng)隨挖隨刷邊坡。型鋼支護(hù)技術(shù)。型鋼支護(hù)一般是使用打樁機(jī)或沉拔樁機(jī)打人或沉人工字鋼或鋼板樁，根據(jù)不同地區(qū)和地質(zhì)條件設(shè)定樁距，樁間采用木背板、水泥土或鋼絲網(wǎng)噴混凝土擋護(hù)。當(dāng)基坑較深時(shí)，可采用雙排樁，由拉桿或連梁連接共同受力。地鐵施工也可采用多層鋼橫撐支護(hù)技術(shù)，還可用單層或多層錨桿，使其與型鋼共同形成邊坡支護(hù)體系。連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)。連續(xù)墻支護(hù)一般采用鋼絲繩和液壓抓斗成槽設(shè)備，也 成槽 插入街頭箱 放入鋼筋

8、籠有用多頭鉆和切削輪式成槽設(shè)備的。槽段采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，灌注水下混凝土，使其形成混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)。為加強(qiáng)支護(hù)能力，一般采用鋼橫撐和錨桿拉緊連續(xù)墻共同受力的方式。連續(xù)墻不僅能承受較大的荷載，同時(shí)具有隔水的作用。 混凝土澆灌 拔出接頭箱地下連續(xù)墻的優(yōu)點(diǎn):施工時(shí)噪音和震動(dòng)都小，屬于低公害施工方法，并且對(duì)周圍建筑和地下管線的影響較小，因此比較適合在建筑密集的城市施工。應(yīng)用于深基坑時(shí)，基坑無(wú)需放坡，土方量小，可以有效保護(hù)鄰近建筑物。澆筑混凝土無(wú)需支模和養(yǎng)護(hù)，可以節(jié)約施工費(fèi)用和材料，并可以在低溫環(huán)境中施工。實(shí)際工程中應(yīng)用范圍很廣，如防滲、截水、擋土、抗滑等等可以在不同的地層條件下應(yīng)用，除粗顆粒土以外，一

9、般粘性土和沙類土都可成墻。剛度大，整體性好。地下連續(xù)墻應(yīng)用在深基坑工程中時(shí)，基坑變形小，周圍地面沉降小。地下連續(xù)墻可以非常有效地降低施工工程與相鄰建筑的距離。查閱國(guó)外資料可知，在法國(guó)，地下連續(xù)墻與相鄰建筑的距離可縮小至0.5 m左右。而在日本，可縮小到0.2m左右;同時(shí)，在較繁華的城市交通中心區(qū)修建地下鐵道等地下結(jié)構(gòu)時(shí)，可以做到不影響或者少影響街面交通。在高層建筑修建多層地下室采用地下墻作為外墻時(shí)，可以采用逆作法施工，下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的施工并進(jìn)，工作面得到很好開展，可以有效縮短工期，降低工程成本地下連續(xù)墻的不足:施工技術(shù)比較復(fù)雜，要求較高。如果不能合理選用施工機(jī)械，會(huì)影響施工質(zhì)量，使后期處理

10、的工作量增加，甚至使墻段下部不能順利合攏，給基坑的開挖造成困難。施工所采用的機(jī)械設(shè)備成本較高，對(duì)于小型工程或者較淺的基坑支護(hù)而言,地下連續(xù)墻的造價(jià)偏高，經(jīng)濟(jì)效果不佳。對(duì)于施工范圍內(nèi)基巖起伏比較大的地區(qū)，巖溶地區(qū)，較高的承壓水頭的地區(qū)，不宜應(yīng)用地下連續(xù)墻。施工過(guò)程中如果不恰當(dāng)?shù)靥幚砟酀{，會(huì)影響施工場(chǎng)地的條件，影響環(huán)境。明挖法修建地鐵車站的應(yīng)用最多，根據(jù)埋深的不同可分為單層明挖車站、一層半明挖車站、雙層明挖車站以及三層以上明挖車站.選擇以上車站型式的基本前提條件是:在車站施工期間，采取一定措施后，對(duì)地面交通、地下管線、地上、地下建構(gòu)筑物的影響，都必須在允許范圍之內(nèi)。(l)單層明挖車站 一般適用于線

