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1、 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: 0202110226 2015 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计算层土的平均重度,平均粘聚力c,平均内摩檫角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
2、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202.4.1 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14 m,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:第层淤泥质粘土,平均
3、厚为6.2m,C=12kPa, f=11,=12kN/m3 ;第层粉砂粘土,平均厚为14m, C=13kPa,f=21.5,=18.6kN/m3 ;第层粉砂,平均厚为5m,C=0kPa,f=30,=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%Wu10%;泥炭质土有机质含量为:10%Wu60%(2)粘质粉土粉性土的一种,按塑性指标Ip区分,粘质粉土Ip10,粒径小于0.0
4、05mm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(GB 50021-2001(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
5、与基础设计规范(JTG D63-2007)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
6、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: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。型钢支护技术
7、。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。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
8、接头箱地下连续墙的优点: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。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。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。实际工程中应用范围很广,如防渗、截水、挡土、抗滑等等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。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0.5 m
9、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。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: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。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。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
10、地区,不宜应用地下连续墙。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
11、“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
12、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
13、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。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。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
14、2.1确定荷载,计算土压力:地表超载10KN/m2=,地下水距地面3.3米,用水土分算法计算主动土压力和水压力:2.1.1计算层土的平均重度,平均粘聚力c,平均内摩檫角=(126.2+18.614+18.85)(7.47+1.58+6.67)=27.27kNm3 =(6.211+1421.5+530)(6.2145)=1.20 C=(126.2+1314+05)(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, d容许变形量;根据建筑基坑工程技术规范有=0.1H/100= H=H+q/=14+10/27.27=14.37 =0.1H/100=0.114100=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