基坑维护结构设计

编号：（ ）字 本科生毕业设计设计题目：静安寺2号基坑设计与施工专 题：施工与基坑事故例析姓 名：苗发茂学 号：02080597班 级：土木工程地下2008-2班二一二年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：苗发茂学 号：02080597学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（城市地下工程方向）设计题目：静安寺2号基坑设计与施工专 题：施工与基坑事故例析指导教师：徐志伟职 称：副教授二一二年六月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院力学与建筑工程 专业年级 土木工程专业地下2008 学生姓名 苗发茂 任务下达日期： 2012年 1 月 10 日毕业设计日期： 2012 年 1 月 10 日至 2012 年 6 月 10 日毕业设计题目：静安寺2号基坑设计与施工毕业设计专题题目：施工与基坑事故例析毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海轨道交通七号线静安寺2号基坑工程的实际资料，进行该基坑工程的围护结构设计和施工组织设计。围护结构设计内容应包括基坑维护方案设计，基坑支撑方案设计，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括基坑施工准备、施工方案、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理等内容。绘制图纸：基坑平面图、纵剖面图，基坑横断面图，基坑施工总平面布置图，基坑施工横道图。专题要求：通过对实际基坑事故的分析，总结因施工方面引发基坑事故的具体原园并提出预防措施。绘制图纸：1张。其它要求：绘制的图纸中，要求手工绘制1张。翻译一篇与设计或专题内容相关的外文参考文献，其中文字数不少于3千字，并且附原文。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本毕业设计的主要内容是静安寺2号基坑的设计，包括围护结构设计和施工组织设计两部分。该基坑内净全长195m，由北端头井、标准段、南端头井三部分组成。其中，北端头井开挖尺寸为：26.90615.10m(长度宽度)；南端头井开挖尺寸为：33.39815.905m(长度宽度)；标准段开挖尺寸为：166.20426.158m(长度宽度)。基坑开挖深度标准段为23.35m，南、北端头井为25.09m。基坑周围已建成建筑物较少，但交通繁忙，基坑施工可能会给基坑周围交通带来一定影响。结构设计主要是围护方案的选择、支撑的布置、结构内力的计算和结构强度的验算。施工组织设计主要是关于车站施工工艺、施工进度的控制以及施工质量控制等。对于静安寺2号基坑施工的难点和重点是通过地基加固来解决运营地铁2线保护和高架桥墩的保护。其中，地基加固的形式我主要采用的是深层搅拌桩和高压旋喷桩。专题部分，我做的是“施工与基坑事故例析”。在这部分，我主要介绍了基坑事故中的几种施工方面的因素，分析了基坑施工的几点不合理以及可能带来的工程问题等。关键词：深基坑 地下连续墙 施工 事故ABSTRACTThe content of the design is the design of the Jingansi No 2 excavation pit, which includes construct and construction management design .The excavation pit include three part ,which are the north well ,the south well ,and the normal part.The length of This excavation pit is 195m . The width of the north well is 15.10m ,the length of the north well is 26.906m. The width of the south well is 15.905m ,the length of the south well is 33.398m.The depth of both the south well and the north well is 25.09m.The width of the normal part is 26.158m,the length of the normal part is 166.204m.The depth of the normal part is 23.35m.There is only a few of buildings around the excavation ,but a lot of traffic .The operations of the excavation will have some influents on the traffic .the construct design includes the choosing of enclose project, the dispose of the support, the calculating of structure internal force and checking computation of structure intension .The design of construction management includes the construction technics of excavation pit ,the control of construction schedule and the control of construction quantity .For this excavation pit , the difficulty and keystone is how to reduce infection of the No 2 subway which has already run , and how to protect the viaduct bridge .I use the way of ground stabilization to resolve these problems. The means of the ground stabilization are the Deep mixing pile and the High pressure jet grouting pile.After the commonly design , I write a special paper about the Construction pit accident cases analysis. I introduced Several construction factors in pit accident . On the time ,I also introduced some of the foundation construction is unreasonable, and the potential engineering problems.Keyword: deep excavation underground continuous wall construction accident第一部分静安寺2号基坑围护结构设计1 工程概况上海轨道交通七号线从市区的西北部穿越市中心城区至浦东的西南地区(龙阳路)，途经宝山区、普陀区、静安区、徐汇区和浦东新区，线路全长约35km，共设29座车站。静安寺站是七号线的一个中间站，其上行线上方车站为昌平路站，上行线下方车站为常熟路站。根据总体线路走向，该站沿常德路大致呈南北向布置，东临安义路，西侧为在建中的越洋广场，东侧为拟建的嘉里二期项目，需要与上海市轨道交通2号线在此进行通道换乘。11工程地质及水文地质资料1.1.1工程地质条件场地地势较为平坦，地面标高（吴淞高程）一般在2.293.07 m之间。地貌形态单一，属滨海平原地貌类型。拟建场地地基土在70.75m深度范围内均为第四纪松散沉积物，属第四系滨海平原地基土沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。本工程拟建场地沿线地基土分布有以下特点：1) 浅部以饱和粘性土为主，无粉性土分布，第1层褐黄灰黄色粉质粘土下为第层淤泥质粉质粘土和第层淤泥质粘土，其中第层中夹较多薄层粉性土。2) 第层土分布较为稳定，上部粘性较重，向下夹较多薄层粉土。3) 本区段第、层分布稳定。第层硬土层层顶埋深一般在27.6535.0m，厚度2.05.0m左右；第层可划分为1、2层两个亚层，其中1层顶埋深一般在30.737.0m左右；第2层层顶埋深约为42.046.5m左右。4) 第1、第2层顶面埋深分别为48.251.8m和58.060.5m左右。5) 第层埋藏较深，顶面埋深为67.568.5m。1.1.2水文条件拟建场地浅部地下水属潜水类型，补给来源大气降水及地表迳流，潜水水位埋深为0.501.50m；根据地质资料，本拟建场地第1层存在承压水，承压水水头埋深为7.45m。在基坑施工期间将采取有效的降水措施，保证开挖过程中基坑的安全和稳定。拟建场地浅部地下水和地基土对混凝土无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。地质资料显示，根据上海市历史河流图，拟建场地在北侧有南北转东西向的暗浜分布（浜宽约610m）。