dcs地铁车站深基坑支护毕业设计

'题目院(系)建筑与土木工程学院专业班级土木工程专业080班姓名禇盼学号0804050709指导教师任建喜日期2012年×月×日87 题目：专业：硕士生：×××(签名)指导教师：×××(签名)摘要随着我国经济的快速发展以及城市现代化建设的要求不断提高，地下空间的开发和利用已显得尤为重要。大型基坑工程是高层建筑和城市地下工程的重要组成部分，深基坑设计和施工技术成为热点问题。本文以黄土地区西安市地铁4号线大差市站深基坑工程为背景，结合具体工程环境和施工要求，通过对深基坑的不同围护结构形式进行比较与选型论证，确定深基坑围护结构的形式，并对围护结构进行设计计算，以期为类似深基坑工程设计和施工提供指导。本文在第1章中介绍了深基坑的发展状况、人们对其设计理论的研究状况及重点研究方向；第2章主要介绍了基坑支护的一些常用方法及各自的特点；在第3章中，从排桩的计算、降水方面对深基坑计算理论进行了阐述，最后还介绍了施工监测方面的内容；第4章通过对西安地铁4号线大差市站的具体分析，运用前面讲到的理论方法，对基坑支护进行了设计；第5章确定大差市站基坑工程监测方案；第6章对施工组织设计做了一个简单的设计，着重介绍了降水、围护结构的施工工艺。关键词87 Subject：Specialty：Name：×××（Signature）Instructor：×××（Signature）AbstractWiththeincreasingdemandsofChina’srapideconomicdevelopmentandurbanmodernization,developmentandutilizationofundergroundspacehasbecomeparticularlyimportant.Thelarge-scaleexcavationengineeringisanimportantpartofhigh-risebuildingsandurbanundergroundengineering,deepfoundationdesignandconstructiontechnologyhasbecomeahotissue.DeepfoundationpitoftheloessregionofXi’ansubwaylineonthe4thDachashiStation,combinedwithproject-specificenvironmentalandconstructionrequirements,differentenvelopestructureofthedeepfoundationwiththeselectionofdemonstration,todeterminethedesigncalculations,inordertoprovideguidanceforsimilardeepfoundationdesignandconstruction.Chapter1introducesthedevelopmentsituationofthedeepfoundationofitsdesigntheory,researchstatusandfocusofresearch;Chapter2introducessomecommonlyusedmethodsofexcavationsupportsystemandtheirowncharacteristics;Insection3chapter,fromthecalculationoftherowofpiles,theprecipitationaspectsofdeepcomputingtheoryexpounded,andfinallytheconstructionofamonitoringcomponent;Chapter4byaspecificanalysisoftheXi’ansubwayLine4DachaishiStation,usethefrontmentionedtheoreticalmethods,thefoundationpitsupportdesign;Chapter5determinesthefoundationpitofthestationmonitoringprogram;Chapter6oftheconstructiondesigntodoasimpledesign,focusingonprecipitation,retainingstructuretheconstructionprocess.Keywords:87 目录第1章绪论........................................................................................................................11.1深基坑工程的发展状况……...................................................................................................11.2深基坑支护设计理论及计算方法研究现状……...................................................................41.3深基坑工程支护结构设计的原则……...................................................................................61.4深基坑工程中存在的主要问题…...........................................................................................61.5深基坑工程支护技术的发展趋势……...................................................................................7第2章基坑支护的主要内容和方法……........................................................................82.1基坑支护的内容和特点……...................................................................................................82.1.1基坑支护的主要内容和功能…....................................................................................82.1.2基坑支护的主要特点…….............................................................................................92.2基坑支护方法的概述….........................................................................................................102.2.1排桩或地下连续墙的支护结构……..........................................................................112.2.2水泥土墙支护……......................................................................................................122.2.3土钉支护......................................................................................................................132.2.4逆作拱墙支护..............................................................................................................142.2.5内支撑支护..................................................................................................................14第3章深基坑设计计算理论….......................................................................................163.1土压力计算…….....................................................................................................................163.1.1静止土压力……..........................................................................................................163.1.2填土面水平时的朗肯土压力……..............................................................................173.2地下连续墙止水帷幕…….....................................................................................................183.2.1地下连续墙的分类……..............................................................................................193.2.2地下连续墙的优点……..............................................................................................193.2.3地下连续墙止水帷幕的应用…..................................................................................203.3排桩设计…….........................................................................................................................203.3.1嵌固深度计算..............................................................................................................2187 3.3.2桩内力计算……..........................................................................................................213.4降水设计…….........................................................................................................................223.4.1管井降水一般计算方法…............................................................................................223.4.2辅助降水……................................................................................................................233.5施工监测……...........................................................................................................................243.5.1基坑监测工作的基本原则……....................................................................................243.5.2基坑监测的主要内容....................................................................................................243.5.3基坑监测过程的基本要求……....................................................................................27第4章西安地铁大差市站基坑围护设计.......................................................................284.1大差市站工程概况及设计资料.............................................................................................284.1.1概述..............................................................................................................................284.1.2本区地质情况概要及不良地层情况..........................................................................284.1.3大差市车站周边建造物……………………………………………………….….....314.2施工降水………………………………………………………………………….…………314.2.1工程地质概况…………………………………………………………………….…..314.2.2渗透系数……………………………………………………………….