11、路埋深較淺的車站，如線路由地下轉(zhuǎn)人地面高架或進(jìn)人地面車輛段之前的車站。單層車站一般采用側(cè)式站臺(tái)，站廳、站臺(tái)位于同一層，設(shè)備管理用房設(shè)于側(cè)面也可設(shè)于地面。此種型式車站規(guī)模小，投資少，但使用和管理稍有不便。 (2)一層半明挖車站也稱“端進(jìn)式車站”，兩端為雙層，上層為站廳。這種車站型式簡(jiǎn)單，車站埋深較淺，施工方便，規(guī)模小，投資少，但使用和管理略有不便。多見(jiàn)于早期修建的地鐵車站。 (3)雙層明挖車站這種型式的車站覆土為2m-3m，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層，客流組織順暢，運(yùn)營(yíng)管理方便，但規(guī)模大，投資高。<4)三層以上明挖型式車站 這種型式的車站一般是受區(qū)問(wèn)埋深影響所致?；蚴菂^(qū)間地質(zhì)條件差

12、受工法影響埋深較大，或是靠近車站處有控制區(qū)間埋深的管線影響等。一般地下一層為站廳層，地下二層為設(shè)備層，地下三層為站臺(tái)層。這種型式車站的使用功能、運(yùn)營(yíng)管理、造價(jià)等都不太理想，一般在特定情況下選擇使用。1.6支撐體系參數(shù)研究概述地鐵車站深基坑所處環(huán)境復(fù)雜，控制性要求較高，影響其變形的因素較多，如土層地質(zhì)條件、水文條件、支護(hù)條件、施工條件等。支撐體系作為地鐵車站深基坑工程的關(guān)鍵部分，其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性直接影響到基坑的安全性、經(jīng)濟(jì)性，因此，支撐體系的參數(shù)對(duì)地鐵車站深基坑變形的影響極為關(guān)鍵。地鐵車站深基坑場(chǎng)地狹窄，是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工程。在實(shí)際工程中，通常存在兩種極端的現(xiàn)象:一是由于設(shè)計(jì)和施工的不合理

13、而導(dǎo)致深基坑工程事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，影響周圍環(huán)境;二是支護(hù)選型和設(shè)計(jì)極為保守，造成浪費(fèi)。在深基坑工程報(bào)價(jià)中，各投標(biāo)單位由于采用支護(hù)選型和設(shè)計(jì)方法的不同，報(bào)價(jià)相差一倍以上的情況屢見(jiàn)不鮮z。因此如何使得深基坑工程做到經(jīng)濟(jì)安全的統(tǒng)一，就成為目前廣大從事巖土工程專業(yè)的技術(shù)人員一個(gè)有待解決的課題。混凝土灌注樁支護(hù)技術(shù)?；炷凉嘧兜某煽追椒ㄓ腥斯ね诳?、機(jī)械鉆孔兩種。人工挖孔形狀有圓形和矩形，采取邊挖邊支護(hù)的方式;機(jī)械鉆機(jī)有沖擊鉆機(jī)、長(zhǎng)短螺旋鉆機(jī)、循環(huán)鉆機(jī)和潛水鉆機(jī)。根據(jù)地質(zhì)和水文條件采用干法和漿液護(hù)壁法，然后灌注普通混凝土和水下混凝土成樁，支護(hù)可采用雙排樁加混凝土連梁共同作用形式，還可采用樁加橫撐或