因浜填土成分复杂，结构松散，地下连续墙施工开挖时易产生坍塌现象，对地下连续墙及已有建筑物、地下管线等产生不利影响，必要时将采取适当的加固措施。1.2工程周围环境1.2.1邻近建筑静安寺车站建设过程中，存在以下建构筑物分布在基坑的四周：（1）运营地铁2号线。北端头井距已建成的轨道交通2号线静安寺站端头井约21.8m，距2号线静安寺站与区间隧道接头处约26.1m，距2号线区间隧道约15.8m；（2）越洋广场工程。本站出入口、风亭及夹弄工程直接与越洋广场的基坑直接相接，且整个车站全长与越洋广场基坑并行，车站及夹弄施工过程中，须采取有效措施，保证相邻基坑的安全。（3）名城广场结构。静安寺站北端头井东北侧距现有“名城广场”约7m，车站1号出入口及风道结构距“名城广场”约5m；（4）高架道路结构。静安寺站南端头井距延安中路高架桥墩约30.1m。施工期间将采取切实有效的针对措施，保证上述周边建筑物的安全。1.2.2 地下管线根据招标文件提供的管线搬迁方案中的勘查资料，本工程施工过程中，管线需要搬迁或改排主要集中在常德路路面以下，管线分布情况如表1所示：表1 静安寺站地下管线分布表管线种类管径（mm）/规格埋深（m）材质位置处置方法电话1根0.7缆常德路道路下搬 迁电话9孔0.7缆常德路道路下搬 迁电话1根0.5缆常德路道路下搬 迁电力1根0.2缆常德路道路下搬 迁污水3001.2砼常德路道路下搬 迁煤气3001.2铁常德路道路下搬 迁煤气5001.1铁常德路道路下搬 迁雨水9001.4砼常德路道路下搬 迁上水6251.7铁常德路道路下搬 迁上水1501.0铁常德路道路下搬 迁雨水9002.4砼常德路道路下搬 迁电话6孔0.7缆常德路道路下搬 迁电话1根0.4缆常德路道路下搬 迁电力2根0.6缆常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁上水1500.9铁常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁上水4000.7铁常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁电话24孔1.0缆常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁电话2根0.8缆常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁雨水12001.5砼常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁污水2301.4砼常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁煤气3001.1铁常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁煤气5001.4铁常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁煤气500.4铁常德路安义路交汇处道路下沿安义路走向搬 迁1.2.3 周围道路静安寺车站沿常德路布置，横穿安义路，北端与南京西路相接。为此，该站的建设直接影响常德路、高架地面道路、安义路、南京西路等沿常德路的通行。2 设计依据和设计标准2.1 工程设计依据（1）上海市轨道交通七号线工程7标段（静安寺站）土建施工招标文件和招标补充文件。（2）上海市轨道交通七号线工程7标段（静安寺站）土建施工招标图及施工图。（3）参考资料；1）上海市轨道交通七号线（M7线）静安寺站（S14）岩土工程勘察报告2）有关静安寺站的现场条件及施工用地范围平面图；3）有关静安寺站的阶段施工交通组织平面图；4）有关静安寺站的地下综合管线图。（4）施工参照的主要技术规范见表2。表2 主要技术规范一览序号编 号名 称1国家和地方政府颁布的强制性条文2GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范3GB50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范4GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范5GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范6DBJ08-40-94地基处理技术规范7SZ-08-2000上海地铁基坑工程施工规程8DGJ08-61-97基坑工程设计规程9DGJ08-236-1999市政地下工程施工及验收规程10GB50300-2001建筑工程施工质量验收统一标准11GB50108-2001地下工程防水技术规范12GB50208-2002地下防水工程质量验收规范13DGJ08-11-1999上海市地基基础设计规范14GB500308-1999地下铁道、轻轨交通工程测量规范15CTJ49-92地铁杂散电流腐蚀防护技术规程16GB/T50326-2001建设工程项目管理规范17DBJ08-202-92钻孔灌注桩施工规程18JGJ109-96钢筋锥螺纹接头技术规程19TB10203-2002铁路桥涵施工规范20DBJ08-228-97市政桥梁工程施工和验收规范21GBJ500112001建筑抗震设计规范22DGJ08992建筑抗震设计规程23GB500212001岩土工程勘察规范24现行的国家及上海市颁发的其他技术规范和标准2.2 