……………..324.2.3基坑用水量………………………………………………………..............................324.2.4管井降水计算………………………………………………………………………..334.3支护结构设计………………………………………………………………………….……344.3.1支护方案的比较与选型论证………………………………………………………..344.3.2横断面计算…………………………………………………………………...344.3.3横断面计算…………………………………………………………….…..464.3.4支护参数最终确定……………………………………………………………….….57第5章大差市深基坑监测方案………………………………………………………..585.1工程概况…………………………………………………………………………………….585.2基坑监测方案……………………………………………………………………………….585.2.1监测内容………………………………………………………………………….….5887 5.2.2监测仪器……………………………………………………………………………..585.2.3观察时间与频率……………………………………………………………………..595.2.3监测点的布设………………………………………………………………………..60第6章深基坑支护施工组织设计……………………………………………………...646.1编制依据.................................................................................................................................646.1.1编制依据......................................................................................................................646.1.2编制原则……..............................................................................................................656.1.3编制内容……..............................................................................................................666.1.4施工组织设计目标......................................................................................................666.2工程概况.................................................................................................................................666.2.1工程简述......................................................................................................................666.2.2工程特点及重点、难点分析及对策…………………………………………….….676.3总体施工方案……………………………………………………………………………….696.3.1总体施工方案………………………………………………………………………..696.3.2施工顺序……………………………………………………………………………..716.3.3总体施工步骤………………………………………………………………………..716.3.4总体施工流程………………………………………………………………………..716.4施工总平面布置…………………………………………………………………………….736.4.1布置原则……………………………………………………………………………..736.4.2布置依据……………………………………………………………………………..736.5施工方案及技术措施……………………………………………………………………….736.5.1降水…………………………………………………………………………………..736.5.2围护结构施工………………………………………………………………………..75结论………………………………………………………………………………………88致谢………………………………………………………………………………………89参考文献…………………………………………………………………………………90附录………………………………………………………………………………………9087 第1章绪论1.1深基坑工程的发展状况基坑工程是一个古老，并且又具有时代特征的土木工程课题。木桩围护和放坡开挖早在远古时代就已经出现。人类的土木工程活动在很大程度上促进了基坑工程的发展，特别是到了上世纪末和本世纪初，伴随着大量的高层、超高层建筑和地下工程的不断出现，对基坑工程的安全、功能等各项要求都越来越高，出现的问题也越来越多，促使岩土工程技术人员以新的思维去审视基坑工程这一古老课题，并使许多新的经验、理论的研究方法得以出现并发展成熟。在本世纪30年代时，Terzaghi等人就已经开始研究基坑工程中的相关岩土工程问题。至那以后的历史长河中，全世界各国的许许多多学者都投入了这项研究之中，并切不断地在这一领域取得非常多的丰硕的成果。然而基坑工程在我国进行广泛深入的研究则是始于80年代初，那个时候我国的改革开放方兴未艾，基础建设正如火如荼，随之而来的高层建筑不断涌现，相应地高层建筑的基础埋深则不断增加，开挖深度自然也就不断增加，对基坑工程的各项要求也就月越高。尤其是到了90年代，许多城市都在进行大规模的改造，在经济繁华的市区内进行深基坑开挖，给这一古老课题提出了的新的内容以及技术难题，那就是：如何控制并解决深基坑开挖时所引起的环境效应问题，从而进一步促进了深基坑开挖技术的研究与发展。随之产生了许多先进的设计计算方法，许多的新的施工工艺也就在工程中不断付诸实施，出现了许多技术先进的成功的工程实例。但由于基坑工程的复杂以及设计、施工的考虑不周，工程事故发生依然时有发生。任何一个工程方面的课题的研究发展都是理论与实践的密切结合，并不断互相促进，最终走向成熟的成果。基坑工程的发展则往往是出现一种新的围护结构型式，然后带动新的分析方法和计算理论的产生，并按照实践、认识、再实践、再认识的规律，不断完善从而走向成熟。早期的基坑开挖常采用放坡的形式来围护基坑的稳定，后来随着基坑的开挖深度的不断增加，放坡已经无法满足保持基坑稳定的要求，因此产生了围护开挖。迄今为止，围护型式已经发展至数十种。从基坑围护的机理来讲，基坑围护方法的最早是放坡开挖，然后出现了悬臂围护型式、内撑（或拉锚）围护型式、组合型围护型式等等。然而基坑放坡开挖则需要有非常大的施工工作面，并且开挖的土方量较大。在工程条件允许的情况下，依然是基坑围护的一种简便经济的好方法。悬臂围护型式是指没有内支撑和拉锚的围护结构，而是通过设置钢筋混凝土桩87 或钢板桩形成的围护结构。有时它也可以通过对基坑周边的土体进行改良，形成稳定的结构，例如水泥土重力式挡墙结构。内撑式（拉锚式）围护结构的发展改善了悬臂式围护结构的受力性能和变形特性，同时满足较深基坑的支档土体要求。而为了发挥围护结构材料的极限承载能力，使围护结构形式更加经济合理，并能适合各种基坑形式，发展了组合型围护型式。基坑围护结构人们最早采用的是木桩，而现在我们则经常使用地下连续墙、钢板桩、钢筋混凝土桩，以及通过地基处理等方法而采用的土钉墙、水泥土挡墙等。钢筋混凝土桩的设置方法有人工挖孔桩、沉管灌注桩、钻孔灌注桩和预制桩等。在我国，深基坑工程的主要特征以及存在的主要问题有:虽然我国地大物博，但是人口却最多，人均占有的土地都不及全世界人均占有土地的l/10。为了节约每寸土地，旧房则不断被拆除，建筑逐渐向更高空或是地下发展，许多高层建筑拔地而起。根据有关数据统计，在1980~1989年的这10年间里，我国新建的高层或是超高层建筑多达1000余幢，而在l990~1999年这l0年间里，我国新建的高层建筑或超高层建筑则超过9000幢。为解决我国土地资源紧张，其中一条重要出路就是要适当地不断发展多层和高层甚至超高层建筑，不断向空中或地下发展。中国城镇现代化建设正如火如荼，高层及超高层建筑如雨后春笋大量涌现，深基坑工程也就越来越多。同时，建筑物密集，基坑的深度极大以及地下设施周围极其复杂，使得基坑放坡开挖的这一围护方式已经再也不能满足如今的城镇现代化建设的需要。因此，深基坑的开挖与围护引起了各方面的广泛重视。特别是自90年代以后，基坑的开挖与围护问题已经成为我国土木工程界的热点问题之一。基坑工程的数量、规模快速增加，暴露了许许多多的工程问题。总的来说，目前我国基坑的开挖与围护状况具有以下的特点：a．工程地质条件越来越差：城市的现代化建设不像水电站、风电站以及核电站等设施那样，可以在非常广阔的地域中选择优越适合的建筑场地，因为为了满足城市规划的需要经常是随遇而安，因此工程地质及水文条件极差。这一现象在沿海的发达城市十分明显，像某些城市存在湿陷性黄土，软土及淤泥质土等，工程地质条件十分复杂。b．基坑周围已经建造的或正在建造的高大建筑物十分密集：大兴土木工程不仅要确保本建筑的基坑稳定安全，而且必须不能影响周围其他建筑物的安全。c．基坑深度增加：因为地皮珍贵，为了使用方便，或为了符合城市规划化规定及人防需要等，建筑投资者就必须向地下空间发展。过去，大城市建l~2层地下室也是非常少的87 ，中等城市就更加为少见。现在的大城市以及沿海城市，特别是那些经济特区，地下3~4层早已经变得非常普遍，5~6层也不少。因此，基坑深度一般都大于10m。d．基坑围护方法非常多：如人工挖孔桩、深层搅拌桩、预制桩、抗滑桩、地下连续墙、木支撑、钢支撑、拉锚、注浆、喷锚网支护法等，各种桩、墙、板、撑、管以及锚杆相互联合的组合支护法等等。e．基坑工程事故多：这类问题目前在土木工程界显得异常突出，以至于很难说哪个地区、哪个大城市已经建的基坑工程近年来从不出事故。不管地质条件比较好的地区（如北京），还是地质条件差的地区（如上海、惠州等）都或多或少的会出现一些问题。很多地区基坑工程的成功率很低，仅为1/3，很多基坑工程都出了工程事故，或多少存在毛病。这样的结果就是对国家的经济造成了巨大损失，同时还影响居民的安定生活。综合起来，目前我国的基坑工程中存在的主要问题有以下几个方面：a．基坑工程发生事故的主要原因之一就是基坑工程的设计水平较低。很多部门错误的认为深基坑开挖围护工程仅仅是施工单位的事，相关责任也应该由施工单位承担，而不需要设计资质。设计院及岩土工程单位参与太少，基坑工程围护的相关设计大多是由施工单位自己完成。由于设计人员的技术水平各不相同，计算方法、参数取值没有统一的参考规定，这就使得一些工程设计存在缺陷多、隐患大等忧患，盲目的挖掘潜在安全性能，从而导致安全储备过低，发生严重工程事故，或盲目增加安全系数造成严重浪费。b．深基坑围护技术以及施工技术有待尽快发展提高以适应当前工程的需要。目前深基坑开挖围护工程早已经发展到以大、深、复杂为特点的新时期，尤其是某些地区的工程地质条件以及部水文地质条件差，深基坑工程施工技术的改进等问题，都有待于进一步的研究。c．质量检验方面存在问题，基坑围护结构的质量检验方法也没有统一的相关规范或规定，造成基坑围护结构的质量监督和质量评价十分困难。缺乏针对基坑围护工程特点而建立的质量管理体系，检测部门资质混乱。d．深基坑工程对工程勘察有特殊要求，基坑工程勘察工作十分重要，然而许多勘察单位经常不重视对基坑环境的勘察，专门针对基坑的工程地质条件及水文地质条件的分析重视还不够，而且缺乏科学的针对各种计算参数的试验方法及取值方法，经常不符合工程现场实际情况，有些勘察单对于一些工作量大的现场试验及原位测试工作偷工减料，勘察深度和勘察点的布置也不遵循相关规范，不符合基坑工程要求，以致给设计、施工带来困难和隐患。87 e．施工现场混乱，技术水平低，并且缺乏科学管理。我国对属于岩土工程的地下施工项目，资质限制并不是很不严格。许多单位转手承包基坑支护工程，少数不具备技术条件，人力、物力等基本素质较差的施工单位，为了追求利润，经常不向相关单位征求意见就随意地修改工程设计，降低安全储备。f．监理工作的相关问题：目前深基坑工程的监理工作在人力、技术等很多方面还很不能适应工程的特殊要求，基坑工程的监理也应该作为整个土木工程监理的一个重点来对待。深基坑围护的目的与要求:a．确保基坑坑壁的稳定，保证施工安全；b．确保周边邻近建（构）筑物和管线的安全；c．必须有利于开挖以及地下室的建造；d．确保围护结构的施工方便，保证经济合理。1.2深基坑支护设计理论及计算方法研究现状支护结构强度、变形和稳定性的分析计算基本方法可总结为三类，就是土抗力法、极限平衡法和有限元分析法。（1）土抗力法土抗力法通常又被称为基床系数法或地基反力法，假定地基为弹性时，也可以称为弹性地基反力法，我国《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)推荐的方法则称为弹性支点法。土抗力法在桩受水平荷载时的分析计算中应用非常广泛。按照地基反力的各种假设，主要分为极限地基反力法、弹性地基反力法(包括线性弹性地基反力法和非线性弹性地基反力法)和复合地基反力法（p-y曲线法)三种。它们都不同程度地考虑了桩土之间的共同作用。目前使用最广泛的是假定地基反力系数为深度的线性函数的线性弹性地基反力法。基坑围护设计土抗力法的形成是在横向受荷桩分析计算方法的基础上不断研究改进发展而来的。早期由于受计算技术的局限性，将工程实际情况作了很大的简化，以便可以使用解析法求解。例如“弹性法”、“弹塑性法”和日本的“山肩邦南法”等，假定围护墙后作用的土压力是已知的主动土压力。“弹性法”假定开挖面以下的土体均处于弹性区。“弹塑性法”和“山肩邦南法”则是将开挖面以下墙前的土体分成弹性区和塑性区；伴随着计算技术的不断发展，基坑支护设计土抗力法开始可以采用数值解法求解。20世纪50年代，波尔斯(Bowles)开发了求解弹性地基梁的有限元程序，对土抗力法的发展做出87 了很大的贡献。目前，常见的土抗力法是弹性地基反力法，它的形成是建立在地基基础设计计算的弹性地基梁分析方法基础上，并且引用横向受荷桩的分析方法改进而来，即将计算宽度的围护墙作为一个垂直的地基梁，支撑则简化为与其弹性模量和截面面积相关的二力杆弹簧。基坑开挖面以下，墙前土对梁的地基反力用土弹簧来替代；而墙后荷载常用的有两种计算模拟:采用主动土压力和采用土弹簧模拟，土弹簧系数即为地基土的水平基床系数。