【主基坑支護結構設計6000字（論文）】

主基坑支護結構設計目錄TOC\o"1-2"\h\u6518主基坑支護結構設計 150294.1確定基坑保護等級 1301504.1.1基坑工程安全等級 11344.1.2基坑工程環(huán)境保護等級 190374.2設計條件 311923（4）鋼支撐采用Q}609鋼管支撐，壁厚t=16mmo 3153294.3圍護結構選型 4104314.4支撐結構選型及設計 4320634.4.1支撐圍模設計 4251244.4.2支撐豎向布置 5126014.5圍護插入比以及地墻厚度擬定 871394.5.1地連墻插入比設計 883474.5.2地連墻厚度設計 979324.5.3端頭井基坑加固 10118164.6圍護結構穩(wěn)定性驗算 1145854.6.1整體穩(wěn)定性驗算 11251584.6.2圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算 11122854.6.3抗滑移穩(wěn)定性驗算 16136624.6.4抗隆起穩(wěn)定分析 1663614.6.5抗?jié)B透穩(wěn)定性分析 1856324.6.6計算結論 214.1確定基坑保護等級4.1.1基坑工程安全等級根據(jù)《基坑工程技術規(guī)范》（DGTJ08-61-2010）的規(guī)定，根據(jù)基坑的開挖深度等因素，基坑工程安全等級應分為以下三級：①基坑開挖深度大于、等于12m或基坑采用支護結構與主體結構相結合時，屬一級安全等級基坑工程；②基坑開挖深度小于7m時，屬三級安全等級基坑工程；③除一級和三級以外的基坑均屬二級安全等級基坑工程。4.1.2基坑工程環(huán)境保護等級《基坑工程技術規(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)境保護等級應分為以下三級，如表2-1所示，相應的基坑變形控制指標應按本規(guī)范第17.1節(jié)的規(guī)定采用。表2-1基坑工程的環(huán)境保護等級環(huán)境保護對象保護對象與基坑的距離關系基坑工程的環(huán)境保護等級優(yōu)秀歷史建筑、有精密儀器與設備的廠房、其他采用天然地基或短樁基礎的重要建筑物、軌道交通設施、隧道、防汛墻、原水管、自來水總管、煤氣總管、共同溝等重要建（構）筑物或設施S=<H一級H<S=<2H二級2H<S=<4H三級較重要的自來水管、煤氣管、污水管等市政管線、采用天然地基或短樁基礎的建筑物等S=<H二級H<S=<2H三級車站圍護結構地下連續(xù)墻作為主體結構的一部分且主體結構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)自來水廠，東南角是商業(yè)廣場，建筑物較密集。綜合車站周邊環(huán)境和工程特點，確定此車站的保護等級為一級，考慮1.1的重要性系數(shù)，基坑環(huán)境保護等級為一級，即地面最大沉降量蕊0.2%H，圍護墻最大水平位移蕊0.3%H（H為基坑開挖深度），且蕊30mm。施工過程中對于周邊建（構）筑物和管線須根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采取跟蹤注漿等相應保護措施。2.2典型斷面選取由于車站所處場地地質條件比較均勻，因此分別在標準段和端頭井段各取一斷面進行設計。在標準段中選擇車站中心點為典型斷面；端頭井選擇東側端頭井為典型斷面進行結構計算。典型斷面地質剖面圖如表2-2所示：項目斷面1斷面2所在位置標準段端頭井地質剖面示意圖基坑深度16.60m18.60m坑底土層⑤層粉質粘土⑤層粉質粘土4.2設計條件（1）圍護結構采用桿系彈性有限元法進行結構計算，開挖期間圍護結構作為支擋結構，承受全部的水土壓力及路面超載，使用階段和主體結構一起承載，按可能出現(xiàn)的最不利的荷載組合進行強度、變形及穩(wěn)定性計算。（2）施工階段土壓力對于砂性土根據(jù)地質報告中各土層的物理力學參數(shù)按水土分算進行計算，水壓力按靜水頭壓力計算，地下水位按地表以下0.5m計，基坑開挖前20天須進行基坑內(nèi)降水，降水后水位位于坑底下1.0m；對于粘性土則采用水土合算的原則進行計算，地面超載按20KPa計算。（3）地下連續(xù)墻及鉆孔灌注樁混凝土強度選用水下C30，地下墻抗?jié)B等級>=S6，鋼筋混凝土圍擦、支撐的混凝土設計強度等級為C30，底板下素混凝土墊層強度為C20o（4）鋼支撐采用Q}609鋼管支撐，壁厚t=16mmo（5）施工階段土壓力對于砂性土根據(jù)地質報告中各土層的物理力學參數(shù)按水土分算進行計算，水壓力按靜水頭壓力計算，地下水位按地表以下0.5m計，坑內(nèi)lm；對于粘性土則采用水土合算的原則進行計算，地面超載按20KPa計算。4.3圍護結構選型根據(jù)分析某地鐵車站其土質為軟土，所以選取軟土地區(qū)車站圍護型式進行類比由于該車站若支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周圍的環(huán)境以及地下施工會產(chǎn)生嚴重影響，考慮到基坑開挖深度為16.6~18.6m，通過工程類比劃分，選擇地下連續(xù)墻結構作為圍護結構。4.4支撐結構選型及設計4.4.1支撐圍模設計（1）圍擦結構比選采用坑內(nèi)支撐和圍擦結構體系時，圍擦結構的常用形式有鋼結構和鋼筋混凝土結構。