k地鐵車站明挖法地下連續(xù)墻課程設計

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)墻課程設計第一章 設計方案綜合說明 地鐵車站明挖法地下連續(xù)墻課程設計 學院: 資源與安全工程學院 班級: 城市地下空間工程1102班 姓名: 學號: 0202110226 2015 年 1 月目 錄第一章 設計方案綜合說明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支撐體系參數研究概述8第二章 地下連續(xù)墻支護設計計算92.1確定荷載，計算土壓力：102.1.1計算層土的平均重度，平均粘聚力c，平均內摩檫角10

2、2.1.2 計算地下連續(xù)墻嵌固深度102.1.3 主動土壓力與水土總壓力計算112.2地下連續(xù)墻穩(wěn)定性驗算132.2.1 抗隆起穩(wěn)定性驗算132.2.2基坑的抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算142.3地下連續(xù)墻靜力計算152.3.1 山肩邦男法152.3.2開挖計算172.4地下連續(xù)墻配筋202.4.1 配筋計算202.4.2截面承載力計算22第三章 結論23第一章 設計方案綜合說明1.1 工程概況 某地鐵車站主體結構外包尺寸長260m，標準段寬22m，是地下2層島式車站。車站主體基坑開挖深度標準段深為14 m，采用地下連續(xù)墻支護。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，埋設有各種電力、通訊、燃氣、自來水、污水管線。1.3 工程水文地質條件 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 ;地鐵建設所及地下深度，一般達十幾米至二十幾米。本工程所在區(qū)域地基土層主要是雜填土、粘質粉土、粉砂等，現(xiàn)分述如下:(1)雜填土淤泥質土根據土中有機質含量的多少，也

4、可將土劃分為無機土、有機土、泥炭，泥炭質土。有機土包括淤泥、淤泥質土，其有機質含量為：5%<Wu10%；泥炭質土有機質含量為：10%Wu60%(2)粘質粉土粉性土的一種，按塑性指標Ip區(qū)分，粘質粉土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粉土和砂質粉土，砂質粉土粒徑小于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的顆粒含量超過全重50%，有輕微粘著感。土的分類標準（GBJ145-90）規(guī)定，細粒含量在15%50%之間，且細粒為粉土的土，稱為粉土質砂。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的顆粒質量超過總質量50%的土，應定名為粉砂。建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002）規(guī)定，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土，稱為粉砂。公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTG D63-2007）3.1.9規(guī)定，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過總質量的50%的土，稱為粉砂。1.4地下管線情況車站施工前，對現(xiàn)況管線進行了物探，對影響車站施工的管線進行了改移，圍護樁及中樁施工時應注意改移后未拆除管線的影響，尤其對雨污水管線除段內的存水，施工前應進行疏干。1.5明挖法施工 明挖法施工主要分為圍護結構施工、站內土方開挖、車站

6、主體結構施作和回填上覆土和恢復管線四個部分。根據不同的地質條件和車站結構的大小以及基坑深度，明挖法的圍護結構可采用地下連續(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簡單、快速、經濟，各國地鐵施工都把明挖法作為首選技術。明挖法適用條件為:在基坑開挖范圍內無重要的市政管線或市政管線可以臨時改移;城市道路交通流量不大或當需要封閉道路交通時有臨時改道條件。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。在工程地質及水文地質條件允許的情況下，可采用放坡開挖的施工技術。邊坡坡度根據

7、地質、基坑挖深及參照當地同類土體邊坡穩(wěn)定值確定?；拥拈_挖尺寸要保證滿足結構施工的需要，需要設排水溝、集水井的基坑，其開挖尺寸可適當加寬?；討陨隙路謱?、分段依次開挖，以防止掏底開挖發(fā)生事故，開挖應隨挖隨刷邊坡。型鋼支護技術。型鋼支護一般是使用打樁機或沉拔樁機打人或沉人工字鋼或鋼板樁，根據不同地區(qū)和地質條件設定樁距，樁間采用木背板、水泥土或鋼絲網噴混凝土擋護。當基坑較深時，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技術，還可用單層或多層錨桿，使其與型鋼共同形成邊坡支護體系。連續(xù)墻支護技術。連續(xù)墻支護一般采用鋼絲繩和液壓抓斗成槽設備，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備的。槽段采用膨潤土泥漿護壁，灌注水下混凝土，使其形成混凝土擋土墻結構。為加強支護能力，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:施工時噪音和震動都小，屬于低公害施工方法，并且對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。應用于深基坑時，基坑無需放坡，土方量小，可以有效保護鄰近建筑物。澆筑混凝土無需支模和養(yǎng)護，可以節(jié)約施工費用和材料，并可以在低溫環(huán)境中施工。實際工程中應用范圍很廣，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)墻應用在深基坑工程中時，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。查閱國外資料可知，在法國，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，在較繁華的城市交通中心區(qū)修建地下鐵道等地下結構時，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，可以采用逆作法施工，下部結構與上部結構的施工并進，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:施工技術比較復雜，要求較高。如果不能合理選用施工機械，會影響施工質量，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。施工所采用的機械設備成本較高，對于小型工程或者較淺的基坑支護而言,地下連續(xù)墻的造價偏高，經濟效果不佳。對于施工范圍內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)，不宜應用地下連續(xù)墻。施工過程中如果不恰當地處理泥漿，會影響施工場地的條件，影響環(huán)境。明挖法修建地鐵車站的應用最多，根據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，對地面交通、地下管線、地上、地下建構筑物的影響，都必須在允許范圍之內。(l)單層明挖車站 一般適用于線