按荷载的施加情况，求解的方法有“增量法”、“总量法”等。目前我们采用的弹性地基反力法仅仅部分地考虑了围护结构与土的线性共同作用，分析计算中所需土的物理力学参数比较单一，同时还可以有效地计入影响基坑开挖过程中基坑稳定的众多因素之中。如作用在围护墙上的土压力大小随着支撑(或锚杆)数量随开挖深度的增加而变化、预压力及支撑布置前的围护墙的位移对围护墙的内力和变形的影响等，从而可以大致模拟分步开挖时的各工况情况。同时，根据围护结构的水平位移的大小可以初步评估基坑开挖带来的环境影响。正因为这些优点，弹性地基反力法得到十分广泛的应用。但它的缺点就是没有考虑围护结构与土体的非线性共同作用，我国现行规范规定所推荐的弹性支点法对墙后基坑开挖面以上都是按主动土压力考虑，而基坑开挖面以下则按定值土压力考虑，这些都与工程实际存在着巨大的差距，仍需作进一步的研究和完善。(2)极限平衡法在基坑支护设计的发展早期，极限平衡法一就直被广泛应用，而且目前仍是我国相关设计人员最熟悉并掌握的的基坑围护设计计算方法之中的一种。因为它计算简便，设计人员可以通过手算即完成。在目前情况下，即使采用弹性地基反力法计算围护结构内力确定支护参数，但基坑的嵌固深度还是需要使用用极限平衡法才能确定；此外，采用极限平衡法计算一些“空间效应”不明显的一级基坑和地层较稳定、周围环境不复杂的二级基坑中的悬臂单支点支护结构的内力也是非常合适的。因此，在今后一段时期内，在一定范围内，极限平衡法仍然会得到应用。极限平衡法有等值梁法、静力平衡法、太沙基法等，而等值梁法和静力平衡法在我国比较受欢迎。极限平衡法假定土体达到极限状态，作用在围护墙前后的土压力分别达到被动土压力和主动土压力，然后在这个基础上再作其他的力学假设，用静定问题代替超静定问题再求解。它的缺陷就是认为围护墙的位移对土压力的变化没有影响，而且也不能反映围护结构的变形情况，特别是是对有支撑的围护结构设计采用等值梁法时，认为对支点力的计算与支点刚度系数无关，87 从而不能模拟分步开挖的各工况条件。所以，极限平衡法无论在理论上还是应用中都存在很大的局限性。（3）有限元分析法由于基坑工程的复杂性，使用常规的分析方法难以反映诸多因素的综合影响。近年来，数值力一法被采用较多，主要是使用有限单元法来分析基坑的整体特征，就是把包括地基土在内的整个基坑看作为一个空间结构体系，并考虑开挖过程中围护结构与土体共同作用、渗流、时间等因素的影响，综合分析围护结构的内力、变形和稳定性以及开挖所带来的环境影响。有限元分析法中所采用的土体的本构模型有线性弹性模型、非线性弹性模型、弹塑性模型和粘弹塑性模型等。有限元分析方法又包括二维和三维有限元两种分析方法。二维有限元分析法就是用垂直面和水平面代替空间形式的基坑结构体系，然后分别使用弹性杆系有限元分析法求解这两个平面，再将分析结果综合起来，即可得到关于基坑围护结构体系分析结果。这种方法虽然具备某些三维分析的特征，但却存在着明显的缺陷，即将水平面分析的外荷载和边界条件视为垂直面分析得到的支撑反力和支点位移，而这却并不能反映两个平面的协同工作，并且分析过程中没有考虑垂直面与水平面各构件刚度的匹配。三维有限元分析，取一定范围内为求解域，土体和围护墙一般采用六面体八节点等单元；空间接触单元则取由四根线段组成的固体单元；支撑构件取为空间杆单元，对基坑空间结构体系进行整体分析求解。有限元分析方法可以更加充分地考虑多种因素的影响，国内外学者近年来在整体计算模型选择、边界条件和排水条件及施工过程模拟、本构模型和土的物理力学参数确定等方面进行了大量的研究。但由于存在着土体模型和土的物理力学参数很难准确确定，边界条件又难模拟，并且计算工作量大、成本高。因此就目前的条件来看，直接采用有限元分析法计算还是与一般工程设计的实用性之间存在着相当大的距离，它现在还只能是用于某些重要工程的辅助设计。总之，上述的基坑围护结构设计分析与计算基本方法中，弹性地基反力法的力学模型直观，更加逼真、符合实际，并可以采用弹性杆系有限元来求解，其应用越来越广泛，但仍然需要作进一步研究和改进。极限平衡法是相对简单的，并且易于手算，但因很多因素被忽略，计算的结果仍然不够理想，常常不能满足工程设计的要求，因此极限平衡法的应用已经越来越少；有限元分析法在理论上比较完善，但由于前述困难，目前难以在实际中应用。87 1.3深基坑工程支护结构的设计原则1）安全可靠性原则：必须满足支护结构本身的强度、变形及稳定性的要求，确保周边环境的安全。2）经济合理性原则：在支护结构安全可靠性原则下，还需要从工期、设备、人工、环境、材料等方面综合考虑，以确定该方案具有明显技术和经济效果；3）施工便利并保证工期：在安全可靠、经济合理的原则下，最大限度地缩短工期，同时保证施工方便。1.4深基坑工程中存在的主要问题20多年来，我国已成功地设计和建造了大量的技术先进并且经济合理的深基坑工程，但是由于深基坑工程问题的复杂性、条件的有限，在设计与施工深基坑工程中仍然会出现许多问题，主要存在如下四个方面的问题:①对围护结构的受力状态不是很清楚了；②计算过于简化，与实际情况相差太大；③对于一些新的支护型式的计算理论总是滞后于工程实践；④施工时有很大程度的随意性和盲目性。1.5深基坑工程支护技术的发展趋势1）深基坑支护结构方案优化：深基坑支护结构的设计与施工是不同于上部结构的设计与施工的，地基土的类别、地下水位、土的物理力学性质及周围环境都是直接影响支护结构的选型的主要因素。支护结构型式选择合理就能够做到安全可靠、经济合理、施工顺利，并且还能缩短工期。可见支护结构型式的优化选择是深基坑支护技术发展的必然趋势。2）施工工艺上的发展趋势：①喷射混凝土技术将会得到更加充分的运用与发展，并且湿式喷射混凝土法将会逐步代替干式喷射混凝土法。②基坑将越大、越深，周围环境越复杂，这就使得新型支撑体系能够得到推广运用。③对支撑施加预应力，改善支撑受力形式。④信息化监测与动态施工：为了保护环境，减少环境效应，从而加强监测，现在已经应用了计算机监测，可以为施工过程中支护体系的受力状态、变形及稳定性分析提供数据。87 第2章基坑支护的主要内容和方法2.1基坑支护的内容和特点2.1.1基坑支护的主要内容和功能基坑支护是指建（构）筑物的地下部分在施工时需要开挖基坑，为了保证基坑稳定需要进行基坑周边的围挡，同时还要对基坑周围的建筑物、道路以及地下管线进行监测和围护，确保施工正常、安全的一项综合性土木工程，基坑支护的内容主要包括勘探、设计、施工、环境监测和信息反馈等工程内容。基坑工程几乎涉及了所有的土木工程领域，如建筑、市政、地下工程、路桥、水利、港口以及近海工程等工程领域。基坑支护是建筑地下基础部分施工中极具变化的领域。土木工程界早已经意识到基坑支护是一项具有风险的工程，同时又是一门综合性很强的新型科学，它对整个建筑来说十分重要。这门学科涉及到结构力学、工程地质、基础工程、土力学、原位测试技术、施工技术、土体与围护结构相互作用以及岩土工程等多门学科问题。基坑支护把部分都是临时工程，但却又起着十分重要的作用。影响基坑工程的因素非常多，例如地质条件、地下水情况、施工工序及管理、场地周围环境、天气变化、具体工程要求等多种因素，因此我们可以说它又是一个综合性非常强的系统工程。基坑支护工程作为土木工程中的一个重要组成部分，人们的对它的关注和重视也越来越多：一方面是高层建筑的出现，基坑的开挖深度也就越来越深，施工技术难度也随之增大；另一方面是基坑支护的事故经常发生，尤其是一些严重的深基坑支护的事故，损失惨重。总体来看，基坑支护技术必须要考虑如下三个方面：(1)确保基坑周围的边坡的稳定性，同时还要满足地下室施工的工作空间需求，即基坑支护体系不仅要起到稳定土体的作用，还要保证一定的施工工作面。(2)确保基坑邻近的建筑物、构筑物和地下管线的安全，不因施工而破坏，即控制基坑施工过程中土体的变形，将基坑四周地面的沉降以及水平位移都控制在容许的范围内。(3)确保基坑支护的施工工作面必须在地下水位以上，即通过排水、截水和降水等系统措施，满足施工工作面的要求。因此，基坑支护结构也应该与其他建筑的设计一样，要求在规定的时间内以及特定的条件下完成各项预定的功能，包括如下两个方面：87 (1)不得超过支护结构承载能力的极限状态，必须满足规定的材料强度和稳定性要求，即承载能力极限状态。基坑工程的承载能力极限状态应该包括以下几个方面：基坑失稳，即基坑发生稳定性破环；支撑系统失败；挡土结构破坏。(2)而基坑工程在正常使用状态下应满足规定的变形和耐久性要求，即正常使用极限状态。基坑变形应该不能影响相邻建筑、管线、地下工程施工、及道路的正常使用。出现下列状态之一时即可以认为超过了正常使用极限状态：影响基坑正常使用的变形过大；影响基坑正常使用的耐久性局部破坏（如裂缝）。基坑支护系统的设计与施工不仅要保证整个围护结构在施工过程中的安全可靠，而且还要控制支护结构和周围土体的变形，以确保周围环境的安全，减少环境效应。在满足安全可靠的前提下，设计既要满足强度、变形和稳定性要求，又能够满足经济和技术的要求，这样就可以做到节约造价、施工方便和工期缩短。若想要提高基坑支护工程的设计与施工技术水平，就必须选择正确的计算方法、计算模型和岩土体的力学参数，选择合理的支护结构体系，丰富的设计和施工经验也是必不可少。2.1.2基坑支护的主要特点基坑支护工程还是一个理论还不完全成熟的工程领域，其主要的特点有以下几个方面：（1）高风险当支护结构仅仅是作为建筑地下主体工程安全施工所必需的临时措施时，它的工作时间一般不会不长（不超过两年），设计的安全储备系数相对来说较小，另外由于岩土的物理力学性质、荷载以及环境的变化和不确定性，使支护结构存在着一定风险。（2）强区域性岩土工程一般都区域性强，而基坑支护工程则具有更强的区域性。不同地区岩土力学性质各不相同，即使是在同一地区的岩土性质也有千差万别。因此，基坑支护设计与施工应因地制宜，本地情况及经验相当重要，不能简单照搬。（3）强综合性基坑支护是岩土工程、工程地质、结构工程以及施工技术相互结合的一门学科，同时基坑支护工程又涉及到土力学中的渗流、稳定和变形三个课题，影响基坑支护稳定的因素也就非常多，所以要求基坑支护的设计者，必需具备一定的资质和综合专业知识。（4）不成熟的理论87 尽管现在的深基坑支护技术已经取得了丰硕的成果，但是在理论上，仍属于有待继续发展的综合技术学科。目前基坑支护理论的研究还很不够完善，工程实测资料也很少让人满意。因此还没有足够的条件能够像建筑结构设计那样通过对材料性能、荷载作用及结构效应等多方面的综合分析得出结构可靠性的概率指标。（5）存在不确定性作用因素①外力的不确定性。作用在支护结构上的外部荷载往往随着环境条件、施工步骤和施工方法等因素的变化而改变。②岩土性质的不确定性。地基土的非均匀性和地基土的特性不是恒定不变的，在基坑的不同部位、不同施工阶段岩土性质都会发生变化，地基土对支护结构的作用也会随之而变化。由于存在上述的不确定性以及支护理论上的不成熟等因素，很难对基坑工程的设计与施工定出一套标准模式，而目前我们也只能采用理论计算与地区经验相结合的半经验半理论的设计方法，从某种意义上说，在工程中成功的经验往往显得更为重要。2.2基坑支护方法概述深基坑的支护方法种类很多，各种支护结构的施工工艺也各不相同，实际具体工程中采用何种支护方法还必须结合基坑开挖深度、岩土性质、基坑周围场地情况及施工条件等因素综合考虑确定。规程JGJ120-99中介绍了几种支护结构，并切还给出了各种支护结构包含的基坑侧壁安全等级，开挖深度及地下水情况的适用条件，具体见表2.1。表2.1支护结构选型表结构型式适用条件排桩或地下连续墙1.适用基坑侧壁安全等级一、二、三级2.悬臂式结构在软土场地中不宜大于3.当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加载水帷幕或地下连续墙水泥土墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级2.水泥土桩施工范围内地基承载力不宜大于3.坑深度不宜大于87 续表2.1土钉墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地2.基坑深度不宜大于3.当地下水位高于基坑底面时，应采用降水或截水措施逆作拱墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级2.淤泥或淤泥质土场地不宜采用3..拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/84.基坑深度不宜大于5.地下水位高于基坑底面时，宜采用降水或截水措施放坡1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级2.施工场地应满足放坡要求3.可独立或与上述其他结构结合使用4.当地下水位高于坡脚时，应采用降水措施支护结构可按上表选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙、土钉墙、放坡或采用上述型式的组合型式，同时还应该考虑结构的受力特点和空间效应，选择有利于支护结构材料受力性状的支护型式。对于软土场地通常可采用深层搅拌、注浆、间隔或全部加固等方法对局部或整个基坑底土进行加固，或采用降水措施提高基坑内侧被动抗力。2.2.1排桩或地下连续墙支护结构排桩包括钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩以及人工挖孔桩等；支护形式主要包括：①列式排桩支护:：适用边坡土质较好、地下水位较低的基坑，可利用土拱作用，采用稀疏的钻孔灌注桩或挖孔桩作为支护结构；②续排桩支护:：在软土中通常是不能形成土拱的，支护桩则应该采用连续密排，并在桩间做树根桩或注浆防水，或者采用钢板桩、钢筋混凝土板桩密排。③组合式排桩支护：在地下水位较高的软土地区，可以采用钻孔灌注桩排桩与水泥搅拌桩防渗墙组合的支护形式。对于开挖深度小于6米的基坑，当无法采用重力式深层搅拌桩，这个时候可采用600mm密排钻孔桩，桩后则使用用树根桩防护，或者87 也可采用打入预制混凝土板桩或钢板桩的方法，然后再在板桩后注浆或加搅拌桩防渗，顶部设圈梁和支撑；对于开挖深度为6～10米的基坑，通常常采用桩径为800～1000mm的钻孔桩，后面加深层搅拌桩或注浆防水，并设置2～3道支撑，对于开挖深度大于10米的基坑，则可采用地下连续墙加内撑的方法，也可采用800～1000mm大直径钻孔桩加深层搅拌桩防水，设置多道支撑。地下连续墙围护呈封闭状态，在基坑开挖后，支上内支撑或是锚杆，就能够起到挡土围护的作用，并且该围护结构使深基坑工程的施工更加方便。尤其是今天的地下连续墙已经发展到既是基坑施工时的封闭的挡土围护结构，又可以作为拟建工程主体结构的侧墙，即两墙并作一墙。地下连续墙，按照不同的施工材料，可以分为钢筋混凝土连续墙和水泥土地下连续墙。其施工工艺具有如下优点：（1）地下连续墙的墙段刚度较大，整体性好，因而围护结构和地基的变形都比较小，既可用作于超深基坑的围护结构，也可用于地下主体结构的侧墙；（2）该围护方式使用各种地质条件。