基坑工程等级及设计控制标准由于本工程的周边建构筑物大部分距离基坑较远，建筑结构形式相对较好，所以支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边建筑物、交通、管线及地下结构施工影响一般，据建筑基坑支护技术规程（JGJ12099）可知，本工程基坑侧壁安全等级为二级。2.3 基坑设计控制标准（1）13轴、1720轴地面最大沉降量0.1%H, 围护墙最大水平位移0.14%H；317轴地面最大沉降量0.2%H, 围护墙最大水平位移0.3%H，H为基坑开挖深度。（2）抗隆起安全系数K1.5【1】。3 基坑围护方案设计3.1基坑围护方案对于地下水位较浅的软土地区，常用挡土结构主要有以下几种类型：水泥土重力式挡土墙（水泥土搅拌桩和高压喷射注浆桩挡土墙）；以SMW工法为代表的劲性水泥土搅拌桩；间隔设置的单排灌注桩和预制桩加有关止水措施（水泥搅拌土桩、高压喷射注浆桩及桩间注浆等）形成的组合桩排挡土墙；全套管钻孔咬合桩；地下连续墙。以下是这几种方案特点：3.1.1水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量30%（黄土含水量70%或地下水的pH值4时不宜采用。水泥土搅拌桩优点：施工时无振动、无噪声、无泥浆废水污染；水泥土实体相互咬合较好，比较均匀，桩体连续性好，强度较高；既可挡土又可形成隔水帷幕；适用于任何平面形状；施工简便；同一墙体可设计为变截面、变深度、变强度。缺点：坑顶水平位移较大；坑顶宽度较大。适用范围：建筑基坑支护技术规程JGJ12099中规定：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土桩施工范围内地基土承载力150kPa；基坑深度6m。3.1.2钻孔灌注桩+搅拌桩的组合式围护结构又称柱列桩+止水帷幕组合式，往往是内侧钻孔灌注桩结合外侧深层搅拌桩做止水帷幕的方法。其特点主要是：（1）灌注桩作受力结构，而搅拌桩作止水结构；（2）适用于软弱地层中的挖深12m的深基坑，当开挖深度超过12m且底层可能发生流砂慎用；（3）施工低噪音，低振动，施工方便，造价经济，止水效果较好；（4）搅拌桩与灌注桩结合可形成连拱形结构，搅拌桩做受力拱，灌注桩作支承拱脚，沿灌注桩竖向设置道数适量的支撑，这种组合方式可因地制宜取得较好的技术经济效果。总结以上其优点是：（1）施工造价较低；（2）施工方法较为简单，施工机械也较多；（3）易于分段进行施工。其缺点是：（1）施工用电量较大，重复占用施工场地，相对工期长；（2）场地污染大，泥浆多，文明施工不易保持。3.1.3地下连续墙它以专用的挖槽设备开挖沟槽，并采用触变泥浆护壁，在槽内设置钢筋笼，采用导管法浇筑混凝土，形成一个单元槽段的混凝土墙体。依次继续挖槽、浇筑施工，连接成一道连续的地下钢筋混凝土墙或帷幕，以作为防渗、挡土、承重的地下墙体结构。地下连续墙的优点：（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，目前国内地下连续墙的厚度可达0.61.3m，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；（4）可用于逆做法施工。地下连续墙刚度大，易于设置埋件，很适合于逆做法施工；（5）适用于多种地基条件；（6）安全经济，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，工效高，工期短，质量可靠。地下连续墙的缺点：（1）在一些特殊的地质条件下（如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等），施工难度很大；（2）如果施工方法不当或地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题；（3）地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高些；（4）在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦。3.1.4 SWM工法它是先用螺旋钻机按设计位置钻孔疏松泥土，且孔与孔之间有一定的搭接长度，之后向疏松泥土中注入水泥浆液，然后按设计间距打入H型钢形成劲性水泥土，最后形成一排挡土止水帷幕。