14、錨桿形成的受力體系。土釘墻支護(hù)技術(shù)。土釘墻支護(hù)是在施工現(xiàn)場(chǎng)的原位土中用機(jī)械鉆機(jī)成孔，插入排列間距較密的細(xì)長(zhǎng)桿件，通常還外裹水泥砂漿或注漿，并噴射混凝土，使土體、鋼筋、噴混凝土板面結(jié)合成深基坑土釘支護(hù)體系。 第二章 地下連續(xù)墻支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算2.1確定荷載，計(jì)算土壓力：地表超載10KN/m2=，地下水距地面3.3米，用水土分算法計(jì)算主動(dòng)土壓力和水壓力：2.1.1計(jì)算層土的平均重度，平均粘聚力c，平均內(nèi)摩檫角=（12×6.2+18.6×14+18.8×5）÷（7.47+1.58+6.67）=27.27kNm3 =（6.2×11+14×21.5

15、+5×30）÷（6.2×14×5）=1.20 C=（12×6.2+13×14+0×5）÷（6.2+14+5）=10.17KPa2.1.2 計(jì)算地下連續(xù)墻嵌固深度式中   D墻體嵌固深度（m）； H基坑開挖深度， d容許變形量；根據(jù)建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范有=0.1H/100= H=H+q/=14+10/27.27=14.37 =0.1H/100=0.1×14÷100=0.014 =4.39m則地下連續(xù)墻底到自然地面總埋深為14+4.5=18.5米。2.1.3&

16、#160;主動(dòng)土壓力與水土總壓力計(jì)算 h2地下的計(jì)算深度距地下水位的距離(m)；  土的浮容重(m)則利用上面公式可計(jì)算各深度的土壓力為Z=0(m),Pa=10×tan2(45°-1.20°÷2)-2×14×tan(45°-1.20°÷2)=-17.8kN/Z=4(m)Pa=(10+27.27×4)×tan2(45°-1.20°÷2)-2×14×tan(45°-1.20°÷2)=12.0 kN/可

17、認(rèn)為Pa=0Z=10.6（m）Pa=(10+27.27×4+10.6×3.7)×tan2(45°-1.20°÷2)-2×14×tan(45°-1.20°÷2)=128.68kN/Z=23.6(m)2.2地下連續(xù)墻穩(wěn)定性驗(yàn)算 2.2.1 抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算同時(shí)考慮c、的抗隆起，并按普朗特爾(Prandtl)地基承載力公式進(jìn)行驗(yàn)算。 因此地下連續(xù)墻埋深滿足要求。2.2.2基坑的抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算如圖3所示，作用在慣用范圍B上的全部滲流壓力J為： 式中 h在B范圍內(nèi)

18、從墻底到基坑地面的水頭損失，一般可取； 水的重度；B流砂發(fā)生的范圍，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，首先發(fā)生在離坑壁大約等于擋墻插入深度一半范圍內(nèi)，即。 抵抗?jié)B透壓力的土體水腫重量W為 式中 土的浮重度； 地下墻的插入深度。若滿足的條件，則管涌就不會(huì)發(fā)生，即必須滿足下列條件：式中 抗管涌的安全系數(shù)，一般取滿足則符合要求 管涌驗(yàn)算示意圖2.3地下連續(xù)墻靜力計(jì)算2.3.1 山肩邦男法地下連續(xù)墻用于深基坑開挖的擋土結(jié)構(gòu)，基坑內(nèi)土體的開挖和支撐的設(shè)置是分層進(jìn)行的，作用于連續(xù)墻上的水、土壓力也是逐步增加的。實(shí)際上各工況的受力簡(jiǎn)圖是不一樣的。荷載結(jié)構(gòu)法的各種計(jì)算方法是采用取定一種支承情況，荷載一次作用的計(jì)算圖式，不能反映施