一般遇到砂卵石地层时，当围护结构进入风化岩层时，钢板桩难以施工，这时却可以采用放入成槽机构施工的地下连续墙结构；（3）能够降低工程施工时所带来的环境影响。施工时振动少，噪声低，对周围邻近的建筑物、构筑物和地下管线影响较小，比较容易控制沉降和变形；（4）施工时可进行逆筑法施工，不仅有利于加快施工进度，同时还可以降低造价。地下连续墙整体刚度大、防渗性能好，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种底层条件和复杂的施工环境，特别是是基坑底面以下有深层软粘土，承载力不够，嵌固深度很大的情况下。但是地下连续墙的造价要高于钻孔灌注桩和深层搅拌桩的造价，因此必须结合基坑开挖深度，土质情况和周围环境情况的因素，通过技术经济对比方案认为经济合理才可采用。通常来说，当在软土层中场地条件的基坑开挖深度大于10米，周围建筑物对沉降与位移要求较高。当围护结构用作主体结构的一部分，或采用逆筑法施工时，可采用地下连续墙。2.2.2水泥土墙支护水泥土墙（cement-soilwall）是指由水泥土桩相互重叠搭接形成的壁状、栅格状或拱状等形式的重力式围护结构，利用墙体自重及嵌入基坑底面下的嵌固深度对基坑侧壁土体进行支护。既可单独作为一种支护方式使用，，也可在受到某些条件限制时与混凝土灌注桩、预制桩、钢板桩等相结合，形成组合式支护结构，同时还可作为其他支护方式的止水帷幕。87 水泥土墙主要的组成构件是：水泥与土桩。水泥土桩有两种，它们分别是采用水泥土搅拌法（cementdeepmixing）形成的搅拌桩和高压喷射注浆法（jetgrouting）形成的旋喷桩。由于造价问题，在基坑支护结构中，通常较多地采用搅拌桩，只有在遇到搅拌桩难以施工的地层时才使用旋喷桩。水泥土墙与其他支护方式相比，具有如下优点：（1）施工时没有振动、噪声、泥浆废水污染，对环境影响小；（2）施工操作方便，成桩工期短，且造价较低；（3）基坑开挖不需要支撑拉锚，坑外也不需要井点降水；（4）隔水防渗性能良好，基坑内外允许有水位差；（5）基坑内空间宽敞且干燥整洁，有利于文明施工和安全生产，且方便后期结构施工；（6）基坑周围的地基变形小，对相邻建筑物和地下设施影响小；（7）挡墙顶面允许设置路面行驶施工车辆，而路面结构又可增加挡墙刚度；（8）同一墙体可设计成变截面、变强度、变深度；（9）能够缩短总体工期；（10）可就近利用粉煤灰等工业废料作为固化剂的外渗剂。2.2.3土钉支护土钉支护是近几年来发展起来的一种新型支护结构，用于基坑开挖和边坡稳定。它是由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层组成的类似于重力式挡墙的挡土结构，并且以此来抵抗围护墙后传来的土压力和其他外力荷载，从而达到开挖基坑时基坑稳定或边坡稳定。土钉支护一般是通过钻孔，插筋，注浆来设置的，但是有时也可以通过直接地打入较粗的钢筋或型钢形成土钉。土钉主要分为钻孔注浆土钉和打入式土钉两类。钻孔注浆土钉是目前工程中最常用的土钉类型。打入式土钉的优点是不需要预先钻孔，施工速度快。与其他支护结构相比，土钉支护的优点主要体现在：（1）能够合理的利用土体的自身承载能力，将土体作为支护结构不可分割的一部分；（2）结构轻、柔性大，并且有良好的抗震性能和良好的延性；（3）施工设备比较简单，并不需要大型的机械器具和复杂的施工工艺；（4）施工方便快速，不需单独占用场地；87 （5）工程造价低，土钉支护工程造价比其他支护形式的工程造价一般至少低1/3～1/2左右。土钉支护的缺点以及局限性主要就是基坑的变形较大。由于土钉支护是一种被动支护形式，只有土体发生变形时才会使土钉受力，因此基坑的变形相对较大。土钉支护不适用于对基坑变形有严格要求的基坑支护工程，采用土钉支护的基坑深度也不宜太大。土钉支护主要是适用于地下水位以上，或者是经过人工降水后的人工填土，以及粘性土和弱胶结砂土。土钉在无胶结砂层，砂砾卵石层和淤泥质土中成孔困难，因此在该类土层条件下不宜采用土钉支护。通过众多工程经验来看，土钉支护的基坑破坏一般都是由于水的作用，水侵蚀土体，使土体产生软化，引起整体或局部破坏。因此规定采用土钉支护的工程必须做好降水，并且它不能用来作为挡水结构。2.2.4逆作拱墙支护逆作拱墙是众多基坑支护结构中的一种，根据基坑的平面形状，通常采用全封闭拱墙，包括抛物线拱、圆拱、椭圆拱，有时也可以采用以上各拱墙与其他支护形式的组合支护形式，而在施工时常采用逆作法或半逆作法，因此将这种基坑支护结构称为逆作拱墙。逆作拱墙适用于黏性土、砂土和软土地区，不适用于饱和软土及淤泥质土。基坑开挖深度不宜大于。逆作拱墙具有优点如下：（1）结构受力合理：由于逆作拱墙其拱式结构的工作原理，能将垂直于拱截面的水平土压力产生的弯曲拉力转化为沿拱轴线截面方向的轴向压力，使拱墙本身的竖向截面只受压力而不受弯。同时土体也起土拱作用，相应地也会减少一定的土压力。（2）结构安全可靠：由于拱的内力主要受轴向压力作用，弯矩比较小，这样就能充分发挥混凝土抗压强度高的特性。而拱在垂直方向上是分层地自上而下施工，因此土压力也是分层地作用在各道拱圈上。（3）施工方便：拱的施工非常方便，可与挖土同步交叉进行，单独占用的工期很少，施工像做混凝土地梁一样方便，故施工速度快。（4）造价较低：由于截面主要承受压力，弯矩小，能充分发挥混凝土材料受压强度高的特性，可节约大量钢材。同时由于没有嵌固深度要求，而需要设置的支撑也不需要在全高度上都设置，仅需设置在基坑开挖深度的中间段。87 2.2.5内支撑支护表2.2钢支撑和现浇钢筋混凝土支撑的优缺点材料优点缺点钢结构支撑自重小，安装和拆除方便，可重复使用，可随挖随撑，能很好地控制基坑变形，一般情况下可优先考虑采用钢支撑。安装节点比较多，当构造不合理或施工不当时，很容易造成节点变形而导致基坑过大的水平位移，施工技术水平要求高。混凝土结构支撑具有较大的平面刚度，适用于各种复杂平面形状的基坑，现浇节点不会产生松动而增加基坑的变形，施工技术水平要求较低。自重大，材料不能重复利用，安装和拆除需要较长工期，不能做到随挖随撑，对控制变形不利，当采用爆破拆除支撑时会出现噪声、振动等危害。内支撑的最大缺陷就是占据基坑内的空间，造成挖土和主体结构施工困难，干扰施工进度并影响工期；随着主体结构的施工进展，在由下至上逐步拆除支撑时，还有可能进一步增加周围土层的位移。此外，环境温度变化也会对支撑的内力产生很大的影响，比如20m宽的基坑若环境温度降低10ºC，支撑将缩短25mm，这就促使基坑变形增加；而温度升高后，这一变形却又不能完全恢复，相反会使支撑内力增加许多，所以在高温下有时对内支撑采取冷却措施。当存在下列条件时，可优先考虑选择使用内支撑支护结构：（1）相邻场地有地下建筑物，并且不宜选用锚杆支护结构；（2）为保护场地周边建筑物，基坑支护不允许有较大的内倾变形；（3）场地土质条件较差，并且对支护结构又有严格要求时。87 第3章深基坑设计计算理论深基坑计算理论有很多种，在此以古典的桩板计算理论为例做一个介绍。即在土压力已知的情况下不考虑桩体的变形，用静力平衡法来计算求解桩身的弯矩和剪力，从而运用结构设计原理的知识对桩进行配筋计算以确定支护结构的支护参数。3.1土压力计算3.1.1静止土压力静止土压力是指当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土体作用于墙背的侧向压力。根据弹性半无限体的应力和变形理论，z深度处的静止土压力为(3-1)式中，——土的重度；——静止土压力系数，可由泊松比来确定，。由式（3-1）可知，在均质土中，静止土压力与计算深度呈三角形分布，对于高度为的挡墙而言，取单位墙长，则作用在墙上静止土压力的合力值为(3-2)式中，——静止土压力，，方向水平，作用点在距墙底高度处。悬壁桩在土压力和地下水压力下的计算土如下图所示:87 图3.1土压力及水压力计算图3.1.2填土面水平时的朗肯土压力朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土单元体的极限平衡条件而得出的土压力古典理论之一。朗肯土压力理论假设以墙背光滑、直立、填土面水平的挡土墙代替半空间左边的土，则墙背与土的接触面上满足剪应力为零的边界应力条件以产生主动或被动朗肯状态的边界变形条件，由此推导出主动、被动土压力计算的理论。3.1.2.1主动土压力主动土压力是指当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力。当墙后填土达到主动极限平衡状态时，作用于任一z度处土单元的竖直应力应是大主应力，而作用于墙背的水平向土压力应是小主应力。由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大主应力和小主应力间应满足以下关系式：黏性土(3-3)或(3-4)87 无黏性土(3-5)或(3-6)以，代入式（3-4）和（3-6），即得朗肯主动土压力计算公式为：黏性土(3-7)或(3-8)无黏性土(3-9)或(3-10)上面各式中——主动土压力系数，；——墙后填土的重度（），地下水位以下取有效重度；——填土的黏聚力（)；——填土的内摩擦角；——计算点距填土面的深度，。由式（3-10）可知：无黏性土的主动土压力强度与深度成正比，沿墙高压力分布为三角形，作用在墙背上的主动土压力的合力即为分布图型的面积，其作用点位置在分布图型的形心处，土压力方向为水平，即(3-11)或(3-12)3.1.2.2被动土压力被动土压力是指当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力。当墙在外力作用下挤压土体时，填土中任一点的竖向应力仍不变，而水平向应力却由小到大逐渐增大，直至出现被动朗肯状态。此时，作用在墙面上的水平向应力达到最大限值，即大主应力，而竖向应力为小主应力，即。利用（3-3）和（3-5）87 可得被动土压力强度计算公式：黏性土(3-13)无黏性土(3-14)式中—被动土压力系数，。其余符号同前。由上面两式可知，黏性土的被动土压力随墙高呈上小下大的梯形分布。单位墙长被动土压力合力为：黏性土(3-15)无黏性土(3-16)以上介绍的朗肯土压力理论计算公式简单，使用方便。但由于在推导过程中的条件假定和简化，使该理论使用范围受限。此外，由于朗肯理论忽略了墙背和填土之间的摩擦作用，从而使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小。3.2地下连续墙止水帷幕地下连续墙开挖技术起源于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥浆和水下浇注混凝土的方法而发展起来的，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥浆地下连续墙施工，20世纪50~60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基坑施工中有效的技术。由于目前挖槽机械发展很快，与之相适应的挖槽工法层出不穷；有不少新的工法已经不再使用膨润土泥浆；墙体材料已经由过去以混凝土为主而向多样化发展；不再单纯用于防渗或挡土支护，越来越多地作为建筑物的基础，所以很难给地下连续墙一个确切的定义。一般地下连续墙可以定义为：利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。3.2.1地下连续墙的分类1.按成墙方式可分为：①桩排式；②槽板式；③组合式。　　2.按墙的用途可分为：①防渗墙；②临时挡土墙；③永久挡土（承重）墙；④作为基础用的地下连续墙。　　3.按强体材料可87 分为：①钢筋混凝土墙；②塑性混凝土墙；③固化灰浆墙；④自硬泥浆墙；⑤预制墙；⑥泥浆槽墙（回填砾石、粘土和水泥三合土）；⑦后张预应力地下连续墙；⑧钢制地下连续墙。　4.按开挖情况可分为：①地下连续墙（开挖）；②地下防渗墙（不开挖）。目前，地下连续墙在城市地下工程的施工设计中已经成为了一个重要的方法，尤其是在城市地铁这个领域也越来越受到人们的重视，它在地铁施工中的防水作用越来越明显。3.2.2地下连续墙的优点地下连续墙之所以能得到如此广泛的应用和其具有的优点是分不开的，地下连续墙具有以下一些优点：1.施工时振动小，噪音低，非常适于在城市施工。　　2.墙体刚度大，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉降或塌方事故，已经成为深基坑支护工程中必不可少的挡土结构。　　3.防渗性能好，由于墙体接头形式和施工方法的改进，使地下连续墙几乎不透水。　　4.可以贴近施工。由于具有上述几项优点，使我们可以紧贴原有建筑物建造地下连续墙。　　5.可用于逆做法施工。地下连续墙刚度大，易于设置埋设件，很适合于逆做法施工。　　6.适用于多种地基条件。地下连续墙对地基的适用范围很广，从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层，各种软岩和硬岩等所有的地基都可以建造地下连续墙。　　7.可用作刚性基础。目前地下连续墙不再单纯作为防渗防水、深基坑维护墙，而且越来越多地用地下连续墙代替桩基础、沉井或沉箱基础，承受更大荷载。　8.用地下连续墙作为土坝、尾矿坝和水闸等水工建筑物的垂直防渗结构，是非常安全和经济的。　　9.占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，充分发挥投资效益。　　10.工效高、工期短、质量可靠、经济效益高。3.2.3地下工程中地下连续墙止水帷幕的应用在地下工程中用地下连续墙作为止水帷幕，不仅可以起到止水的效果，还能充分发挥地下连续墙的支护效果，可以减小挖孔桩在基坑支护方面所承担的力。地下连续墙一般采用成槽机开挖方法，用防水混凝土浇筑，能有效地解决深基坑防水方面的问题，在地下工程尤其是地铁车站施工中越来越受到人们的重视，用地下连续墙作为止水方案的工程也越来越多。3.3排桩设计87 地铁深基坑设计中悬臂桩主要依靠基坑内横撑所提供的水平抗力平衡桩墙所受的水平荷载。下面用一个简单的模型分析一下。图3.2悬臂桩内力计算分析3.3.1嵌固深度计算3.3.1.1单层支点支护结构支点力与嵌固深度设计值计算对于单层支点支护结构，其结构的平衡依靠支点及嵌固深度两者共同保持，必须具有足够的嵌固深度以形成一定的反力保证结构的稳定，此时，可采用等值梁法确定计算支点力的大小，然后根据抗倾覆稳定条件计算嵌固深度设计值。计算表明，按等值梁法确定的嵌固深度满足整体稳定和抗隆起要求。等值梁法计算的关键是明确反弯点的位置，即弯矩为零的位置。按静力平衡，支点力按下式计算：(3-17)式中——设定弯矩零点位置以上基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和；87 ——合力作用点至设定弯矩零点的距离；——设定弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平荷载标准值的合力之和；——合力作用点至设定弯矩零点的距离；——支点至基坑底面的距离；——基坑底面至设定弯矩零点位置的距离。