其优点是：（1）造价较低，用过的型钢能够回收；（2）成桩止水效果好，若水泥掺量达到25%效果会更好些；（3）分段施工容易处理，不会形成施工缝；（4）施工进度快。其缺点是：（1）机械施工用电量较大；（2）在粉细砂层易产生抱钻现象；（3）其基坑围护结构属柔性支护，变形大，不适合太深基坑。3.1.5全套管钻孔咬合桩钻孔咬合桩是一种新型围护结构形式，它是在平面上沿一条轴线设置单排钻孔桩，相邻的桩互相搭接，为一种特殊的桩列式挡土坡，它与传统的人工挖孔桩、钻孔密排桩相比，具有防渗效果好，泥浆污染小，环保好，不易塌孔等优点。具体的，其优点是：（1）钻孔咬合桩的桩间互相咬合，形成排桩整体受力，抗荷载能力最强，且具有很好的防水效果；（2）强度和刚度均较大，可以作为永久结构的一部分，在结构抗浮不满足是可以兼作抗拔桩；（3）全桩套管跟进成孔施工，不易塌孔、振动小，特别适合紧邻地下管线等构筑物的施工；（4）与普通钻孔灌注桩相比，无泥浆、噪音低、文明施工、环保效果好；（5）成桩垂直度好整体性强，节约混凝土；（6）利用套管成桩可设砂桩的优点，围护结构可分段施工，对一些施工场地小、工期紧、交叉施工干扰大的工程可做到见缝插针，节约施工场地和工期。其缺点是：（1）造价较高；（2）须对接头桩进行旋喷桩堵漏处理；（3）对施工精度、工艺和混凝土配比均有严格要求，否则桩体无法形成充分咬合。3.2基坑围护结构方案比选本工程的特点：上述主要方案的比较如下表3所示： 表3 主要挡土结构比选技术特征挡土结构水泥土搅拌桩SMW工法钻孔灌注桩+治水帷幕组合桩全套管钻孔咬合桩地下连续墙经济开挖深度（m）61061461510202040现场要求较少较少一般一般较高施工占地较大小较大小大施工工艺较简单较复杂较简单较复杂复杂环保要求废土外运少，对环保影响较小废土外运少，对环保影响较小泥浆对环保影响大噪声低，无泥浆，对环保影响小泥浆对环保影响大整体刚度一般较大较大较大大抗渗漏较好较好一般好好桩（墙）体质量较好好一般好好技术成熟程度熟练熟练熟练熟练较熟练与永久结构关系临时结构临时结构可作为永久结构的一部分可作为永久结构的一部分永久结构或永久结构的一部分与结构抗浮的关系与主体结构抗浮无关与主体结构抗浮无关与主体结构拉结，对主体结构抗浮有利与主体结构拉结，对主体结构抗浮有利与主体结构拉结，对主体结构抗浮有利费用低低一般一般高1.基坑开挖深度大， 最大开挖深度达到25.09m，而标准段的最大开挖深度也达到23.35m。2.地下水位较高，年平均地下水位离地表面0.70.9m，围护方案对防水要求高，车站及人行通道均按防水等级一级的要求设计，即结构顶板不允许渗漏水，侧墙表面只允许有少量偶见湿渍；车站的风道、空调机房均按防水等级二级处理；车站及出入口的混凝土结构采用防水混凝土，其抗渗等级S8【3】。3. 周边环境保护要求非常严格，施工场地狭小，并有承压水的影响。4.基坑长度较大，南北端头井之间的距离将近200m。对于主体围护结构，结合本工程的特点：钢板桩由于变形较大，不利于深基坑的稳定性，故不宜采用。而SMW虽然在国外尤其是日本开挖深度达到20 m以上时也曾得到应用，但毕竟在国内应用于深基坑工程的技术要求高，亦不宜采用。沉井法应用于深基坑也对技术要求高、对施工的要求高、成本高、且不利于同时施工。综合本深基坑工程自身特点、经济、工期、施工技术等各方面因素综合考虑，本工程主体围护结构均采用刚度大、强度高、抗渗性能好的地下连续墙。地下连续墙的墙厚一般为 6001000mm 范围内，墙深一般为基坑深度的1.72.0倍。由于本工程基坑等级为二级，主体围护结构及与越洋广场夹弄墙厚拟定为1000mm，1号出入口（含1号风亭）墙厚定为800mm，地连墙深度取1.75倍，则：南北端头井地墙总深为：25.09m1.75=43.01m，取43.5m。标准段（轴3至轴25段）：23.35m1.75=40.86m，取41.5m。根据以上计算初定，主体围护结构中，南、北端头井地墙总深为43.5m；标准段地墙总深为41.5m。4 基坑支撑方案设计4.1支撑结构类型在软弱地层的基坑工程中，支撑结构是承受围护墙所传递的土压力，水压力的结构体系。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，如表4.1：表4.1 支撑形式按材料分类表材料截面形式布置形式特点现浇钢筋混凝土可根据设计要求确定断面形状和尺寸竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置有对撑、边桁架、环梁结合边桁架等，形式灵活多样混凝土结硬后刚度大、变形小、强度的安全可靠性强、施工方便，但支撑浇制和养护时间长，围护结构处于无支撑的暴露状态的时间长、软土中被动区 土体位移大、如对控制变形有较高要求时，需对被动区软土加固。