地铁站基坑围护结构设计.docx
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地铁站基坑围护结构设计
部编号:
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本科生毕业设计
设计题目:
上海地铁8号线国伟路站
基坑设计与施工
专题:
基坑降水的优化设计方法分析
姓名:
学号:
班级:
土木工程地下XXXX班
二○一四年六月
中国矿业大学
本科生毕业设计
姓名:
学号:
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:
上海地铁8号线国伟路站基坑设计与施工
专题:
基坑降水的优化设计方法分析
指导教师:
职称:
二○一四年六月徐州
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XXXXXXXXXXX学生姓名
任务下达日期:
2014年1月10日
毕业设计日期:
2014年1月10日至2014年6月5日
毕业设计题目:
上海地铁XXXXXX站基坑设计与施工
毕业设计专题题目:
基坑降水的优化设计方法分析
毕业设计主要内容和要求:
设计要求:
根据上海地铁8号线国伟路站围护结构的原始资料,进行基坑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围护方案、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、施工方案及施工主要技术措施、施工总平面布置、施工进度计划及管理措施等内容。
绘制图纸:
①国伟路站施工场地平面布置图,②国伟路站基坑支撑平面图,③国伟路站基坑支撑剖面及地质图。
专题要求:
通过查阅国内外相关文献,了解降水的优化设计原理,在基坑工程中如何应用。
这一问题的研究意义,研究内容、以及前人和当前研究热点,包括研究问题的方法、主要成果、存在问题和原因等,提出自己的见解。
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(①基础理论及基本技能的掌握;②独立解决实际问题的能力;③研究内容的理论依据和技术方法;④取得的主要成果及创新点;⑤工作态度及工作量;⑥总体评价及建议成绩;⑦存在问题;⑧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(①选题的意义;②基础理论及基本技能的掌握;③综合运用所学知识解决实际问题的能力;③工作量的大小;④取得的主要成果及创新点;⑤写作的规范程度;⑥总体评价及建议成绩;⑦存在问题;⑧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(①选题的意义;②基础理论及基本技能的掌握;③综合运用所学知识解决实际问题的能力;③工作量的大小;④取得的主要成果及创新点;⑤写作的规范程度;⑥总体评价及建议成绩;⑦存在问题;⑧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
本毕业设计共分为三个部分,第一部分是上海地铁8号线国伟站基坑围护结构设计;第二部分是国伟路站基坑施工组织设计;第三部分为专题部分,内容是基坑降水的优化设计方法分析的研究。
在第一部分国伟路车站基坑围护结构设计中,根据国伟站场地范围内的工程地质和水文地质情况,以及周围环境的情况,从而在多方案的比较中,选定采用地下连续墙作为基坑的围护结构,再由经济以及技术上的考虑,选择钢支撑作为基坑的支撑系统,同时对国伟路站基坑围护结构的设计编制计算书。
在第二部分的国伟路车站基坑施工组织设计中,根据国伟路站的基坑施工方案和基坑周围环境,对基坑的施工做出相应的准备,进行施工的总平面布置,编制基坑工程进度计划以及管理措施,同时编写了质量、安全、文明施工的管理措施。
第三部分是专题部分,其内容是基坑降水的优化设计的理论以及具体方法,优化设计理论在工程实践中的应用,总结了未来基坑降水设计优化方法的发展方向。
关键词:
基坑;地下连续墙;刚支撑;施工组织;基坑降水;优化
ABSTRACT
Thisgraduationdesignisdividedintothreeparts, thefirstpart is thestructuraldesignofShanghaiMetroLine8 stationfoundationpit in GuoweiRoad; thesecondpartisthe pitconstructionorganization designofGuowei Roadstation;the third partisthe special subjectpart, focuseson analysisofoptimizationdesignmethodof dewateringoffoundationpit.
Inthefirstpartoffoundationpitsupport structuredesignofGuoweiRoadstation , accordingtotheengineeringgeology,thehydrologygeologyconditionsandtheenvironmentcircumstancesofthefoundationpitlocated, resultingin manyoptions,select the undergroundcontinuouswallas support structureoffoundationpit,the considerationof economyand technology ,selectingsteel support assupportingsystem foundationpitand formattedthebookofcalculationforthepitsupport structuredesignoftheGuoweiRoadstation.
Inthe secondpartofGuoweiRoad stationconstructionorganizationdesign , accordingtothe stateofGuowei Roadstationconstructionschemeandthe pitsurroundingenvironment, makecorrespondingpreparationfor foundationpitconstruction, thegenerallayoutof theconstruction,compilationof foundationpitengineering schedule andmanagementmeasures,and preparingquality、safety、civilizedconstruction managementmeasures.