根据抗倾覆稳定条件，并令安全系数为，考虑基坑重要性系数，嵌固深度设计值应满足式（3-18）：(3-18)3.3.1.2嵌固深度构造要求及抗渗稳定条件当按上述方法确定的悬臂式及单支点支护结构嵌固深度设计值得时，宜取；多层支点支护结构嵌固深度设计值小于，宜取。3.3.2桩内力计算排桩支护结构的计算主要包括结构内力（弯矩和剪力）计算和支点力计算以及设计值得确定。单层支点支护结构支点力的计算按等值梁方法计算.弯矩与剪力的计算则应按静力平衡条件计算。假设结构某截面满足以下条件：(3-19)则该截面上的剪力即为最大剪力：(3-20)假设某截面满足以下条件：(3-21)则该截面上的弯矩即为最大弯矩：(3-22)87 计算得到截面最大弯矩和最大剪力的计算值后，按下式计算支点力设计值、弯矩设计值和剪力设计值：(3-23)(3-24)(3-25)3.4降水设计3.4.1管井降水一般计算方法管井降水采用JGJ/T111一98《建筑与市政降水工程技术规范》中的公式计算。3.4.1.1降水深度基坑中心降水深度计算公式：(3-26)式中：——基坑的深度；——地下水位离地表的深度；——要求降水至基底以下深度。基坑边降水深度为：(3-27)式中：——基坑的宽度；——基坑降水曲线坡降。管井长度为：(3-28)式中：——过滤器长度。3.4.1.2基坑涌水量基坑涌水量可用下面计算公式计算：87 (3-29)式中：——降水井端岩层的渗透系数；——承压水含水层厚度；——降水井影响半径；——基坑等效半径，一般取，A为基坑面积。设计基坑涌水量为：(3-30)3.4.1.3管井出水量管井出水量为(3-31)式中：—与渗透系数有关的经验系数，一般取。3.4.1.4管井数量计算管井数量可用以下公式计算：(3-32)3.4.2辅助降水由于地下工程的施工环境和施工条件的复杂性，施工降水的方案应在施工工程中不断的调整完善。此外还应采用轻型井点，碎石渗水盲沟明排封井等辅助降水措施，基坑开挖中如果局部不满足降深要求，可在该部位补打管井或增设轻型井点。3.5施工监测为确保基坑开挖安全，确保基坑工程施工中周边环境的安全，有效监控基坑工程施工中基坑侧壁岩土体、支护结构以及基坑周边环境的盈利、应变情况，对基坑开挖必须进行全过程监控。施工中全过程采取信息化施工，用监控量测反馈信息指导施工的各道工序，是施工数字化，科学化。87 基坑工程施工监测应综合考虑基坑设计的形式与特点、工程所处的岩土条件、邻近建筑物性状、周边环境条件、基坑施工条件与工期等诸多因素，因地制宜、科学合理地精心编制与实施监测方案。3.5.1基坑监测工作的基本原则基坑监测的基本原则：（1）基坑监测应由委托方委托具备相应资质（同时具备工程勘察和工程测量资质）的第三方承担；（2）基坑设计单位以及相关单位应提出监测技术要求；（3）监测方应在监测前收集各类相关资料结合现场踏勘情况，按照委托方和相关单位的要求以及规范规定编制出监测方案；（4）监测方案经委托方及相关单位认可后方能实施。基坑监测应达到的目的：（1）对基坑支护体系和周边环境进行有效的安全监护；（2）及时反馈信息，实现信息化施工；（3）根据监测资料反演与验证有关设计参数。3.5.2基坑监测的主要内容1.由于车站周边建筑物密集，在围护过程中必须定期对周围邻近建（构）筑物进行基础沉降、变形、裂缝等全方位的监测。若沉降、变形、裂缝等数值超过有关规定限值，应立即停止施工，并通知有关单位人员进行研究，采取注浆加固等有效处理措施。在车站施工中，要求从基坑降水、围护桩成孔施工，以及基坑开挖三个环节上严格控制地面沉降和围护侧移，在通过合理的监测手段和信息化管理，必要时辅以局部加固措施，从而达到环境保护的目的。对邻近基坑的建筑物，应加强施工前、中、后的各项监测工作，如有必要可对其地基进行加固，如注浆措施。2.在围护施工过程中，对邻近地下管线进行监测，应满足各管线权属单位要求的允许值，如监测发现有超过规定允许值时，应立即停止施工，并通知有关单位，采取相应的处理措施。3.在施工过程中对周围邻近道路的沉陷等进行监测。如发现开裂、沉陷情况，应立即停止施工，并通知有关单位人员进行研究、处理。87 数据处理分析地面监测小组分析地质情况制定监测计划量测参数确定工程施工量测地下监测小组施工参数调整施工状态评价稳定性判别施工是否继续结束业主监理否是是图3.3监测施工组织流程图4.在围护桩施工过程中和基坑开挖时应对地下水位的变化应进行测量。5.87 基坑开挖时应对桩身位移、钢支撑轴力和变形进行监测，如监测发现有超过规定允许值时，应立即停止施工，并通知有关单位，采取相应的处理措施，做到信息化施工。6.当基坑变形值突变时或指标超限时，应立即停止基坑开挖作业并即时通知监理工程师及设计工程师，提供所有资料给有关人员或部门，认真仔细分析与查找原因，提出对策，采取可靠措施后方可施工。以下提供主要的安全预案措施供参考，各项措施应根据需要选用。（1）施工单位应有基坑开挖应急预案，基坑开挖期间应配备必要的设备及材料，例如挖机、注浆机、水泵、砂包、水泥、速凝剂及钢管等；（2）应备一定数量的抢险人员，指挥人员应在现场值班；（3）围护结构水平位移过大：在基坑内墙（桩）前堆满砂石袋，坑顶注浆或设多排树根桩，增设内支撑，在坑底墙（桩）前打设多排旋喷桩加固被动区。（4）钢支撑轴力过大：增设内支撑或打设锚杆。（5）地表沉降过大：如属于水土流失原因则可在基坑围护桩外注浆隔水，同时采取回灌措施；如属围护结构刚度不足，则对围护结构系统进行补强，方法同上。（6）管线沉降位移过大：采用控制地表沉降和围护结构水平位移的措施，在管线的一侧或两侧设树根排桩架等形式对管线进行支托。（7）应对发现的裂缝即时进行封堵，防止有地表水渗入土层内。7.基坑开挖应严格按照规定的施工步序施工，严禁多开挖少设撑、不及时架撑、提早拆撑。8.委托的第三方监测应按规范进行，监理方进行旁站，确保监测数据真是有效，遇有特殊情况，如连降暴雨、地下水管破裂等，应加密监控量测频率，必要时增加量测内容。9.监测量测局部测点平面布置示意图如下图所示。87 图3.4施工监测平面布置示意图3.5.3基坑监测过程的基本要求基坑监测方法的选择应根据工程监测等级、现场条件、设计对参数的要求、地区经验和测试方法的适用性等因素综合确定。基坑变形监测系统宜由基点、工作基点和监测点3部分构成。基点设置应符合下列要求：（1）在施工前埋设，并经观测确定其稳定后，方可投入使用；（2）在施工场地影响范围外设置，不宜少于个；（3）监测期间，应定期联测，检查其稳定性；（4）整个施工期间，应采取有效措施，确保其能正常使用。同一工程的监测，宜固定观测人员和仪器，并应采用相同的观察方法和观测路线进行施测。87 第4章西安地铁大差市站基坑围护设计4.1大差市站工程概况及设计资料4.1.1概述大差市车站位于东大街与解放路十字的南北方向的解放路、和平路现状道路上，东北部为西安市第四医院的门诊、住院区的部分多层建筑物；东南角为阿房宫凯悦大酒店；西北侧为很多连体的砖混2～3层的居民住宅；西南侧为正在建设的万达广场、已建的和平银座大厦、金鼎大厦、碑林区东羊市小学。根据总体单位2011年6月27日下发的线路总图，该四号线车站起点里程YAK15+239.066，中点里程YAK15+598.500，终点里程YAK15+776.025，车站全长约537.0m，宽约23.1m，底板埋深设计16.87m；西北部设风亭与主体埋深相同，北侧和南侧共设三个出入口，其横通道埋深约10m，拟采用明挖法施工。该车站与6号线换乘，6号线的车站位于大差市十字的东西方向，长度约205m，宽度约23m,底板埋深设计17.07m。在车站的西南侧四、六号线车站之间设渡线，位于正在建设的万达新天地广场地下室，其出入口均已预留，车站具体位置见图4.1。87 图4.1大差市车站位置示意图4.1.2本区地质情况概要及不良地层概况根据大差市站地质详勘资料，大差市站地质情况为：（1）根据钻孔和探井揭露，拟建工程场地在勘探深度40.0m范围内的地层主要为第四系堆积物，即由全新统人工填土（Q4ml）、上更新统风积（Q3eol）新黄土、残积古土壤（Q3el）、洪积（Q3pl）粉质黏土，中更新统风积（Q2eol）老黄土、残积古土壤（Q2el）、湖积（Q2l）粉质黏土夹薄层中砂组成。按照勘察大纲的要求对地铁四号线全线地层进行统一编号，其中3-1和3-2进行了亚层划分，3-1-1为新黄土（水上），3-1-2为新黄土（水下），3-2-2为古土壤（水下）。从上到下各层综合描述见表4.1。表4.1地层综合描述表土层编号土层名称范围值(m)岩性描述层厚层底深度层底高程颜色状态密实度包含物及其它特征1-1杂填土Q4ml0.30～9.000.30～9.00398.18～407.49浅褐色/中密上部为混凝土或沥青路面，下部以黏性土夹大量灰渣、砖屑等组成，结构杂乱，岩性不均。特别是XZS2-1#及XZS2-16#钻孔附近可能有渗井或古墓等。87 1-2素填土Q4ml0.80～5.701.80～6.80399.90～405.58深褐色可塑稍密上部以路基垫层为主，下部以黏性土夹少量灰渣、砖屑等组成，局部由于管线埋深较大而填土深度较大，含水量较大，岩性不均。3-1-1新黄土Q3eol2.10～8.505.50～11.60394.58～402.00褐黄色可塑/孔隙发育，含蜗牛碎壳、云母片、钙质网膜等，上部具湿陷性。压缩系数平均值a=0.35MPa-1，属中压缩性土，IL=0.54。标贯击数平均值为5击。3-1-2新黄土Q3eol1.20～6.008.80～11.90394.30～399.70褐黄色软塑/孔隙发育，含蜗牛碎壳、云母片、钙质网膜等。压缩系数平均值a=0.35MPa-1，属中压缩性土，IL=0.88。标贯击数平均值为4击。3-2-2古土壤Q3el2.90～4.7012.70～16.30390.25～395.80褐红色可塑/针状孔隙发育，具团粒结构，含大量钙质网膜、蜗牛碎壳、云母片、钙质结核等，核径一般0.5~2.0cm，局部地段富集成层。压缩系数平均值a=0.28MPa-1，属中压缩性土。IL=0.42。标贯击数平均值为7击。（2）大差市站不良地质根据大差市站地质详勘资料，大差市站不良地质情况为：①地震液化根据《铁路工程抗震设计规范》（GB50111—2006）判断地基土液化性，判断深度为20m。根据本次勘察结果，拟建场地20.0m深度内主要由黄土、古土壤组成，无可液化土层。②地裂缝根据长安大学提交的《西安市地铁四号线工可阶段沿线地裂缝勘察报告》，本车站无地裂缝通过。根据本次勘察期间钻孔资料，各土层分布相对稳定，无明显错断。③地面沉降根据目前西安地区地面沉降的发展趋势及与工程的相互影响，本节分两部分内容进行分析。区域地面沉降：根据长安大学工程设计研究院于2010年3月87 提交的《西安市地铁三号线一期工程（鱼化寨～国际港务区）建设工程地质灾害危险性评估报告》中的资料，自2005年起，西安地区地面沉降的量级和速率得到一定的控制，新的沉降中心发生在高新技术开发区和曲江新区，最大的年沉降量发生从八里村移至西南郊的鱼化寨。大差市车站目前处于相对稳定区域内。与工程有关的地面沉降：根据场地地质情况看，施工期间降水深度可达17m以上，工程降水可能会对地面产生一定的影响，尤其是车站两侧紧邻较多建筑物，建议采用适当的措施，减少因降水引起土层有效自重应力增加而产生的地面沉降或差异沉降等。④湿陷性土层分布根据勘察报告场地内1-2层素填土和3-1-1新黄土上部具湿陷性，湿陷性土层分布深度为9m左右。根据场地探井和钻孔取样结果，地基土的自重湿陷系数均小于0.015，依据GB50025-2004规范第4.4.3条判定：拟建工场地为非自重湿陷性黄土场地。地基湿陷量计算自天然地面算起，累计至湿陷性土层底面，湿陷量计算值为56～409mm。计算结果见表31。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》第4.4.3条、4.4.7条综合判定：拟建场地为非自重湿陷性黄土场地，从自然地面起算地基湿陷等级为Ⅰ级（轻微）～Ⅱ（中等）。其中仅阿房宫凯悦酒店西侧出入口位置地基湿陷等级为Ⅱ（中等），其余出入口地基湿陷等级均为Ⅰ级（轻微）。⑤其它不良地质作用人防：根据调查和人防办的工作人员口述，在东大街的南侧和解放路的两侧均有人防工程，其规程为2.0m（宽）×2.2m（高），内有热力管线穿过，距地面下约5～6m，在大差市车站呈“T”字形展布。4.1.3大差市车站周边建造物基础调查车站基坑开挖深度深，工程量大，施工周期较长，相应会对周边建筑基础的稳定性可能带来较大的安全隐患。深基坑土石开挖过程中有可能会出现素填土流失、塌方、流沙等现象，这些现象都会破坏民用建筑基础覆盖层的完整性，使基础一侧存在临空面、悬空或存在软弱夹层成为可能，从而造成桩基失稳或大范围地面塌陷，影响建筑物的安全。大差市车站位于东大街与解放路十字的南北方向的解放路、和平路现状道路上，东北部为西安市第四医院的门诊、住院区的部分多层建筑物；东南角为阿房宫凯悦大酒店；西北侧为很多连体的砖混2～3层的居民住宅；西南侧为正在建设的万达广场、已建的和平银座大厦、金鼎大厦、碑林区东羊市小学。87 图4.2大差市站周围建筑基坑采用分层开挖的方式，在基坑顶部承受拟定的均布荷载，荷载值为。4.2施工降水4.2.1工程地质概况根据钻孔和探井揭露，拟建工程场地在勘探深度40.0m范围内的地层主要为第四系堆积物，即由全新统人工填土（Q4ml）、上更新统风积（Q3eol）新黄土、残积古土壤（Q3el）、洪积（Q3pl）粉质黏土，中更新统风积（Q2eol）老黄土、残积古土壤（Q2el）、湖积（Q2l）粉质黏土夹薄层中砂组成。4.2.2渗透系数根据本次勘察结果，参照车站西南侧万达新天地基坑降水经验及西安地铁相近地貌单元水文试验等，建议本区段黏性土的渗透系数采用5～8，砂类土的渗透系数采用25～30，综合渗透系数选用5～12。4.2.3基坑涌水量（1）车站拟采用为明挖法施工，施工过程中需要降低地下水位，地下水属潜水类型，基坑呈矩形（长宽比大于10，为条形基坑），含水层为弱透水的粉质黏土夹砂层透镜体，依据《87 地下铁道轻轨交通岩土工程勘察规范》8.5.8条采用条形基坑的公式分节点南北侧及六号线车站进行基坑涌水量估算，结果如下：（4-1）式中——涌水量；——渗透系数；——静止水位至含水层底板的距离；——影响半径；——基坑长度；——设计水位降深；车站底板埋深近17.0m，目前地下水水位埋深8.0m左右，水位降至基坑底板下1.5～2.0m时降深约11m，根据该车站的水文地质情况依据公式计算结果列于表29。表4.2基坑涌水量估算表名称节点北侧8802311301507580.553节点南侧842723113015017555.65六号线车站81602311301509880.287（2）车站节点处采用明挖法，施工过程中需要降低地下水位，地下水属潜水类型，基坑呈矩形（长宽比小于10，为块状基坑），依据《地下铁道轻轨交通岩土工程勘察规范》8.5.8条采用条形基坑的公式进行基坑出水量估算，结果如下：(4-2)式中——涌水量——渗透系数87 ——矩形基坑长度——矩形基坑宽度——基坑等效半径、引用影响半径,——影响半径——设计水位降深——静止水位至含水底板的距离车站底板埋深近24.0m，目前水位埋深8.0m左右，水位降深达基坑底板下1.5～2.0m时降深约17.5m；根据该区段的水文地质情况依据公式计算结果列于下表30。