施工工期长，拆除困难，爆破拆除对周围环境有影响钢结构单钢管、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；平面布置形式一般为对撑、井字撑、角撑、亦有与钢筋混凝土支撑结合使用，但要谨慎处理变形协调问题安装、拆除施工方便，支撑中可加预应力，可调整轴力而有效控制围护墙变形；施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，施工支撑不及时不准确，会造成失稳现浇钢筋混凝土支撑体系通常由围檩(头道为圈梁)、支撑及角撑、立柱和围檩托架或吊筋、立柱、托架锚固件等其它附属构件组成。钢结构支撑体系通常为装配式的，由内围檩、角撑、支撑、千斤顶(包括千斤顶自动调压或人工调压装置)、轴力传感器、支撑体系监侧监控装置、立柱桩及其它附属装配式构件组成。在本工程中，由于考虑到施工工期、工程造价等方面影响，南北端头井及标准段的横向支撑全部采用钢支撑形式，并在南北端头井各设置4个角撑。4.2 支撑体系的布置形式常用支撑体系的布置形式有：同一水平面的直交式或非同一水平面的直交式、井字型集中式布置、角撑体系布置、边桁架、圆形环梁布置、垂直对称布置、圆拱布置、竖向斜撑、中心岛式开挖的支撑布置、逆作法施工、拉锚（锚碇）、锚杆、组合式布置等。结合本工程的水文地质情况、周围环境、基坑长度、深度及宽度经济等因素选取支撑形式，具体为南北端头井均采用7道609钢支撑，标准段采用6道609钢支撑。南端头井基坑净宽31.40m，北端头井基坑净宽度24.91m，标准段基坑净宽24.16m，为维护支撑稳定，所有支撑均设置中间支承桩。考虑后期车站主体结构的浇筑，支撑应避开设置。初定标准段各道支撑中心标高（从上到下）分别为：0.00（地表）、-4.00m、-8.00m、-12.10m、-16.20m、-20.30m；端头井各道支撑中心标高（从上到下）分别为：0.00（地表）、-3.00m、-6.00m、-10.00m、-14.00m、-18.00m、-22.00m。其中，南北端头井角撑位置见静安寺2号基坑横断面图和静安寺2号基坑平面图。4.3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，可能出现的围护结构、支撑结构的过大变形和内力、周围地表过大沉降、以及围护墙和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。同时在施工过程中按照设计所提的各项监测管理体系进行施工监测，并根据检测提出的警告信息及时采取相应预防灾害事故的应变措施。表4为基坑开挖过程中可能出现的问题及相应的稳定应变措施。表4 基坑施工应变措施序号开挖中可能出现的问题安全、稳定应变措施1 围护结构出现渗水，漏泥或开挖面以下出现冒水1.出现渗水，漏泥应及时采取止水堵漏措施；2.发现止水在设计施工中的薄弱环节，及时加固弥补措施2开挖土方不均衡，支撑延时导致围护和支撑的受力和变形速率变化过大，基坑回弹和周围土体变位过大采取调整开挖及支撑的施工部位及参数，是基坑外荷均衡，减少每步开挖的空间尺寸，加快支撑的时间，增加支撑复加预加轴力的次数3围护结构刚度，强度不足，围护结构变形过大1.增加临时斜撑、角撑；2.支撑加设预应力；3.调整支撑的竖向间距；4.基坑四周卸载或坑内压载4基坑隆起，变形过大1.分区分步开挖，并在最下层开挖中，分步挖分步浇注快硬混凝土垫层先形成部分垫层底版抵制墙体变位；2.采用中心岛施工法；3.在坑底被动区土层中谨慎地超前一步进行双液快凝分层注浆加固土体或压载5支撑挠曲变形1.加固支撑杆件；采用临时拉系构件缩短长细比必要时在水平向及竖向增设支撑；2.地面上对称卸载，坑内压载6支撑截面不足，有压损迹象对支撑断面加固；在竖向及水平向增设支撑7支撑立柱桩不均匀沉降（上浮）1.设置竖向剪刀撑；2.设置稳定支撑的拉系构件；3.支撑和节点上卸载或加载；4.调整立柱上支托支撑的支托构件标高8围护、支撑、周围地表变形、坑底土体隆起变化速率均急剧加大，基坑有失稳趋势对基坑进行局部甚至全面回填或放水回灌以得到临时稳定，赢得时间进行地基或支撑加固5 计算书5.1 土压力计算一般来说，基坑围护结构所受的荷载主要有侧向荷载、竖向荷载、地震荷载、风载、地面超载等。在本工程中，基坑围护结构所受的荷载主要考虑地面超载、竖向荷载和侧向荷载。考虑到基坑在施工完成后，在使用阶段会回填0.5m 的高度，所以在地墙顶端以上的杂填土也相当于超载的一部分。取杂填土的重度为18，回填土位于地下水位之上。地铁车站建成若干年后，土压力会由施工时的主动土压力转变成为静止土压力，由于在施工时要求严格控制墙体的侧向位移，另外地墙还作为正常使用时的结构（即永久结构），所以在本基坑中采用静止土压力来进行围护结构内力计算。这样会使围护结构的设计偏于安全。土压力计算公式：（1）成层土自重应力 （5.1） 式中 -天然地面下任意深度z处的竖向有效自重应力，kPa； n-深度z范围内的土层总数； -第i层土的厚度，m； -第i层土的天然重度，对地下水位以下的土层取浮重度，。