鋼結構和鋼筋混凝土結構的特點見表2-6所示。結構優(yōu)點缺點適用范圍鋼1.安全，拆卸方便；2可重復利用，使用和圍護成本低；對施工的干擾小。1.強度不如鋼筋混凝土；2.對于形狀不規(guī)則的基坑，架設較為困難。深度較小，形狀較規(guī)則的基坑鋼筋混泥土1.材料的強度較大，安全系數(shù)高；2.對于形狀不規(guī)則的基坑使用更方便。1.安裝、拆除比鋼結構困難；2.不能重復利用，使用成本較高3.鋼筋混凝土結構的尺寸大，對施工的干擾大開挖深度大，形狀不規(guī)則的基坑《建筑基坑工程技術規(guī)程（JGJ120-99>》中規(guī)定：通常情況下應利用圍護墻頂?shù)乃饺α杭孀龅谝坏浪街蔚膰?。在該車站基坑設計中，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，在架設其它道鋼筋混凝土支撐時，也需設置圍擦。基坑開挖深度最大達到18.60m，基坑所處區(qū)域地層為軟弱土層，根據(jù)以上條件，采用鋼筋混凝土結構作為車站基坑的圍擦形式。在架設其它各道鋼支撐時，可將鋼支撐直接架設在地下連續(xù)墻開挖面，在設計時均不單獨設置圍擦結構。（2）圍擦結構尺寸確定頂圈梁的結構尺寸，主要受基坑形狀、基坑場地范圍內(nèi)土層情況和基坑開挖深度的影響，當基坑開挖深度大、基坑形狀不規(guī)則、所處地層為軟弱土層時，頂圈梁的結構尺寸要適當增大以承受地下連續(xù)墻傳遞來的應力。該車站基坑圍擦結構的剖面尺寸見表2-7。表2-7車站圍檀結構剖面尺寸斷面圍檀尺寸端頭井1000×800標準段1000×800在架設其它各道鋼支撐時，可將鋼支撐直接架設在地下連續(xù)墻開挖面，在設計時均不單獨設置圍擦結構。4.4.2支撐豎向布置（1）軟土地區(qū)設計經(jīng)驗表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）車站結構位置初步擬定值根據(jù)標準和相關設計要求，參考類似工程的經(jīng)驗，結合該車站的基坑安全等級和車站所在地區(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構頂板、中板、底板的位置見表2-9。表2-9車站主體結構形式以上圖表中的數(shù)值為車站主體結構頂板、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構。參考規(guī)范給出的建議值，結合軟土地區(qū)的設計經(jīng)驗，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：圍護墻為地下連續(xù)墻時為保證在每個槽段的墻體穩(wěn)定，一般設置至少2個支撐點，每幅墻長為6m，則每道支撐的水平距離為3m。計算端頭井時，支撐水平間距按照標準段取值，支撐長度按照標準段支撐長度加上端頭井加寬距離取值?；觾魧?8.7m，端頭井每側加寬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，標準段共設4道支撐，1道硅支撐，3道鋼管支撐；端頭井共設5道支撐，1道硅支撐，4道鋼管支撐。支撐位置對應的標高如表2-10、圖2-1，2-2所示。表2-10支撐位置對應標高及埋深圖2.1標準段土層與支撐位置設計剖面圖圖2.2端頭井土層與支撐位置設計剖面圖4.5圍護插入比以及地墻厚度擬定4.5.1地連墻插入比設計總結軟土地區(qū)工程實例，得到表2-11：注：（二）指2號線車站；（六）指6號線車站根據(jù)工程類比，軟土地區(qū)地下車站基坑圍護結構插入比一般取值為0.8~1.0之間。擬選取圍護結構插入比如表2-12所示：表2-12地下連續(xù)墻插入比初步擬定4.5.2地連墻厚度設計總結軟土地區(qū)工程實例，得地下連續(xù)墻厚度與埋深的關系如表2-13所示：表2-13地墻厚度與深埋關系工程類比根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，地下連續(xù)墻的深厚比有如下關系：墻厚600mm時地墻最深可達28m；墻厚800mm時地墻最深可達45m，墻厚1000^-1200mm時地墻最深可達50m。該車站地下連續(xù)墻深度最大為34m，且標準段和端頭井墻底土層都為⑦，粉質粘土，因此可采用800mm厚地下連續(xù)墻。2.7基坑加固2.7.1標準段基坑加固某地鐵車站基坑標準段設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。坑內(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標準段基底加固俯視圖4.5.3端頭井基坑加固采用與標準段相同的方法對端頭井進行加固，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圍護結構穩(wěn)定性驗算4.6.1整體穩(wěn)定性驗算考慮內(nèi)支撐作用時，通常不會發(fā)生整體穩(wěn)定破壞，因此對只設一道支撐的支護結構需驗算整體滑動，而對設置多道內(nèi)支撐時可不作驗算。本次圍護結構設計需要多道支撐，所以不用再做整體穩(wěn)定性驗算。4.6.2圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算圖2.5圍護結構抗傾覆檢算示意圖根據(jù)《上海市基坑工程設計規(guī)程（DBJ08-61-97>》可知，抗傾覆穩(wěn)定性計算公式：（2.1）MRC：抗傾覆力矩MRC=FPZP，取基坑開挖面以下圍護墻入土部分坑內(nèi)側壓力，對下一道支撐或錨釘點的力矩。