地铁车站明挖法地下连续墙课程设计

地铁车站明挖法地下连续墙课程设计学院:资源与安全工程学院班级:城市地下空间工程1102班姓名:学号:02021102262015年1月目录第一章设计方案综合说明..................................21.1工程概况.........................................31.2车站周边环境条件.................................31.3工程水文地质条件.................................31.4地下管线情况......................................41.5明挖法施工.......................................51.6支撑体系参数研究概述..............................9第二章地下连续墙支护设计计算...........................112.1确定荷载，计算土压力：...........................112.1.1计算①②③层土的平均重度γ，平均粘聚力c，平均内摩檫角φ......................................112.1.2计算地下连续墙嵌固深度...................112.1.3主动土压力与水土总压力计算...............122.2地下连续墙稳定性验算...........................142.2.1抗隆起稳定性验算.........................142.2.2基坑的抗渗流稳定性验算.....................162.3地下连续墙静力计算...............................172.3.1山肩邦男法................................172.3.2开挖计算...................................192.4地下连续墙配筋...................................222.4.1配筋计算..................................222.4.2截面承载力计算.............................24第三章结论............................................26第一章设计方案综合说明1.1工程概况某地铁车站主体结构外包尺寸长260m，标准段宽22m，是地下2层岛式车站。车站主体基坑开挖深度标准段深为14m，采用地下连续墙支护。1.2车站周边环境条件本车站位于道路交通路口，地下管线密集，埋设有各种电力、通讯、燃气、自来水、污水管线。1.3工程水文地质条件本车站的土层分布较为稳定，本工程基坑开挖所涉及到的土层有2层，由上而下依次为：第①层淤泥质粘土，平均厚为6.2m，C=12kPa，f=11°，γ=12kN/m3;第②层粉砂粘土，平均厚为14m，C=13kPa，f=21.5°，γ=18.6kN/m3;第③层粉砂，平均厚为5m，C=0kPa，f=30°，γ=18.8kN/m3;地铁建设所及地下深度，一般达十几米至二十几米。本工程所在区域地基土层主要是杂填土、粘质粉土、粉砂等，现分述如下:(1)杂填土淤泥质土根据土中有机质含量的多少，也可将土划分为无机土、有机土、泥炭，泥炭质土。有机土包括淤泥、淤泥质土，其有机质含量为：5%Wu≤10%；泥炭质土有机质含量为：10%Wu≦60%(2)粘质粉土粉性土的一种，按塑性指标Ip区分，粘质粉土Ip≦10，粒径小于0.005mm的颗粒含量等于或大于全重的10%，小于等于全重的15%。其中粉性土包括粘质粉土和砂质粉土，砂质粉土粒径小于0.005mm的颗粒含量小于全重的10%。(3)粉砂粉砂，指的是粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%，有轻微粘着感。《土的分类标准》（GBJ145--90）规定，细粒含量在15%~50%之间，且细粒为粉土的土，称为粉土质砂。《岩土工程勘察规范》（GB50021--2001（2009版））规定，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土，应定名为粉砂。《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）规定，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土，称为粉砂。《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）3.1.9规定，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量的50%的土，称为粉砂。1.4地下管线情况车站施工前，对现况管线进行了物探，对影响车站施工的管线进行了改移，围护桩及中桩施工时应注意改移后未拆除管线的影响，尤其对雨污水管线除段内的存水，施工前应进行疏干。1.5明挖法施工明挖法施工主要分为围护结构施工、站内土方开挖、车站主体结构施作和回填上覆土和恢复管线四个部分。根据不同的地质条件和车站结构的大小以及基坑深度，明挖法的围护结构可采用地下连续墙、锚杆、钻孔桩加旋喷桩止水、sMw水泥土加型钢等。由于明挖法施工技术简单、快速、经济，各国地铁施工都把明挖法作为首选技术。明挖法适用条件为:在基坑开挖范围内无重要的市政管线或市政管线可以临时改移;城市道路交通流量不大或当需要封闭道路交通时有临时改道条件。若基坑所处地面空旷或建筑物间距很大，地面有足够空地能满足施工需要，又不影响周围环境，则采用敞口放坡(或土钉墙)施工。明挖法施工分类：①放坡开挖技术。在工程地质及水文地质条件允许的情况下，可采用放坡开挖的施工技术。边坡坡度根据地质、基坑挖深及参照当地同类土体边坡稳定值确定。基坑的开挖尺寸要保证满足结构施工的需要，需要设排水沟、集水井的基坑，其开挖尺寸可适当加宽。