（2）静止土压力强度 （5.2）式中 -静止土压力强度，kPa； -静止土压力系数，由于本工程各土层有效内摩擦角未知，对于粘土，的计算采用Massarsch经验公式，；对于砂土，粉土，按经验公式取0.3。（3）静止土压力 （5.3）式中 -静止土压力，kN/m； H-挡土墙高度，m。对于由地面超载q引起的侧压力按主动土压力计算，为方便计算且考虑到使用阶段的实际使用情况，q按满布均布荷载计算：考虑超载后的静止土压力： （5.4）式中 -主动土压力系数，-主动土压力系数，为土层内摩擦角。表5 静安寺站土层物理力学性质参数表土层编号土层名称各层平均重度，kg/m3各层平均浮重度，kg/m3各层平均层厚hi，m各层内摩擦角i，度粘聚力C,kPa1填土180.727.2191填土1881.5527.2251褐黄灰黄色粉质粘土18.68.61.7529.8261灰色淤泥质粉质粘土17.27.2433.6261淤泥质粉质粘土16.96.98.5536.9292灰色砂质粉土18.78.73.6526.3171-1灰色粘土17.97.95.136.7272-2灰色粉质粘土夹粘质粉土18.18.19.0535.518暗绿草黄色粉质粘土19.79.73.537.5261草黄灰黄色砂质粉土18.68.63.532.2182灰色粉砂18.88.86.3533.3161暗灰草黄色粉质粘土18.58.5836.5292浅黄色粉质粘土18.68.6335.828在地下连续墙深度范围内，由于土的重度、粘聚力、内摩擦角和厚度都各不相同，为了达到计算方便和合理，各指标采用按土层厚度的加权平均值来计算。计算公式如下： （5.5） （5.6） （5.7）式中 -第i 土层的厚度（m）；-第i 土层的粘聚力（kPa）；-第i 土层的天然重度（kg/m3）；各参数加权平均值计算结果如表6：表6 各参数加权平均值计算结果()c(kPa)端头井17.6225.0034.58标准段17.6025.2033.885.2 围护结构地基承载力验算本工程地下墙兼作永久承重结构，由规范可知，地下连续墙的竖向承载力P 是由侧壁摩阻力F 和墙底端承力R 两部分组成，即： （5.8） （5.9） （5.10）式中 L、B-地墙所取宽度、厚度（m ）； -第i 土层的厚度（m ）；-第i 层土的墙体侧壁摩阻力标准值（具体值，查相关规范）；-墙底土的承载力标准值（查表：本基坑中取=3000 kPa ）。由于标准段的开挖深度和地连墙深度都大致相同，所以只验算最深的一段，其地下连续墙深度为41.5m；南北端头井的开挖深度和地连墙深度也大致相同，故只验算最深的一个，其地下连续墙深度为43.5m。其它验算皆取这两个截面。标准段（地连墙深度为41.5m）：F=1.02.2520+1.7560+450+8.5560+703.65+3.1430+2（1.9630+9.0570+3.540+3.550+0.1550）=2807.52kNR=90011=900kN所以单位长度地连墙的竖向承载力为：P=F+R=3707.52kN地连墙自重：结构上部传来的荷载取1000kN，则1079+1000=2079kNP=3707.52kN故围护结构地基承载力满足要求。在端头井部分（地连墙深度为43.5m）：F=1.02.2520+1.7560+450+8.5560+703.65+4.89230+2（0.2130+9.0570+3.540+3.550+2.1550）=3389.86kNR=9001.01.0=900kN所以单位长度地连墙的竖向承载力为：P=F+R=4289.86kN地连墙自重：结构上部传来的荷载取1000kN ，则1131+1000=2131P=4289.86kN故围护结构地基承载力满足要求。5.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算采用同时考虑C、的抗隆起计算法： （5.11）式中 D-墙体插入深度； H-基坑开挖深度； q-地面超载； -坑外地表至墙底，各土层天然重度的加权平均值； -坑内开挖面以下至墙底，各土层天然重度的加权平均值； c、-地墙底以下主要影响范围内地基土的粘聚力、内摩擦角峰值； -地基极限承载力的计算系数。采用普朗特尔公式，分别为： （5.12） 其中，、c、分别采用公式（5.1）（5.3）计算。计算结果见下表5.3：表7 端头井和标准段各参数计算结果D(m)H(m)q(kP) c(kPa)端头井18.4125.092017.6218.5825.0034.58标准段18.1523.352017.6018.4925.2033.88端头井段：(满足)标准段： (满足)由上计算可知，基坑底部土体均不会发生隆起现象。5.4 抗渗验算在地下水位较高的地区基坑开挖以后，地下水形成水头差hw，使地下水由高处向低处渗流。当渗流力较大时，就有可能造成基坑底部的渗流稳定性破坏。