19、工過(guò)程中擋土結(jié)構(gòu)受力的變化情況。山肩邦男等提出的修正荷載結(jié)構(gòu)法考慮了逐層開挖和逐層設(shè)置支撐的施工過(guò)程。山肩邦男等提出的修正荷載結(jié)構(gòu)法假定土壓力是已知的，另外根據(jù)實(shí)測(cè)資料，又引入一些簡(jiǎn)化的假定：（1）下道橫支撐設(shè)置以后，上道橫支撐的軸力不變；（2）下道橫支撐支點(diǎn)以上的擋土結(jié)構(gòu)變位是在下道橫支撐設(shè)置前產(chǎn)生的，下道橫支撐支點(diǎn)以上的墻體仍保持原來(lái)的位置，因此下道橫支撐支點(diǎn)以上的地下連續(xù)墻的彎矩不改變；（3）在粘土層中，地下連續(xù)墻為無(wú)限長(zhǎng)彈性體；（4）地下連續(xù)墻背側(cè)主動(dòng)土壓力在開挖面以上取為三角形，在開挖面以下取為矩形，是考慮了已抵消開挖面一側(cè)的靜止土壓力的結(jié)果；（5）開挖面以下土體橫向抵抗反力作用范圍

20、可分為兩個(gè)區(qū)域，即高度為l的被動(dòng)土壓力塑性區(qū)以及被動(dòng)抗力與墻體變位值成正比的彈性區(qū)。應(yīng)用上肩邦男法進(jìn)行地下連續(xù)墻靜力計(jì)算。+´+´+´+´+´=×+´=+ 山肩邦男法的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示。沿地下墻分成3個(gè)區(qū)域，即第k道橫支撐到開挖面的區(qū)域、開挖面以下的塑性區(qū)域和彈性區(qū)域。建立彈性微分方程式后，根據(jù)邊界條件及連續(xù)條件即可導(dǎo)出第k道橫支撐軸力的計(jì)算公式及其變位和內(nèi)力公式，該方法稱為山肩邦男的精確解。為簡(jiǎn)化計(jì)算，山肩邦男又提出了近似解法，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5所示，不同之處為：（1）在粘土地層中，地下連續(xù)墻作為底端自由的有限長(zhǎng)

21、梁；（2）開挖面以下土的橫向抵抗反力采用線性分布的被動(dòng)土壓力；（3）開挖面以下地下連續(xù)墻彎矩為零的點(diǎn)假想為一個(gè)鉸，忽略鉸以下的擋土結(jié)構(gòu)對(duì)鉸以上擋土結(jié)構(gòu)的剪力傳遞。由作用于地下連續(xù)墻的墻前墻后所有水平作用力合力為零的平衡條件，即 有：根據(jù)靜力平衡條件，可推導(dǎo)和計(jì)算及的公式：則需要通過(guò)求解方程：式中各符號(hào)意義見(jiàn)圖5山肩邦男法近似解法的計(jì)算簡(jiǎn)圖。2.3.2開挖計(jì)算分三次開挖，設(shè)三道支撐。（1） 第一次開挖至第二次錨撐處，支撐系數(shù),。 ，計(jì)算墻前被動(dòng)土壓力：則，求： 求解方程得求支撐軸力：帶入公式得墻體彎矩： （2）第二次開挖至第三次錨撐處，支撐系數(shù)，。 ，求： 求解方程得求支撐軸力：帶入公式得墻體彎

22、矩： （3）第三次開挖至基底處，支撐系數(shù)，。 ，求： 求解方程得求支撐軸力：帶入公式得墻體彎矩： 2.4地下連續(xù)墻配筋2.4.1 配筋計(jì)算地下連續(xù)墻厚800mm，保護(hù)層為50mm，混凝土為C30，受力鋼筋，分布鋼筋均采用級(jí)鋼筋。混凝土的，HRB鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。1、開挖側(cè)配筋：基底至第3道支撐處的最大彎矩， ，第3道支撐以下按基底截面處計(jì)算結(jié)果配筋選用2032(采用雙層配筋)所以非超筋所以非少筋第3道支撐處至第2道支撐處最大彎矩， ，第2道支撐至第3道支撐按第3道支撐截面處計(jì)算結(jié)果配筋選用1025(采用雙層配筋)所以非超筋所以非少筋第2道支撐至地面處最大彎矩， ，與第3道支撐處截面彎矩，差距不是很大，所以不再做計(jì)算，第2道支撐至地面