基坑应自上而下分层、分段依次开挖，以防止掏底开挖发生事故，开挖应随挖随刷边坡。②型钢支护技术。型钢支护一般是使用打桩机或沉拔桩机打人或沉人工字钢或钢板桩，根据不同地区和地质条件设定桩距，桩间采用木背板、水泥土或钢丝网喷混凝土挡护。当基坑较深时，可采用双排桩，由拉杆或连梁连接共同受力。地铁施工也可采用多层钢横撑支护技术，还可用单层或多层锚杆，使其与型钢共同形成边坡支护体系。③连续墙支护技术。连续墙支护一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽设备，也成槽插入街头箱放入钢筋笼有用多头钻和切削轮式成槽设备的。槽段采用膨润土泥浆护壁，灌注水下混凝土，使其形成混凝土挡土墙结构。为加强支护能力，一般采用钢横撑和锚杆拉紧连续墙共同受力的方式。连续墙不仅能承受较大的荷载，同时具有隔水的作用。混凝土浇灌拔出接头箱地下连续墙的优点:①施工时噪音和震动都小，属于低公害施工方法，并且对周围建筑和地下管线的影响较小，因此比较适合在建筑密集的城市施工。②应用于深基坑时，基坑无需放坡，土方量小，可以有效保护邻近建筑物。③浇筑混凝土无需支模和养护，可以节约施工费用和材料，并可以在低温环境中施工。④实际工程中应用范围很广，如防渗、截水、挡土、抗滑等等⑤可以在不同的地层条件下应用，除粗颗粒土以外，一般粘性土和沙类土都可成墙。⑥刚度大，整体性好。地下连续墙应用在深基坑工程中时，基坑变形小，周围地面沉降小。地下连续墙可以非常有效地降低施工工程与相邻建筑的距离。查阅国外资料可知，在法国，地下连续墙与相邻建筑的距离可缩小至0.5m左右。而在日本，可缩小到0.2m左右;同时，在较繁华的城市交通中心区修建地下铁道等地下结构时，可以做到不影响或者少影响街面交通。⑦在高层建筑修建多层地下室采用地下墙作为外墙时，可以采用逆作法施工，下部结构与上部结构的施工并进，工作面得到很好开展，可以有效缩短工期，降低工程成本地下连续墙的不足:①施工技术比较复杂，要求较高。如果不能合理选用施工机械，会影响施工质量，使后期处理的工作量增加，甚至使墙段下部不能顺利合拢，给基坑的开挖造成困难。②施工所采用的机械设备成本较高，对于小型工程或者较浅的基坑支护而言,地下连续墙的造价偏高，经济效果不佳。③对于施工范围内基岩起伏比较大的地区，岩溶地区，较高的承压水头的地区，不宜应用地下连续墙。④施工过程中如果不恰当地处理泥浆，会影响施工场地的条件，影响环境。明挖法修建地铁车站的应用最多，根据埋深的不同可分为单层明挖车站、一层半明挖车站、双层明挖车站以及三层以上明挖车站.选择以上车站型式的基本前提条件是:在车站施工期间，采取一定措施后，对地面交通、地下管线、地上、地下建构筑物的影响，都必须在允许范围之内。(l)单层明挖车站一般适用于线路埋深较浅的车站，如线路由地下转人地面高架或进人地面车辆段之前的车站。单层车站一般采用侧式站台，站厅、站台位于同一层，设备管理用房设于侧面也可设于地面。此种型式车站规模小，投资少，但使用和管理稍有不便。(2)一层半明挖车站也称“端进式车站”，两端为双层，上层为站厅。这种车站型式简单，车站埋深较浅，施工方便，规模小，投资少，但使用和管理略有不便。多见于早期修建的地铁车站。(3)双层明挖车站这种型式的车站覆土为2m-3m，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，客流组织顺畅，运营管理方便，但规模大，投资高。4)三层以上明挖型式车站这种型式的车站一般是受区问埋深影响所致。或是区间地质条件差受工法影响埋深较大，或是靠近车站处有控制区间埋深的管线影响等。一般地下一层为站厅层，地下二层为设备层，地下三层为站台层。这种型式车站的使用功能、运营管理、造价等都不太理想，一般在特定情况下选择使用。1.6支撑体系参数研究概述地铁车站深基坑所处环境复杂，控制性要求较高，影响其变形的因素较多，如土层地质条件、水文条件、支护条件、施工条件等。支撑体系作为地铁车站深基坑工程的关键部分，其强度、刚度和稳定性直接影响到基坑的安全性、经济性，因此，支撑体系的参数对地铁车站深基坑变形的影响极为关键。地铁车站深基坑场地狭窄，是一个极具挑战性的工程。在实际工程中，通常存在两种极端的现象:一是由于设计和施工的不合理而导致深基坑工程事故，造成重大经济损失，影响周围环境;二是支护选型和设计极为保守，造成浪费。在深基坑工程报价中，各投标单位由于采用支护选型和设计方法的不同，报价相差一倍以上的情况屡见不鲜{z}}。因此如何使得深基坑工程做到经济安全的统一，就成为目前广大从事岩土工程专业的技术人员一个有待解决的课题。④混凝土灌注桩支护技术。混凝土灌注桩的成孔方法有人工挖孔、机械钻孔两种。人工挖孔形状有圆形和矩形，采取边挖边支护的方式;机械钻机有冲击钻机、长短螺旋钻机、循环钻机和潜水钻机。根据地质和水文条件采用干法和浆液护壁法，然后灌注普通混凝土和水下混凝土成桩，支护可采用双排桩加混凝土连梁共同作用形式，还可采用桩加横撑或锚杆形成的受力体系。⑤土钉墙支护技术。土钉墙支护是在施工现场的原位土中用机械钻机成孔，插入排列间距较密的细长杆件，通常还外裹水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷混凝土板面结合成深基坑土钉支护体系。第二章地下连续墙支护设计计算2.1确定荷载，计算土压力：地表超载10KN/m23.3米，用水土分算法计算主动土压力和水压力：2.1.1计算①②③层土的平均重度γ，平均粘聚力c，平均内摩檫角φγ=（12×6.2+18.6×14+18.8×5）÷（7.47+1.58+6.67）=27.27kN﹒m3Φ=（6.2×11+14×21.5+5×30）÷（6.2×14×5）=1.20C=（12×6.2+13×14+0×5）÷（6.2+14+5）=10.17KPa2.1.2计算地下连续墙嵌固深度式中D－墙体嵌固深度（m）；H－基坑开挖深度，[δ]根据《建筑基坑工程技术规范》有[δ]=0.1H/100H’=H+q/γ=14+10/27.27=14.37[δ]=0.1H/100=0.1×14÷100=0.014=4.39m则地下连续墙底到自然地面总埋深为14+4.5=18.5米。2.1.3主动土压力与水土总压力计算h2－地下的计算深度距地下水位的距离(m