如图5.2,基坑抗流稳定的安全系数应满足下式： （5.13）图5.2 基坑抗渗稳定性验算图示式中 坑底土体临界水力坡度，根据坑底土的特性计算；坑底土体的相对密度；坑底土体天然孔隙比；坑底土体渗透水力坡度，；基坑内外土体的渗流水头（m），取坑内外地下水位差，见图5.2；最短渗径流线总长度（m）；抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.52.0。本基坑取2.0，因此，基坑底抗渗稳定性验算满足要求。5.5 抗倾覆验算地下连续墙的抗倾覆稳定性验算是验算最下道支撑以下的主动、被动土压力绕最下道支撑点的转动力矩是否平衡。据规范，抗倾覆稳定性安全系数应满足： （5.14） 式中 -基坑内侧被动土压力对B点（最下一道支撑处）的力矩；-基坑外侧BD段（最下道支撑处至地墙底端）主动土压力对B点的力矩；-基坑内侧被动土压力；-基坑外侧B点处主动土压力强度；-基坑外侧D点处主动土压力强度；-最下一道支撑离坑底的距离。被动土压力按朗肯土压力计算： （5.15）式中 H-墙体高度，端头井：H=43.5-25.09=18.41m,标准段：H=41.5-23.35=18.15m；则端头井： 标准段：主动土压力强度： （5.16） 式中 e-主动土压力强度，kPa； z-所计算点离地面深度，m，其它符号同上。端头井：标准段：端头井： 标准段：综上计算可知，端头井和标准段的抗倾覆安全系数均大于允许值，故本基坑工程不会发生倾覆破坏。5.6 整体圆弧滑动稳定性验算有支护的基坑的整体稳定分析，采用圆弧滑动法进行验算。分析中所需地质资料要能反映基坑顶面以下至少23倍基坑开挖深度的工程地质和水文地质条件。当考虑内支撑作用时，通常不会发生整体稳定破坏。因此，对只设一道支撑的支护结构，需验算整体滑动，本基坑中设置6道内支撑时可不作验算。5.7 围护结构内力变形计算地下连续墙内力变形计算采用山肩邦男近似解法，其基本假设为：1）在粘土地层中，墙体作为底端自由的有限长的弹性体；2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形（已抵消开挖面一侧的静止土压力）；3）开挖面以下土的横向抵抗反力取为被动土压力，其中（x + ）为被动土压力减去静止土压力（x）后的数值；4）横撑设置后，即作为不动支点；5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的板桩仍然保持原来的位置；6）开挖面以下板桩弯矩M =0的那点，假想为一个铰，而且忽略此铰以下的墙体对上面墙体的剪力传递。计算墙后土压力（水土分算法）： （5.17） 式中 -静止土压力（kPa）； -静止土压力系数，取为0.4； h-距离填土表面深度，（m）； -竖向土压力转换为侧向土压力的转换系数，即侧压力系数。（1）标准段段内力计算：开挖深度23.35m，C=25.20kPa,=33.88，=17.60，有6道支撑。，即由于坑内开挖前将水位降低，所以坑内土压力采用降水后的土压力，降水前后土的容重减少值按经验取1.5,则：（5.18） 式中 x +-基坑底面以下x处被动土压力减去静止土压力x后的净土压力值（kPa）；-被动土压力系数，其中；x-距坑底的深度（m ）。即 =43.62，=94.55山肩邦男近似解法只需应用两个静力平衡方程，即和,即地下连续墙前后侧合力为零和地下连续墙墙底端自由。由得： （5.19） 根据各上式得： （5.20） 式中 -第k道支撑的轴力（kN/m）； -换算墙顶至坑底高度（m）； -坑底至地墙弯矩为零处的高度（m）； -第i道支撑距当前开挖面高度（m）； -最下一道支撑距当前开挖面高度（m）。第一道支撑计算：式中 -杂填土的重度，取18；q-地面超载，取20。第一道支撑时， 由式（5.20）得：即解得： 将代入式(5.19)求轴力:第二道支撑计算：由式（5.20）得：代入式（5.19）得： 第三道支撑计算：由式（5.20）得代入（5.19）得 第四道支撑计算：由式（5.20）得代入（5.19）得：第五道支撑计算：由式（5.20）得：代入（5.19）得：第六道支撑由式（5.20）得：代入式（5.19）得：基坑底部弯矩计算（2）端头井内力计算：开挖深度25.09m，C=25kPa,=34.58，=17.62，有7道支撑。，即由于坑内开挖前将水位降低，所以坑内土压力采用降水后的土压力，降水前后土的容重减少值按经验取1.5,则： (5.21) 式中 x +-基坑底面以下x处被动土压力减去静止土压力x后的净土压力值（kPa）；-被动土压力系数，其中；x-距坑底的深度（m ）。即 =45.38， =95.20同时用山肩邦男法计算端头井各道支撑的结果见表8、表9：表8 各支撑之间的竖向间距支撑1223344556677基底间距，m334444 3.09表9 端头井各支撑处内力计算结果第1道支撑第2道