表4.3节点涌水量估算表名称四、六号线车站节点830251612017.53092884.2.4管井降水计算式中：过滤器长度，过滤器直径，与渗透系数有关的经验系数。4.2.2.4管井数量计算节点南侧:（口）节点北侧:87 （口）节点处:（口）确定井间距（基坑周边布置29口，基坑内布置6口观测降水井）其中：——井位周长＝696.14.3支护结构设计4.3.1基坑支护方案的比较与选型论证基坑支护方案选择要满足施工安全、施工方便和经济方面的要求。根据基坑开挖深度、周边环境，基坑的安全等级确定为一级。根据基坑等级，可供选择的围护结构有钻孔灌注桩、地下连续墙，地下连续墙造价比较高且需要泥浆处理设施，对环境影响较大，施工工艺相对复杂，故排除。由于钻孔灌注桩在西安地区经常采用，施工工艺非常成熟，自身刚度大、施工速度快、布置灵活、造价低等优点。因此，本次围护结构方案选择钻孔灌注桩+内支撑支护方案。钻孔灌注桩桩径1200mm，桩间距1500mm，桩身混凝土等级C30。冠梁截面为，可增加围护结构的整体稳定性，同时作为第一道支撑的腰梁。三道钢管内支撑分别设置于-0.5m、-6.0m、-11.5m标高处，钢管直径为600mm，第一道支撑壁厚12mm，第二、三道支撑壁厚16mm，支撑水平间距3.0m。4.3.2横断面计算基坑深17.0m，支护方式为排桩加内撑方案，设三道钢支撑（第一道设在处，第二道处，第三道处。此段基坑采用分层开挖的方式，在基坑顶部承受拟定的均布荷载，荷载值为，荷载及各土层分布情况如下图。87 图4.3荷载分布及支护方案基坑支护结构设计中以及稳定性分析内聚力及内摩擦角的折减系数。土层相关参数见下表：表4.4土层参数信息表土层编号土层名称重度黏聚力内摩擦角土层厚度1-1杂填土160.7156.03-1-2新黄土219.421.7224.03-2-2古土壤20.224.5204.84-1-2老黄土21.120.3246.14.3.2.1计算各土层侧压力系数⑴郎肯主动土压力系数计算87 ⑵郎肯被动土压力系数计算4.3.2.2各工况土压力及支撑力计算⑴工况1：基坑开挖至-6.0m，并在冠梁处设第一道支撑（-0.5m），地面处的主动土压力为：处的主动土压力：第一层土层：第二层土层：开挖面处的被动土压力为：开挖面处主动土压力减去被动土压力为：则所有的主动土压力合力为：所有主动土压力对开挖处截面的弯矩为：87 图4.4工况1土压力分布图所以第一道钢支撑的支撑力为：假设开挖面以下处剪力为0，该处即是最大弯矩所在截面，则处的主动土压力减去被动土压力为：由静力平衡列方程：87 解得所以因此最大弯矩为：⑵工况2：开挖至处，并在处设第二道支撑，土压力分布：开挖面处主动土压力：第二层土层：第三层土层：开挖面处的主动土压力为：开挖面处的被动土压力为：则主动土压力减去被动土压力为：假设土压力零点位置为开挖面以下处，则有：主动土压力合力为：土压力零点位置处截面的弯矩为：87 则第二道钢支撑的支撑力为：图4.5工况2土压力分布图假设土压力零点位置以下处剪力为0，即弯矩最大，则由几何关系可知，处的土压力为：,由静力平衡可列方程：87 解得所以因此最大弯矩为：⑶工况3：开挖至，并在处设第三道支撑：第四层土层：开挖面处的被动土压力为：主动土压力减去被动土压力：87 图4.6工况3的土压力分布图假设土压力零点位置为开挖面以下处，则：解得所有主动土压力合力为：土压力零点处截面的弯矩为：87 所以第三道钢支撑的支撑力为：假设土压力零点位置以下处剪力为0，即该处弯矩最大，则该界面处的土压力为：由几何关系有：所以则由静力平衡列方程：解得因此最大弯矩为：87 ⑷嵌固深度的计算图4.7嵌固深度计算图对O点取矩，由力矩平衡可知：：解得87 则嵌固深度因此桩总长4.3.2.3内力设计值支撑力计算值：最大弯矩计算值：支撑力设计值：最大弯矩设计值：4.3.2.4该段灌注桩的配筋设计灌注桩的配筋取分段开挖的最大弯矩：弯矩设计值为：查《基坑工程手册》附表14-4选用，截面容许弯矩设计值桩体选用C30混凝土，箍筋选用螺旋筋，加强筋。4.3.2.5基坑稳定性验算(1)整体稳定性验算计算方法：瑞典条分法；应力状态：总应力法；条分法中的土条宽度：1.00m滑裂面数据：整体稳定安全系数：圆弧半径(m)：R=22.985圆心坐标X(m)：X=-3.392圆心坐标Y(m)：Y=9.121计算简图如下：87 图4.8整体稳定性验算简图（2）抗倾覆验算（4-3）——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定；——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。工况1：；满足规范要求。工况2：；满足规范要求。工况5：87 ；满足规范要求。安全系数最小工况：工况3；最小安全系数；满足规范要求。（3）抗隆起验算图4.9抗隆起验算简图Prandtl(普朗德尔)公式(Ks>=1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部)：；满足规范要求。（4）隆起量的计算87 式中：——基坑底面向上位移；——从基坑顶面到基坑底面处的土层层数；——第层土的重度，地下水位以上取土的天然重度，地下水位以下取土的饱和重度；——第层土的厚度；——基坑顶面的地面超载；——桩(墙)的嵌入长度；——基坑的开挖深度；——桩(墙)底面处土层的粘聚力；——桩(墙)底面处土层的内摩擦角；——桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度；4.3.3横断面计算基坑深17.0m，支护方式为排桩加内撑方案，设三道钢支撑（第一道设在处，第二道处，第三道处。87 图4.10荷载分布及支护方案此段基坑采用分层开挖的方式，在基坑顶部承受拟定的均布荷载，荷载值为，荷载及各土层分布情况如图4.10。基坑支护结构设计中以及稳定性分析内聚力及内摩擦角的折减系数。土层相关参数见下表：表4.5土层信息表土层编号土层名称重度黏聚力内摩擦角土层厚度1-1杂填土16.00.7153.03-1-1新黄土117.320.322.53.03-1-2新黄土219.421.7225.54-2古土壤20.224.5203.04-4粉质粘土20.729.42114.74.3.3.1计算各土层侧压力系数⑴郎肯主动土压力系数计算87 ⑵郎肯被动土压力系数计算4.3.3.2各工况土压力及支撑力计算⑴工况1：基坑开挖至-6.0m，并在冠梁处设第一道支撑（-0.5m），地面处的主动土压力为：处的主动土压力：第一层土层：第二层土层：处的主动土压力：第二层土层：第三层土层：开挖面处的被动土压力为：87 开挖面处主动土压力减去被动土压力为：图4.11工况1土压力分布图则所有的主动土压力合力为：所有主动土压力对开挖处截面的弯矩为：所以第一道钢支撑的支撑力为：假设开挖面以下处剪力为0，该处即是最大弯矩所在截面，则处的主动土压力减去被动土压力为：由静力平衡列方程：87 解得所以因此最大弯矩为：⑵工况2：开挖至处，并在处设第二道支撑，土压力分布：开挖面处主动土压力：第三层土层：第四层土层：开挖面处的被动土压力为;则主动土压力减去被动土压力为：87 图4.12工况2土压力分布图假设开挖面以下处土压力为零，则：主动土压力合力为：开挖面以下处截面的弯矩为：则第二道钢支撑的支撑力为：87 假设土压力零点位置以下处剪力为0，即弯矩最大，则由几何关系有：则有：由静力平衡可列方程：解得：所以因此最大弯矩为：⑶工况3：开挖至，并在处设第三道支撑：第五层土层：开挖面处的被动土压力为：87 主动土压力减去被动土压力：图4.13工况3的土压力分布图假设基坑开挖面以下处土压力为零，则：所有主动土压力合力为：开挖面以下处截面的弯矩为：87 所以第三道钢支撑的支撑力为：假设土压力零点以下处剪力为0，即该处弯矩最大，则由几何关系可知：；；则有静力平衡列方程：解得：则：因此最大弯矩为：87 ⑷嵌固深度的计算图4.14嵌固深度计算图对O点取矩，由力矩平衡可知：：87 解得则嵌固深度因此桩总长4.3.3.3内力设计值支撑力计算值：最大弯矩计算值：支撑力设计值：最大弯矩设计值：4.3.3.4该段灌注桩的配筋设计灌注桩的配筋取分段开挖的最大弯矩：弯矩设计值为：,查《基坑工程手册》附表14-4选用，截面容许弯矩设计值。桩体选用混凝土，箍筋选用螺旋筋，加强筋。4.3.3.5基坑稳定性分析（1）整体稳定性验算87 图4.15整体稳定性验算简图计算方法：瑞典条分法；应力状态：总应力法；条分法中的土条宽度：1.00m。滑裂面数据：整体稳定安全系数；圆弧半径(m)：R=23.372；圆心坐标X(m)：X=-2.772；圆心坐标Y(m)：Y=9.032。（2）抗倾覆验算工况1：；满足规范要求。工况2：；满足规范要求。工况3：87 ；满足规范要求。安全系数最小工况：工况3；最小安全系数；满足规范要求。（3）抗隆起验算图4.16抗隆起验算简图；满足规范要求。(4)隆起量计算87 4.3.4支护参数最终确定综合考虑上面两个断面的计算结果，以及经济安全因素，最终支护参数确定为：钻孔灌注桩桩径1200mm，桩间距1500mm，桩身混凝土等级C30，选用HRB335钢筋，实配。箍筋选用HRB335，实配螺旋筋，加强筋。冠梁截面为，可增加围护结构的整体稳定性，同时作为第一道支撑的腰梁。构造配筋如下：图4.17冠梁构造配筋图表4.6冠梁对应构造配筋表钢筋级别选筋As1HRB3352D16As2HRB3352D16As3HPB235d8@200三道钢管内支撑分别设置于-0.5m、-6.0m、-11.5m标高处，钢管直径为600mm，第一道支撑壁厚12mm，第二、三道支撑壁厚16mm，支撑水平间距3.0m。第5章大差市深基坑监测方案5.1工程概况大差市车站位于东大街与解放路十字的南北方向的解放路、和平路现状道路上，东北部为西安市第四医院的门诊、住院区的部分多层建筑物；东南角为阿房宫凯悦大酒店；西北侧为很多连体的砖混2～3层的居民住宅；西南侧为正在建设的万达广场、已建的和平银座大厦、金鼎大厦、碑林区东羊市小学。根据总体单位2011年6月27日下发的线路总图，该四号线车站起点里程YAK15+239.066，中点里程YAK15+598.500，终点里程YAK15+776.025，车站全长约87 537.0m，宽约23.1m，底板埋深设计16.87m；西北部设风亭与主体埋深相同，北侧和南侧共设三个出入口，其横通道埋深约10m。5.2基坑监测方案5.2.1监测内容为了及时了解开挖过程中围护体系的实际受力状态，对比分析设计条件与现场实际的差异，以有利于正确估计开挖过程中围护体系的稳定性，掌握基坑开挖对周围环境的影响，为临近建筑物及地下管线的安全提供保证，在大差市站基坑开挖过程中对以下八项进行现场监测：①桩体变形；②锚索拉力；③钢支撑轴力；④桩内钢筋拉力；⑤基坑内、外观察；⑥边坡土体顶部水平位移；⑦桩顶位移；⑧地下水位。监测内容主要有以下几个方面：①围护桩主体水平位移（桩体变形）；②围护桩钢筋内力；③钢支撑轴力。5.2.2监测仪器①桩体变形采用CX系列钻孔测斜仪测量。图5.1测斜仪原理图②钢支撑轴力：在钢支撑的一端安装钢弦式轴力计监测支撑轴力，采用SS-Ⅱ型频率计数器测量。③护坡桩桩身内力监测采用JXG-1型钢弦式钢筋应力传感器和SS-Ⅱ型频率计数器。④基坑内外观察、边坡土体顶部水平位移及桩顶位移选用高精度经纬仪测量。87 图5.2钢弦式钢筋应力传感器构造图5.2.3观察时间与频率序号监测项目监测方法与仪表监测范围测点间距测试精度监测频率①桩体变形测斜管测斜仪桩体全高长短边中点竖向间距1m1mm1天②锚索拉力锚索计锚索端部长短边中点且间距<15m<1/100(F,S)1天③钢支撑轴力轴力计支撑端部或中部长短边中点且间距<15m<1/100(F,S)1天④桩内钢筋应力钢筋计桩体全高长短边中点竖向间距5m0.1MPa1天⑤基坑内、外观察现场观察基坑外地面、基坑地层土质描述围护桩、内支撑随时进行——1天⑥边坡土体顶部水平位移经纬仪边坡顶、底部长短边中点且间距<30m1mm1天⑦桩顶位移经纬仪桩顶冠梁长短边中点且间距<30m1mm1天⑧地下水位水位管水位仪基坑周边基坑四角点长短边中点6mm1天表5.1监测项目与频率观测周期、次数确定为：自开挖起，1～7d，每隔12h小时观测一次；8～15d，每天观测一次；16～30d，每隔2d观测一次；30d以后，每3d观测一次。当变形超过有关标准或场地变化较大时，加大观测频率；当大雨、暴雨或基坑荷载条件改变时应及时监测；当有危险事故征兆时应连续观测。根据工程进度安排，基坑监测时间与基坑施工保持同步。监测频率见表。87 5.2.4监测点的布设为经济有效地获得监测数据力争用较少的工作量来反映整个基坑的稳定情况，采取在典型区域集中布置相关测试项目的原则，以达到各种测试结果，作用关系相互验证的目的。根据工程的实例情况，对车站主体结构北区基坑采用如下测点布置方式：（1）围护桩桩体水平位移（桩体变形）桩体测斜是深基坑位移控制的重要手段。考虑到埋设的难度和量测工作量较大的状况，测点一般布置在围护结构的各边跨跨中。①监测点布置：在基坑两长边中点的围护桩上各布置一个桩体水平位移监测点，编号为和，布置图如下：②测定方法：在护坡桩帽梁施工完成后，土方开挖前，将测斜探头放入导管，每1.0m作为一个采样点，采集导管各点的初始数据，并根据施工进度，对各点的数值进行采集。图5.3桩身水平位移监测点布置图（2）围护桩钢筋内力①仪器设备采用JXG-1型钢弦式钢筋应力传感器，SS-Ⅱ型频率计数器。JXG-1型钢弦式钢筋应力传感器用于钢筋混凝土桩内应力监测，JXG-1型钢弦式钢筋应力传感器为薄壁圆管结构，以钢弦作为传感元件，工作方式为脉冲间歇激发式，性能稳定，抗干扰能力强，适于长期观测。钢筋计两端连接杆采用螺纹钢，以保证钢筋计与被测钢筋具有相同的力学特性。②测点布置87 围护桩的内力监测应设置在围护结构杆系中受力有代表性位置的桩的主受力钢筋上。在监测点的竖向位置的布置方面应考虑如下因素：计算的最大弯矩所在的位置和反弯点位置、各土层的分界面、结构变截面或钢筋率改变的截面位置，结构内力支撑及拉锚所在位置。大差市车站钢筋内力监测点与桩体水平位移监测点布置在同一根围护桩上，编号为和。③测定方法在安装前，采集钢筋计初始值。桩体混凝土浇注后但未达到养护强度时，应采集钢筋计变化值。桩体混凝土达到养护强度后再次采集钢筋计读数值，作为桩体应力初值的计算依据。根据施工进度，定期采集钢筋计数值，以便了解护坡桩桩体内的应力变化。测量桩体内力时，需先将钢筋应力计串联到主筋上，钢筋应力计的安装可以采用焊接连接或者螺栓连接。测量桩体浇筑完成后，采用频率仪采集数据。桩体及围檩等的内力监测元件宜在相应工序施工时埋设并在开挖前取得稳定初始值。应力计或应变计的量程宜为最大设计值的1.2倍。