11、路埋深較淺的車站，如線路由地下轉人地面高架或進人地面車輛段之前的車站。單層車站一般采用側式站臺，站廳、站臺位于同一層，設備管理用房設于側面也可設于地面。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“端進式車站”，兩端為雙層，上層為站廳。這種車站型式簡單，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，地下二層為站臺層，客流組織順暢，運營管理方便，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)問埋深影響所致?；蚴菂^(qū)間地質條件差

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，地下二層為設備層，地下三層為站臺層。這種型式車站的使用功能、運營管理、造價等都不太理想，一般在特定情況下選擇使用。1.6支撐體系參數研究概述地鐵車站深基坑所處環(huán)境復雜，控制性要求較高，影響其變形的因素較多，如土層地質條件、水文條件、支護條件、施工條件等。支撐體系作為地鐵車站深基坑工程的關鍵部分，其強度、剛度和穩(wěn)定性直接影響到基坑的安全性、經濟性，因此，支撐體系的參數對地鐵車站深基坑變形的影響極為關鍵。地鐵車站深基坑場地狹窄，是一個極具挑戰(zhàn)性的工程。在實際工程中，通常存在兩種極端的現(xiàn)象:一是由于設計和施工的不合理

13、而導致深基坑工程事故，造成重大經濟損失，影響周圍環(huán)境;二是支護選型和設計極為保守，造成浪費。在深基坑工程報價中，各投標單位由于采用支護選型和設計方法的不同，報價相差一倍以上的情況屢見不鮮z。因此如何使得深基坑工程做到經濟安全的統(tǒng)一，就成為目前廣大從事巖土工程專業(yè)的技術人員一個有待解決的課題?；炷凉嘧吨ёo技術?；炷凉嘧兜某煽追椒ㄓ腥斯ね诳?、機械鉆孔兩種。人工挖孔形狀有圓形和矩形，采取邊挖邊支護的方式;機械鉆機有沖擊鉆機、長短螺旋鉆機、循環(huán)鉆機和潛水鉆機。根據地質和水文條件采用干法和漿液護壁法，然后灌注普通混凝土和水下混凝土成樁，支護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。土釘墻支護技術。土釘墻支護是在施工現(xiàn)場的原位土中用機械鉆機成孔，插入排列間距較密的細長桿件，通常還外裹水泥砂漿或注漿，并噴射混凝土，使土體、鋼筋、噴混凝土板面結合成深基坑土釘支護體系。 第二章 地下連續(xù)墻支護設計計算2.1確定荷載，計算土壓力：地表超載10KN/m2=，地下水距地面3.3米，用水土分算法計算主動土壓力和水壓力：2.1.1計算層土的平均重度，平均粘聚力c，平均內摩檫角=（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；根據建筑基坑工程技術規(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;主動土壓力與水土總壓力計算 h2地下的計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)定性驗算 2.2.1 抗隆起穩(wěn)定性驗算同時考慮c、的抗隆起，并按普朗特爾(Prandtl)地基承載力公式進行驗算。 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

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，根據試驗結果，首先發(fā)生在離坑壁大約等于擋墻插入深度一半范圍內，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，則管涌就不會發(fā)生，即必須滿足下列條件：式中 抗管涌的安全系數，一般取滿足則符合要求 管涌驗算示意圖2.3地下連續(xù)墻靜力計算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構，基坑內土體的開挖和支撐的設置是分層進行的，作用于連續(xù)墻上的水、土壓力也是逐步增加的。實際上各工況的受力簡圖是不一樣的。荷載結構法的各種計算方法是采用取定一種支承情況，荷載一次作用的計算圖式，不能反映施

19、工過程中擋土結構受力的變化情況。山肩邦男等提出的修正荷載結構法考慮了逐層開挖和逐層設置支撐的施工過程。山肩邦男等提出的修正荷載結構法假定土壓力是已知的，另外根據實測資料，又引入一些簡化的假定：（1）下道橫支撐設置以后，上道橫支撐的軸力不變；（2）下道橫支撐支點以上的擋土結構變位是在下道橫支撐設置前產生的，下道橫支撐支點以上的墻體仍保持原來的位置，因此下道橫支撐支點以上的地下連續(xù)墻的彎矩不改變；（3）在粘土層中，地下連續(xù)墻為無限長彈性體；（4）地下連續(xù)墻背側主動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的靜止土壓力的結果；（5）開挖面以下土體橫向抵抗反力作用范圍

20、可分為兩個區(qū)域，即高度為l的被動土壓力塑性區(qū)以及被動抗力與墻體變位值成正比的彈性區(qū)。應用上肩邦男法進行地下連續(xù)墻靜力計算。+´+´+´+´+´=×+´=+ 山肩邦男法的計算簡圖如圖4所示。沿地下墻分成3個區(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，根據邊界條件及連續(xù)條件即可導出第k道橫支撐軸力的計算公式及其變位和內力公式，該方法稱為山肩邦男的精確解。為簡化計算，山肩邦男又提出了近似解法，其計算簡圖如圖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

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土壓力；（3）開挖面以下地下連續(xù)墻彎矩為零的點假想為一個鉸，忽略鉸以下的擋土結構對鉸以上擋土結構的剪力傳遞。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：根據靜力平衡條件，可推導和計算及的公式：則需要通過求解方程：式中各符號意義見圖5山肩邦男法近似解法的計算簡圖。2.3.2開挖計算分三次開挖，設三道支撐。（1） 第一次開挖至第二次錨撐處，支撐系數,。 ，計算墻前被動土壓力：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，。 ，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，。 ，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 配筋計算地下連續(xù)墻厚800mm，保護層為50mm，混凝土為C30，受力鋼筋，分布鋼筋均采用級鋼筋?；炷恋模琀RB鋼筋的設計強度。1、開挖側配筋：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算結果配筋選用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道支撐截面處計算結果配筋選用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，所以不再做計算，第2道支撐至地面