MOC：傾覆力矩MOC=FaZa。取最下一道支撐和錨釘點以下圍護墻坑外側壓力，對最下一道支撐或錨釘點的力矩。：抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)，一級基坑工程取1.20，二級基坑工程取1.10，三級基坑工程取1.05。本站為一級基坑工程取1.20。其中計算點處的被動土壓力計算公式如下：式中Pp一計算點處的被動土壓力（kPa）γi一計算點以上各土層的天然重度（kN/m3）水下重度———計算點以上各層土的重度（m）；——計算點處的被動土壓力系數(shù)，由下式計算得到：（2.3）（2.4）一一計算點處的土的粘聚力（kPa）和內(nèi)摩擦角（°）——計算點處的地基土與墻面之間的摩擦角（°），土質較差時取大值，反之取小值。圍護結構為地下連續(xù)墻，取。計算點處主動土壓力計算公式如下：（2.5）其中q一一地面超載，此處取q=20KN/m2。計算時，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土體性質計算表土層代號及名稱含水量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粉質粘土29.619.40.82625.011.09.600.681.722.10④粉質粘土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粉質粘土27.219.40.78426.815.09.750.592.152.89⑦1粉質粘土31.220.51.0615.231.610.860.317.3519.23⑦2粉土32.518.50.9369.528.78.900.355.6212.43⑧1粉質粘土32.018.90.89524.211.49.140.671.762.17表2-19主動土壓力計算表計算斷面土層編號厚度h（m）γ'qcKAPa上限Pa下限標準段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主動側水壓力計算表表2-21被動土壓力計算表表2-22被動側水壓力計算表表2-26水壓力抗傾覆力矩計算表綜合以上表格，可以得到總的傾覆力矩和抗傾覆力矩，從而計算得到車站標準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)驗算，該車站標準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)定性驗算抗滑移穩(wěn)定性驗算主要考察重力式圍護墻體沿底面滑動的可能性。本車站圍護結構為板式有支撐圍護結構，可不作抗滑移穩(wěn)定性驗算。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面，采用地基承載力模式計算按以下公式驗算圍護墻底地基承載力，計算圖式見圖2.6：（2.6）式中：D一一圍護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墻底，各層土天然重度的加權平均值（kN/m3）；2一一坑內(nèi)開挖面以下至圍護墻底，各層土天然重度的加權平均值（kN/m3）；圖2.6圍護墻底地基承載力驗算圖示Nq、Nc一一地基承載力系數(shù)。根據(jù)圍護墻底的地基土特性計算，Nq，、Nc分別為：（2.7）（2.8）：分別為圍護墻底地基土粘聚力（kPa）和內(nèi)摩擦角一一圍護墻底地基承載力安全系數(shù)。一級基坑取2.5，級基坑取1.7。計算結果見表2-28：表2-28抗隆起穩(wěn)定性計算由于該車站工程為一級基坑工程，圍護墻底地基承載力安全系數(shù)為2.5，所以，標準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)定性計算計算圖式見圖2.7：圖2.7抗?jié)B流穩(wěn)定性檢算示意圖抗?jié)B流穩(wěn)定性計算主要是針對基坑坑底土體在內(nèi)外水頭差作用下是否會發(fā)生流土現(xiàn)象。板式圍護結構的抗?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度（m），一一滲徑水平段總長度（m）；一一滲徑垂直段總長度（m）；m一一滲徑垂直段換算水平段的系數(shù)，單排帷幕墻時m=1.5；多排帷幕墻時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、砂質粉土或粘性土與粉性土中有明顯薄層粉砂夾層時取最大值。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。計算參數(shù)見表2-29：表2-29抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算計算參數(shù)計算結果見表2-30：表2-30抗?jié)B流穩(wěn)定性計算結果經(jīng)驗算，標準段和端頭井抗?jié)B流穩(wěn)定性均符合要求。B.抗突涌計算圖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