（1）钢支撑轴力基坑内钢支撑共有三层，每15m布置一个轴力监测点，第一层监测点编号为Z1-8～Z1-14，第二层监测点编号Z2-8～Z2-14，第三层监测点编号为Z3-8～Z3-14，共21个监测点。在大差市车站深基坑的三层钢支撑上布置监测点，在钢支撑的一端安装钢弦式轴力计监测支撑轴力，在监测断面处每层支撑各安装一个，轴力计安装在钢支撑管与围护墙间，轴力计安装示意图见图。图5.4轴力计安装示意图（4）基坑内外观察、边坡土体顶部水平位移及桩顶位移87 ①布置点在边坡土体顶部（或桩顶部）每隔15m选定一个测点，埋设坐标点，待混凝土凝固后可与土坡（或桩顶）共同变形。采用平面导线测量，以基点1为坐标原点，通过测量距离与方位角，求出各点位的坐标，平差后推算得到桩顶水平位移值，如图所示。在开挖前采集坐标点初始值。图5.5桩顶水平位移②测定方法采用平面导线测量，以基点1为坐标原点，通过测量距离与方位角，求出各点位的坐标，平差后推算得到桩顶水平位移值。在开挖前采集坐标点初始值，基坑开挖后监测频率同测斜监测频率。（5）地下水位地下水位用水位观测井监测，观测井布置在基坑四角和长短边中点。87 第6章深基坑支护施工组织设计施工组织设计是用来指导施工项目全过程各项活动的技术、经济和组织的综合性文件，是施工技术与施工项目管理有机结合的产物，它是工程开工后施工活动能有序、高效、科学合理地进行的保证。施工组织设计对建筑施工具有有指导和矫正作用。通过它可以合理安排人工、机械、材料，从而保证建筑工程的施工进度和施工质量。同时通过严格执行施工组织设计又可以很好提高施工人员安全生产和文明施工意识，从而树立起良好的施工形象，这对一个施工单位具有及其深远的意义。6.1编制依据6.1.1编制依据（1）西安市地铁四号线大差市站详细勘察阶段岩土工程勘察报告。（2）西安市地铁四号线大差市站施工设计图。（3）现场详细调查所掌握的周边环境资料。（4）国家及陕西省或西安市人民政府颁布的有关法律法规。（5）标准、规范、规程及有关安全、质量、工程验收等方面的标准及法规文件：1）国标GB/T19000族标准(2000版)2）地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）(2003年修订版)3）铁路隧道施工规范（TB10204-2002）4）铁路隧道施工技术安全规范（GBJ404-1987）5）建筑工程施工质量验收统一标准（GBJ50300-2001）6）铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10407-2003）7）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GBL50086-2001）8）地下工程防水技术规范（GB50108-2001）9）地下防水工程质量验收规范（GB50208-2002）10）人防工程施工及验收规范（GBJ133-90）11）建筑防腐蚀工程施工及验收规范（GB50212-2002）12）地下铁道、轻轨交通工程测量规范（GB50308-1999）13）工程测量规范（GB50026-93）14）砌体工程施工质量验收规范（GB50203-2002）15）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50203-2002）87 16）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）17）建筑安装分项工程施工工艺规程（DBJ/01-26-2003）18）施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-2005）19）湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004）20）建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2001）21）建筑施工高处作业安全技术规范（JGJ80-91）22）建筑机械使用安全技术规程（JGJ33-2001）23）建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）24）建筑地面工程施工质量验收规范（GB50209-2002）25）钢筋机械连接通用技术规程(JGJ1007-2003)26）钢筋焊接及验收规范(JGJ18-2003)27）钢筋焊接接头试验方法(JGJ/T27-2001)28）砌筑砂浆配合比设计规程(JGJ98-2000)29）回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/T23-2001)30）建筑电气工程施工质量验收规范GB50303-200231）建筑施工安全检查标准(JGJ59-99)32）铁路工程水文地质勘察规程（J339-2004）33）建筑与市政降水工程技术规范(JGJ/T111-98)6.1.2编制原则（1）组织管理：采用先进的组织管理技术，统筹计划，合理安排，组织分段、分工序平行流水作业，均衡生产，确保施工工期。（2）机械设备：采用先进的环保型机械设备，科学配置生产要素，组建功能匹配、良性运作的施工程序，充分发挥机械设备的生产能力。（3）施工工艺：根据工程特点，采用先进的、成熟的施工工艺，实行样板引路、试验先行、全过程监控信息化施工。（4）质量控制：进一步推进全面质量管理，严格按照ISO9001标准质量体系进行质量程序控制，对施工现场实施动态管理和严密监控，上道工序必须为下道工序服务，质量具有优先否决权。（5）安全控制：强化安全管理体系，细化安全措施，确保安全资金专项87 投入，有针对性地狠抓各施工环节的安全落实，杜绝安全事故的发生。（6）环境保护：采用先进、经济、合理、可行的施工措施，贯穿施工全过程，有效保护周围环境。6.1.3编制内容韦曲南站土建工程的总体施工方案部署、工期进度安排、设备劳动力投入及各分项工程施工工艺、工艺流程、施工方法等；以及为实现在本项目中质量、安全、工期、测量及监测、文明施工、环境保护、消防保卫及职业健康等措施。6.1.4施工组织设计目标（1）工程质量目标本工程所有分部、分项工程一次验收合格率为100%，优良率达到95%以上。（2）安全生产目标本项目的安全目标为减少一般事故，杜绝重大伤亡事故，事故率控制在1‰以内；基坑围护结构及周围建（构）筑物变形和沉降均控制在基准值范围内，确保地下管线不断不裂，地面建筑物及环境稳定。（3）文明施工目标严格按照《陕西省建设工程施工现场生活区设置和管理标准》与《陕西省文明工地标准》、《现场文明施工标准化工地建设标准》进行管理，扬尘、遗洒、场界噪声排放达标。确保建成西安地铁“文明施工样板工地”。（4）环境保护目标施工中的各项环保指数均满足西安市的环保标准要求。6.2工程概况6.2.1工程简述1．工程所处的位置大差市车站位于东大街与解放路十字的南北方向的解放路、和平路现状道路上，东北部为西安市第四医院的门诊、住院区的部分多层建筑物；东南角为阿房宫凯悦大酒店；西北侧为很多连体的砖混2～3层的居民住宅；西南侧为正在建设的万达广场、已建的和平银座大厦、金鼎大厦、碑林区东羊市小学。2.工程规模87 根据总体单位2011年6月27日下发的线路总图，该四号线车站起点里程YAK15+239.066，中点里程YAK15+598.500，终点里程YAK15+776.025，车站全长约537.0m，宽约23.1m，底板埋深设计16.87m；西北部设风亭与主体埋深相同，北侧和南侧共设三个出入口，其横通道埋深约10m，拟采用明挖法施工。该车站与6号线换乘，换乘部分未提供相关参数。6号线的车站位于大差市十字的东西方向，长度约205m，宽度约23m,底板埋深设计17.07m。在车站的西南侧四、六号线车站之间设渡线，位于正在建设的万达新天地广场地下室，其出入口均已预留。车站主体结构形式为双层多跨箱型框架结构，全部采用明挖顺作法施工，底板埋深约17米，根据大差市站结构形式、场地地质及周围环境特征，设计主体围护结构采用灌注桩及桩间高压旋喷桩+钢管内支撑体系。标准段围护结构采用的钻孔灌注桩，桩间设置高压旋喷桩；内支撑采用，t＝12、16mm的钢管支撑。降水形式采用坑外为主，坑内为辅相结合的方式进行降水。6.2.2工程特点及重点、难点分析及对策6.2.2.1工程特点1.施工场地小、交通疏解难度较大大差市站位于解放路与东大街交叉路口，并与6号线换乘，一次施工，交通非常繁忙，流量特别大，安全隐患很多，对地铁施工方法、施工组织等影响较大。2.场地地质条件较差（1）地下水根据场地的地质特征及水文地质特征，潜水位埋深较浅，从而给车站围护结构施工、基坑及区间开挖施工带来不利影响。根据场地地质情况看，施工期间降水深度可达17m以上，工程降水可能会对地面产生一定的影响，尤其是车站两侧紧邻较多建筑物，建议采用适当的措施，减少因降水引起土层有效自重应力增加而产生的地面沉降或差异沉降等。（2）人防及管线现状解放路、和平路的道路及其两侧均有管线分布，车站的东西方向和北方向均有人防工程分布，热力管线也从其中通过。这些对车站的围护结构施工、基坑及区间开挖施工都会带来不利影响。（3）湿陷性黄土87 西安市属于黄土地区，该地区黄土具有明显的湿陷性特征。施工时必须引起重视。3.文明施工、环保要求高西安市地铁四号线的修建，会给周围居民的正常生活带来诸多影响，附属工程修建过程中可能遇天然气管线或电力管线，施工期间应及时与管线单位协商避让或改迁。尽量减少破坏路面及周围的绿化，施工完成后立即恢复。施工期间和运营期间产生的噪音影响居民的正常生活；局部地段工程降水会引起地面沉降或差异沉降等。本标段周边建筑物密集，多为企事业单位，因此，对文明施工、环境保护、降低噪音、控制扬尘等各方面提出了更高要求。6.2.2.2工程施工重点1.安全控制重点：（1）主要风险源控制：大差市基坑开挖深度约为17m，，且距周边商务楼、医院、商铺、民房较近，基坑安全等级为一级，施工安全防护要求高。大差市站下管线密集，依据管线与结构的位置关系，将分三种处理方式，即永久迁改、临时迁改以及悬吊保护。因此在基坑开挖过程中如何有效控制地层变形、周边建筑物沉降及管线沉降，保证基坑周边管线和居民楼的安全是本工程的施工安全重点之一。（2）明挖法基坑开挖及支护结构施工①重、难点分析韦曲南站采用明挖顺作法施工，主体基坑深17m，围护钻孔灌注桩直径Φ1200mm，间距为1500mm，桩间辅以Φ800mm高压旋喷桩进行加固。内支撑采用三道钢管支撑，第一道为Φ600×12mm钢管，第二、三道为Φ600×16mm钢管。施工中如何提高钻孔灌注桩成桩质量及高压旋喷桩加固止水效果，深基坑降水效果、深基坑开挖与支撑效应、基坑及地面建（构）筑物变形监测等是本工程的重点，也是难点。②主要对策A、深基坑施工主要对策：1）积极做好施工场地范围内地下管线和邻近建筑物、构筑物的调查与保护工作。2）87 用基坑工程辅助设计系统对基坑开挖的各个步骤进行模拟分析，确定实际操作过程中各支撑的实际参数，以此作为基坑开挖过程各个支护参数和指导施工的理论基础。3）根据监控量测、信息反馈、位移反分析来调整支护参数及开挖步序，以此作为安全保证的重要手段。4）基坑开挖及支护遵从“时空效应”理论，随挖随撑，采取纵向分段，竖向分层，中部拉槽的方法开挖，最大限度的减少因施工方法不当而造成基坑失稳的因素。5）重视地层变化，对开挖面地层进行记录和描述，发现可能影响基坑安全的异常情况及时与设计取得联系，待设计确认后方可继续进行土方开挖。6）重视主体围护结构的施工质量，包括实体质量及倾斜度等，随工况变化及时架设内支撑体系。B、深基坑降水主要措施1）积极做好降水影响范围内地下管线及建筑物的调查与监测保护工作。2）除保证降水井的成井质量外，做好降水井在施工期间的运行维护是至关重要的，是确保整个工程施工质量、安全及进度的前提条件。（3）监控量测的准确性和精度控制。监控量测数据的准确性和精度，是地下工程施工安全的保证，是实现信息化施工的前提。2.质量控制重点（1）结构施工的过程控制。车站结构形式复杂、跨度大、接口关系多，受力也很复杂，施工过程中，要切实加强过程控制，确保结构施工质量。（2）施工测量的准确性和精度控制。结构位置的准确直接关系到工程的实用性；本工程各种接口关系复杂，施工过程中必须采用先进的测量仪器，加强测量程序及技术管理，提高测量水平和测量精度。6.2.2.3难点分析及对策大差市车站主体结构基坑开挖深度约17m，基坑安全等级为一级。安全稳定是该基坑工程顺利施工的前提，而如何保证基坑周围的无桩基高层建筑的安全是本基坑工程的施工技术难点。采取措施：①施工前详细调查踏勘周边建（构）筑物，对施工影响范围内的建（构）筑物进行拍照、布设监测点。②87 明挖基坑采用钻孔灌注桩和钢管支撑相结合的支护形式，钢支撑安装时应遵循随挖随支的原则，及时加撑，确保维护结构无支撑暴露。③基坑开挖必须严格按照规范要求分段、分层、放坡开挖，以保证修整后的裸露边坡能在较短时间内保持自稳，土层挖开后要立即进行桩间土体网喷护面，不能拖延，特别是对于稳定性差的土层或地段更加需要如此。④由于明挖基坑维护结构采用排桩，在基坑开挖过程中，必须定期和不定期的进行监测和现场观察，发现问题及时对钢围檩内部浇筑混凝土进行加固，降低基坑变形引起的地表沉降变形。6.3总体施工安排6.3.1总体施工方案本工程采用明挖法施工，施工围护结构完成后以降水施工为前提，车站按流水作业，同时施工。车站施工期间采用管井降水，管井采用锅锥钻孔成井，降水井成孔直径，井管采用外径φ450，内径φ400,井深25，沿车站两侧呈梅花型布置，单侧井距24。降水深度在围护桩施工时降至桩底以下1，在基坑开挖及主体结构施工时降至基坑底部以下0.5。抽水采用QY型潜水泵,单井水泵根据出水量设置，一般在30-60。降水完成后管井采用砂砾回填，井口1范围内采用砼回填。所有回填土完成后方可停泵。车站主体基坑开挖支护方案采用三道钢支撑，分四次挖至基底。基坑开挖采取分层、分段开挖，围护结构均为围护桩加钢支撑支护结构形式，桩间设挂网喷砼的结构形式，支护结构采用钢管支撑。基坑开挖土方运输采用挖掘机接力倒运，剩余部分采用龙门吊机配合吊斗出渣，采用自卸汽车运输。主体结构钢筋砼采用分段进行施工，模板采用组合钢模，模板支撑采用门式钢管脚手架搭设满堂脚手架。结构防水采用人工铺设全包柔性防水层。（1）土方开挖该车站基坑采用大断面开挖，遵循“纵向分段，竖向分层，从上至下”的施工原则，即竖向从上至下分层进行，即纵向按每段20m左右，竖向按照每层1.6m进行分段、分层开挖，同时根据开挖速度及时架设围檩及钢支撑。大差市站基坑开挖从盾构始发井段由北向南，采用3台挖掘机从北端盾构井开始进行土方开挖。（2）土方运输明挖段基坑土石方主要采用挖掘机接力倒运的方式，剩余部分初人工配合挖掘机，10吨塔吊垂直运输进行出土。87 （3）基坑支撑体系施工车站基坑采用Ф600、t=16mm（首层12mm）、水平间距3.0m钢管支撑体系。车站主体结构标准段沿基坑竖向设置三道钢管支撑，并在车站端头井角部增设斜撑。支撑方法为：随土方开挖，自上而下施作，第一道支撑设在冠梁上，第二道支撑设在结构顶板下方，第三道支撑设于结构中板和底板之间。基坑在施工过程中，钻孔桩采用旋转钻机钻孔，泥浆护壁，吊车配合下放钢筋笼，导管法浇筑水下混凝土；钢管支撑在地面拼装，吊车吊装就位，千斤顶施加预应力。钢管支撑依据设计要求施加预加力，并根据监控量测结果反馈调整预加力，以确保基坑及周边地层稳定。（4）防水明挖段采用人工直接铺设或涂刷防水层，变形缝采用中置式钢边橡胶止水带、背贴式止水带及双组分聚硫嵌缝膏进行加强防水处理；施工缝采用中置式钢边橡胶止水带、背贴式止水带及预埋注浆系统进行加强防水处理，接缝处凿毛处理。为此，在施工过程中必须对防水混凝土、外防水层、施工缝及变形缝从防水施工等方面精心施作，加强管理，保证施工质量，确保达到防水要求。（5）土方回填明挖主体结构两侧以及顶板以上50cm内采用人工配合电动打夯机分层回填夯实，每层厚不超过20cm。（6）施工监测施工中全过程采取信息化施工，用监控量测反馈信息指导施工的各道工序，使施工数字化、科学化。在施工中对以下项目进行监测：地表沉降监测；邻近建筑物沉降、倾斜监测等。（7）施工设备投入根据施工需要，进场主要施工设备近百台，所有进场施工设备的数量必须满足现场施工需要，设备要完好并能正常使用。6.3.2施工顺序（1）车站施工按照“先主体、后附属”的原则进行安排，各工序施工满足招标文件的节点工期。（2）本工程施工优先安排北端盾构始发井段主体结构施工，为盾构始发提供条件。6.3.3总体施工步骤施工步骤1：场地平整，地下管线拆迁，进行正式围挡及前期场地建设。施工步骤2：施工围护桩及高压旋喷桩，摘帽，施工冠梁及挡墙，施工降水井及降水排水系统、电力系统的安装。87 施工步骤3：基坑中部拉槽开挖第一层土方，架设第一道钢支撑。施工步骤4：继续逐层开挖基坑，桩间挂钢筋网及喷射混凝土，并及时安装下层钢围檩及架设钢支撑，直至开挖到基坑底。施工步骤5：对基坑底进行验槽，同时进行综合接地网的施工，施作混凝土垫层及底板防水层，绑扎钢筋及浇筑底板混凝土。施工步骤6：底板砼达到足够强度后拆除第三道支撑，施作负二层中柱、侧墙防水、侧墙及中板。施工步骤7：拆除第二道支撑，施作负一层中柱、侧墙防水层、侧墙、顶板及顶板防水层。施工步骤8：拆除第一道支撑，进行顶板回填恢复路面，施工结束。6.3.4总体施工流程施工现场围挡基坑降水管线调查、改移围护结构基坑开挖结构底板垫层结构底板防水层铺设框架底板基础梁施工排水管线施工（管道安装、砌筑检查井、闭水试验等）钢筋加工、绑扎、底板砼浇注框架施工（含墙体、梁、柱、中板、顶板）侧墙、中板及防水层施工基坑回填基坑及排水管线顶回填电缆通道施工路面面层恢复87 图6.1总体施工流程图6.4施工总平面布置6.4.1布置原则依据设计文件和工作面划分，按照方便施工、充分利用有限施工场地，合理安排办公、生产、生活区域，兼顾交通疏解、减少施工扰民的原则进行场地布置。6.4.2布置依据（1）招标文件有关要求及《陕西省市建设工程文明施工标准》；（2）现场围挡线、水源、电源位置；（3）总进度计划及资源需用量计划；（4）主要施工方案；6.5施工方案及技术措施6.5.1降水施工流向与施工流程1）施放井位井位初步定位后，还需对井位进行物探，如发现有地下管线异常，必须错开地下障碍物，即对井位作出相应调整，但一般不得侵犯地铁结构。要求对改移的井位再经地面物探核查，确认无地下管线后，用油漆作出显著标志，必要时采用钢钎打入地面下300mm，并灌入石灰粉。87 上钻前须再由人工挖探坑确认，由布井技术人员量测井位并加以确认。2）管井施工降水井结构根据地层及水文地质条件，站体降水井结构为井深30m，井径φ800mm，井管为φ500/50mm无砂砼滤水管。待围护桩施工到一半的同时，在现场场地允许时，开始降水井的施工，然后进行积水总管及电力电缆的敷设和调试工作。成井后可立即安排开泵。3）施工方法1、挖探井在施放好的井位上人工挖探井直至见原状土，3米以上较浅的探井在确认无地下管线及地下构筑物后下入护筒或进行砼护壁，护筒外侧填粘土封隔好表层杂填土层，以防止钻井施工用水大量漏失及塌孔；超过3米深的探井应随挖随做砼护壁。如遇地下管线，需适当调整井位，重挖探井。施工准备替浆井位施放机械设备到位切割井位、排水管路面人工挖探井钻机就位成孔填滤料下井管洗井做检查人井埋设排水联络管线下泵抽水起拔护筒降水监护测量孔深清运渣土恢复路面（地面）现场踏勘清运泥浆钻机移位清理现场87 图6.2管井降水施工工艺流程图2、挖（围）泥浆池根据场地条件在距降水井3m左右处挖（围）泥浆池，在拆迁场地可“挖”可“围”，一般每2～3口井共用一个泥浆池。3、凿井为确保降水效果，减小洗井难度，所有管井清水砂桶钻机成孔，井径、孔深不小于设计值（井深控制在揭露粘土层后进入1.0米左右即可终孔），井身应保持圆正垂直。4、下管井管采用无砂砼滤水管，在预制混凝土管鞋上放置井管同时水位以下接头处包缠1层编织布，缓缓下放，当管口与井口相差200mm时，接上节井管，接头处用竖向用3-4条30mm宽、长2～3m的竹条用3道铅丝固定井管。为防止上下节错位，在下管前将井管依井方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，为防止雨污水、泥砂或异物落入井中，井管要高出地面不小于200mm，并加盖或捆绑防水雨布临时保护。5、填砾料87 井管下入后立即填入砾料。砾料应保持连续沿井管外四周均匀填入。填砾料时，应随填随测砾料填入高度，当填入量与理论计算量不一致时，及时查找原因。不得用装载机或手推车直接填料，应用铁锹填料，以防不均匀或冲击井壁，如遇蓬堵可用水冲。填砾完成后在洗井过程中，如砾料下沉量过大，应补填至井口下1米处，1米以上部分在洗井完成后衬砌人井时处理。砾料为φ3-7mm干净砾料。6、洗井用空压机由上而下分段洗井，重点在上段潜水层的中、下部，直至上下含水层串通（形成混合水位）且水清砂净。洗井装备要用同心式或并列式的钢管洗井，禁止使用软管洗井。洗井过程中应观测水位及出水量变化情况。7、水泵安装潜水泵及泵管安装吊放，置于距井底以上2.0～3.5m处。安装并接通电源，做到单井单控电路，并检查水位继电制动抽水装置和漏电保护系统。8、抽降连网统一抽降后应连续抽水，不应中途间断，需要维修更换水泵时，应逐一进行。开始抽降时要间隔的逐一启动水泵。抽水开始后，应逐一检查排水管道是否畅通，有无渗漏现象，如接头处或排水管渗漏应返工或维修。以及单井出水量、出水含砂量。当含砂量过大，可将水泵上提，如含砂量仍然较大，应重新洗井。6.5.2围护结构施工车站主体围护结构采用钻孔灌注桩+钢管内支撑体系。基坑围护桩采用Ф1200mm钻孔灌注桩，间距1500mm，嵌固深度为10m，桩身砼采用C30混凝土。桩间挂网喷射100mm厚C20混凝土，钢筋网采用Ф6间距150×150mm（如图3-1-2）；桩顶冠梁截面1200×1000mm，采用强度为C30混凝土；基坑内共设置3道支撑，内支撑采用Ф600mm钢管支撑，第一道壁厚为12mm，其余壁厚为16mm，沿车站纵向间距为3000mm。第一道支撑于冠梁上，其余支撑在钢围檩上，钢围檩采用双拼45型钢，见图6.3。87 图6.3围护桩间喷射混凝土的示意图6.5.2.1钻孔桩施工方案1）护筒埋设护筒采用8mm厚的钢板加工制作，高度1.5m，护筒内径1200mm。护筒按照施工桩位中心线要求安放，埋设深度1.2m，其定位误差不大于50mm。护筒的顶部开设1～2个溢浆口，泥浆经泥浆沟排入临时泥浆池，通过泥浆泵回收至沉淀池，减少对场地的污染。2）成孔护筒预先埋设在桩位上。钻机就位时，保持底座平稳，不发生倾斜移位。钻头中心采用桩定位器对准桩位。在钻进过程中，为保证钻孔的垂直度，设置钻机导向装置，利用双向调节标尺或线坠控制调整钻杆垂直度。泥浆池存一部分泥浆后正式钻孔，开孔时做到稳、准、慢，钻进速度根据土层类别、孔径大小、钻孔深度及供浆量确定。根据钻进速度、进尺情况及时放松电缆线及进浆胶管，使电缆、胶管和钻杆同步下放。施工时设专人清除泥浆沟和沉淀池中的沉碴。灌注桩身混凝土时，用泥浆泵把桩孔内排出的泥浆抽到循环池（泥浆箱）中进行净化处理，与此同时，使用罐车把废浆运走。钻孔到设计深度加沉渣容许厚度时，停止钻进，轻提出钻头。在钻进过程中，如发现斜孔、弯孔、缩颈、塌孔冒浆等异常情况立即停止钻进，采取下列措施处理：①当钻孔倾斜时，可反复扫孔修正，如纠正无效，在孔内回填土至偏孔处以上0.5m，再重新钻进。②钻孔过程中遇坍孔，立即停钻，并回填粘土，待孔壁稳定后再钻。③如遇到护筒周围冒浆，可用稻草拌泥团堵塞洞口，并在护筒周围压上一层砂包。87 图6.4钻孔桩施工工艺流程图3）水下混凝土灌注水下混凝土灌注施工采用隔水栓导管法，混凝土采用商品混凝土，搅拌车运输。施工顺序：放钢筋笼→安设导管→使隔水栓与导管内水面紧贴→灌注首批混凝土→连续灌注直至桩顶→拔出护筒。6.5.2.2钢围檩及钢支撑架设内支护采用直径Φ600mm、t=12mm或16mm、钢支撑水平间距3000mm。车站主体标准段基坑竖向设置三道钢管支撑，并在车站端头井角部增设斜撑。第一道支撑于冠梁上；其余支撑在钢围檩上，钢围檩采用双拼45型钢加缀板焊接而成；钢牛腿采用10mm×10mm角钢加工制作而成；钢管支撑分节制作，每节标准长度为6m，管节间采用法兰盘螺栓连接，钢管直径Φ600mm，壁厚12/14mm。钢管支撑端部（仅一端）设预加轴力装置。87 （1）内支撑体系施工钢支撑施工和拆除必须有专项施工方案，并按照规定程序审批完毕后，方可施工。1）工艺流程钢支撑系统施工工艺流程如图6.5所示。图6.5钢支撑安装施工工艺流程图钢支撑的组成：钢支撑系统包括支撑杆系及附属构件部分，其中支撑杆系包括：主体杆、活动端头及固定端。施工时，各部分由法兰盘与φ24mm高强螺栓拼装连接而成。钢管支撑系统如图6.6。87 图6.6钢管支撑系统图2）钢支撑安装①钢支撑架设：土层开挖至支撑架设位置后，凿出桩身预埋钢板，在其下方打膨胀螺栓，焊接牛腿，安装钢腰梁。用吊车垂直起吊钢支撑固定于腰梁上。钢支撑吊装到位后，先不松开吊钩，将一端的活动头拉出顶住钢围檩，再将2台液压千斤顶放入顶压位置，为方便施工并保持千斤顶加力一致，2台千斤顶用托架固定。千斤顶一端顶在钢围檩上，一端顶在底座上，接通油管后即可开泵施加预应力，预应力施加到位后，用钢楔块撑紧端头处的缝隙并焊牢。然后回油松开千斤顶，解开起吊钢丝绳，完成这根支撑的安装。施工时密切注意防止施工机械碰钢支撑，避免钢支撑因受横向荷载而造成失稳。钢支撑固定完成后，采用两台液压千斤顶在钢支撑活动端两侧对称逐级预加力，预加压力达到设计支撑轴力时，采用钢楔锁定支撑。主体围护基坑内有斜角支撑。由于钢支撑是支在钢围檩上，斜支撑的支座也必须采用钢结构。采用钢板焊制，与钢围檩的连接采用焊接，与水平钢支撑端管的连接采用螺栓连接。②确保钢支撑稳定的技术措施：钢支撑在拼装时，轴线偏差≤2cm，并保证支撑接头的承载力符合设计要求。钢支撑端部设Φ10钢筋吊环，通过钢丝绳或钢筋连接在围护结构上，以防坠落，同时用于微调的钢楔也应点焊连接，防止坠落。采用人工开挖钢支撑附近土方，防止机械碰撞支撑。加强对钢支撑轴力监测，根据支撑轴力监测情况，决定是否加强支撑。3）支撑的拆除①钢支撑的拆除顺序底板及底层侧墙混凝土强度达到设计强度的75%以上时，拆除第三道支撑，中板混凝土强度达到设计强度的80％以上时，拆除第二道支撑，顶板混凝土强度达到设计强度的75%以上时，拆除第一道支撑。最后施工压顶梁，达到设计要求强度后，分层分段回填夯实顶板覆土。钢支撑的拆除流程为：吊车就位→钢丝绳扣扎支撑→活动节内安放千斤顶施加顶力→撤除钢楔→解除顶力，同时卸下千斤顶→支撑杆体下放、拆除高强连接螺栓→拆开支撑杆体，将各部分分节吊出。拆除钢支撑要结合结构施工按照规定程序进行，以免发生安全事故。部分钢支撑离底板比较高，在拆卸时，需搭设操作平台进行拆除，在卸掉钢管支撑之前，操作工人与吊机的吊点分别位于钢管的两侧，以免钢管起吊后摆动，伤及工人。支撑拆除时应随时观察围护结构的变形，必须作好钢支撑拆除阶段周围施工监测点的量测和量测记录，切不可草率施工。②钢支撑拆除技术要点：87 为防止车站结构开裂，在对应板层结构混凝土达到设计强度后才能拆除支撑。钢支撑拆除时，用汽车吊和塔吊配合将钢支撑吊起，在活动端设100t千斤顶，施加轴力至钢楔块松动，取出钢楔块，逐级卸载至取完钢楔，再吊下支撑。避免预加应力瞬间释放而导致结构局部变形、开裂。钢支撑分节拆除后转运至指定场地堆放。在钢支撑拆除过程中，需对围护结构进行严密的监控量测，出现异常情况，应及时处理或上报监理工程师商讨决策，并按监理工程师指定的施工方法进行处理。4）钢支撑失稳措施（1）基坑开挖过程中，边开挖边架设钢支撑，支撑连接处可靠，确保支撑体系稳定。（2）施工时严格控制钢支撑各支点的竖向标高及横向位置，确保钢支撑轴力方向与轴线方向一致。（3）支撑拼接采用扭矩扳手，保证法兰螺栓连接强度。拼接好支撑经质检工程师检查合格后方可安装，包括支撑的长度、缺陷及偏心度等。对千斤顶、压力表等加力设备定期校验，并制定严格的预加力操作规程，保证预加轴力准确。加力后对法兰螺栓逐一检查，进行复拧紧。（4）当支撑轴力超过警戒值时，立即停止开挖，加密支撑，并将有关数据反馈给设计部门，共同分析原因，制定对策。（5）由于昼夜有温差，同时考虑支撑架设跨季节，温度对支撑损失影响大，因此除轴力监测需考虑温度修正外，需有一定的防支撑脱落措施。6.5.2.3桩间土支护（1）桩间土支护工艺流程见图6.7。图6.7桩间混凝土支护工艺流程1）钢筋网及挂网87 根据图纸，钢筋网片规格为Φ8@150×150mm，节点处用扎丝扎牢，也可用点焊焊牢，铺设时每边的搭接长度不小于300mm，为固定钢筋片，在桩间埋设短钢筋用于挂设钢筋网片。受喷面压缩空气速凝剂潮喷砼机砼搅拌机水泥砂碎石少量水水喷嘴图6.8喷射混凝土施工工艺流程图（2）喷射砼采用潮喷工艺潮喷砼就是按照配合比把喷射砼用的原材料加少量水拌制而成，送入喷射机料斗，同时加入速凝剂，喷射机活塞将混合料送入混合室，与压缩空气混合后进入喷射管，在喷嘴处加入水喷射到受喷面。施工技术要点1、喷射机安装好后再开风，然后送料。同时用高压风吹受喷面，清除受喷面上的尘埃。2、有条件时，宜将喷头固定在机械手上进行喷射作业；条件不许可，需采用人工撑握喷头时，应由两人共同操作喷头。3、喷射砼的混合料采用强制式砼搅拌机拌和，搅拌的时间应不少于2min，并且应保证连续供料。4、喷射混凝土作业应分段、分片进行。喷射作业时需自下而上，先喷拱壁和格栅钢架87 间隙部分，然后再喷两钢架之间部分。每一次喷射厚度必须根据喷射的部位以及设计的厚度而确定，拱部宜为5cm～6cm，边墙为7cm～10cm，后喷的那一层应在先喷的那一层凝固后进行。喷射路线应自上而下，呈“S”形运动；喷射时，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状前进，后一圈压前一圈三分之一。5、喷射机要求风压为0.3～0.5Mpa，喷头距受喷面的距离应该控制在0.6～1.2m时较好。6、喷头与受喷面保持垂直。7、喷射厚度受砼进入喷射机的坍落度、速凝剂的效果、气温的影响，潮喷机喷射墙部时，一次喷射厚度不超过10cm，喷射拱部时，一次喷射厚度不超过7cm。图6.9喷射混凝土施工工艺示意图87'