Thethirdpart is thespecialsubjectpart, itscontentisthe designtheory of foundationpitdewatering andspecificmethods, applicationofoptimaldesign theory inengineeringpractice, summedupthe futuredevelopmentdirectionof thefoundationpitdewateringdesign optimizationmethod.
Keywords:
foundationpit; undergroundcontinuouswall; steel support ; constructionorganization;dewateringoffoundationpit; optimization
第一部分上海地铁8号线国伟路站基坑维护结构设计
2设计依据和设计标准3
2.1主要设计依据3
3基坑围护方案设计4
3.1基坑的围护方案4
3.3围护方案的选择6
4基坑支撑方案设计7
4.1支撑结构类型7
4.2支撑体系布置形式7
4.4围护结构剖面及其构造9
4.5基坑施工应变措施9
5计算书10
5.1荷载计算10
5.2围护结构地基承载力验算12
5.3基坑底部土体的抗隆起稳定性验算12
5.4抗渗验算13
5.5抗倾覆验算15
5.6基坑整体圆弧滑动稳定性验算16
5.7地下连续墙内力计算16
5.8地下连续墙配筋计算22
5.9支撑内力与变形计算23
6基坑主要技术经济指标25
6.1开挖土方量25
6.2浇注混凝土量25
6.3钢筋用量25
6.4人工费用25
第二部分上海地铁8号线国伟路站基坑施工组织设计
1基坑施工准备26
1.1基坑施工的技术准备26
1.2基坑施工的现场准备26
1.3施工其他准备27
2.3施工主要技术措施和关键部位技术措施38
3施工总平面布置41
3.1施工平面图设计的要求41
3.2施工现场临时建筑物的布置原则41
3.3建筑材料的堆放42
3.4施工用的临时运输线路的布置42
4施工进度计划及管理措施42
4.1工程进度计划编制原则42
4.2关键节点控制43
4.3凯旋路站基坑进度计划图43
5质量、安全、文明管理措施43
5.1质量管理措施43
5.2土方运输环境管理规定45
5.3安全生产管理措施45
5.4文明施工措施46
第三部分基坑降水的优化设计方法分析
1绪论47
3.1基坑降水工程中的障碍47
1.2国内外发展现状47
1.3基坑降水优化设计的基本思路48
2基坑降水的作用以及影响因素48
2.1基坑降水的作用48
2.2基坑降水方案选择的影响因素48
3基坑降水分析的理论方法49
3.1传统的解析法49
3.2复合单元法50
3.3阶梯流量法50
3.4双层结构计算方法50
3.5遗传算法51
3.6地下水三维非稳定渗流数值模拟法51
4基坑降水方法简介51
4.1明沟加集水井降水52
4.2轻型井点降水52
4.3喷射井点降水52
4.4电渗井点降水52
4.5管井井点降水52
4.6深井井点降水53
5基坑降水方案主要参数的计算54
5.1基坑降水影响半径54
5.2基坑涌水量54
5.3单井出水量55
6基坑降水优化设计方法在实例中的运用55
6.1资料系统的分析56
6.2进行优化设计额数值模拟分析58
6.3基坑降水方案的优化处理61
6.4降水运行的监测62
7结语与展望63
参考文献64
翻译部分66
致谢83
第一部分
上海地铁8号线国伟路站基坑围护结构设计
1工程概况
1.1工程概述
上海地铁8号线国伟路站沿国伟路南北布置,主体处于中原路和闸殷路之间。
国伟路站设计起止里程为SK18+392.336~SK18+562.336,本车站为地下三层岛式站台车站,车站内净长170.0m,南端井宽20.8m,北端井宽22.8m,标准段净宽19.2m。
全基坑施工段进过场地平整后地面标高+3.00m,南北端井底板标高-13.70,标准段底板标高-12.20m。
车站主体共29轴,设8道诱导缝。
南北端井设置内衬,车站主体结构形式为二柱三跨,采用明挖顺筑法施工。
全基坑防护等级为一级。
1.2工程地质与水文地质
施工场地位于东海之畔的上海,地处长江入海口处,地层地质属于长江三角洲冲积平原,拟建工程沿国伟路布置,地面标高一般为3.58m~2.85m之间,最大为高差0.73m。
1.2.1地基土的构成与特征
拟建场地位于冲击平原上的古河道沉积区,根据勘探表明,缺失⑥层硬土。
拟建场地范围内自上而下土层分为7个工程地质层,分别是:
①填土:
层底标高为2.35~-0.14m,厚度为1.10~3.10m,上部为约1.1m厚碎砖、石子,下部以灰黄褐色粘性土为主,色较杂,很湿,质松散。
②褐黄色粘土:
层底标高为0.15~-1.10m,厚度0.80~2.60m,压缩模量平均值为4.10Mpa,Ps值平均值为0.90Mpa,中~高压缩性。
③灰色淤泥质粉质粘土:
层底标高-2.95~-4.20m,厚度2.60~4.30m,其平均压缩模量值为2.60Mpa,平均Ps值值为0.49Mpa,土层具有高压缩性。
④灰色淤泥质粘土:
层底标高-11.60~-13.00m,其平均压缩模量值为2.00Mpa,平均Ps值为0.49Mpa,具有高压缩性。
⑤1灰色粘土:
层底标高为-18.70~-20.40m,土层厚度6.20~8.00m,平均压缩模量为3.50Mpa,平均Ps值为0.79Mpa,土层具有高压缩性。
⑤3灰色粉质粘土:
层底标高为-39.90~-43.50m,土层厚度20.40~24.90m,平均压缩模量值为4.79Mpa,平均Ps值为1.60Mpa,土层具有中压缩性。
⑦1灰色粉砂:
层底标高为-53.00~-60.33m,土层厚度12.40~19.70m,平均压缩模量值为14.05Mpa,平均Ps值为14.30Mpa,土层具有中压缩性。
⑧1灰色粘土:
层底标高为-59.80~-62.00m,土层厚度1.39~6.79m,平均压缩模量值为5.40Mpa,平均Ps值为2.50Mpa,土层具有中压缩性。
⑧2灰色粉质粘土夹砂:
施工中未被钻穿,很湿,可塑~软塑,含云母、腐植质,主要由以粘性土组成,土层层理交错,平均压缩模量值为4.90Mpa,平均Ps值为5.30Mpa,土层具有中压缩性。
由上面列出的土层分布,可知在地铁8号线国伟路站基坑开挖范围内,主要以流~软塑淤泥质粘性土为组成部分。
③、④、⑤1层土层因土层具有较高的压缩性,因而工程性质较差,其具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低及渗透性差等缺点,因而具有较大的流变特性,可能导致围护结构稳定性差,从而使坑底易产生回弹隆起得工程不利情况。
1.2.2水位
国伟路站施工场地浅部地下水属于典型的潜水类型,由于附近没有河流湖泊,因而主要补给源为大气降水,属于气象型水位动态,水位埋深0.85m~1.45m,场区平均取1.0m。
根据水文地质资料分析,砼物不受厂区内地下水于无腐蚀,钢筋及钢结构受到地下水弱腐蚀性的影响。
在开挖过程中,需对土层进行降水疏干。
本施工场地内的承压水全部分布于⑦1层中,埋深约为35.0m。
受气象条件等周期性变化因素的影响,承压水头埋深介于4.0~10.0m之间,平局埋深为8.8m。
1.3工程周围环境
1.3.1周围建筑物
本工程建址周围各类建筑物较多,特别是居民区较多,因为对沉降变相控制要求较高,车站西侧建筑物密集且多为高层建筑,是基坑围护的重点关注区域。
处于基坑外挖受基坑降水开挖影响的主要建筑物及其基础形式如下:
(1)新江湾城建德国际公寓:
18层居民楼群,筏基+桩基,采用450mm×450mm的预制打入桩,桩长30m,与基坑最小距离25.3m。
(2)城市方圆:
10层高档酒店,箱基+桩基,采用400mm×400mm预制打入桩,桩长25m,与基坑最小距离17.0m。
(3)海联公寓:
30层公寓住宅,箱基+桩基,采用450mm×450mm的预制打入桩,桩长30m,与基坑最小距离13.0。
(4)家用电器市场综合楼:
5层商业楼,筏形基础,距基坑最小距离8.7m。
(5)杨浦区358街坊:
3层商业街,条形基础,距基坑最小距离5.8m
(6)新江湾城雍景苑:
16层住宅楼群,箱基+桩基,采用450mm×450mm的预制打入桩,桩长30m,与基坑最小距离25.0m。
(7)老年活动中心综合社区:
5层楼,条形基础,与基坑最小距离20.8m.
上述建筑物高层建筑较多,桩基础较深,基坑施工过程中很容易产生对周围建筑物的影响,且多为居民楼,抵抗水平变形能力差,如果围护施工或基坑开挖施工不当,非常可能造成桩基位移以致上部结构产生倾斜,因此,我们将整个基坑定位一级保护基坑。
1.3.2周围管线
本工程周围国伟路路、闸殷路、中原路上均有大量市政管线,管线的位置种类及与车站的位置关系见下表1.1
表1.1管线布置情况表
序号
编号
管线种类
管径
(mm)/规格
埋深(m)
位置和范围
影响
1
电力1
电力
1根
0.7
中原路路北侧国伟路西侧人行道下
穿越北端头井
2
电力2
电力
1根
0.7
中原路北侧国伟路西侧人行道下,分别进入中原路以西的北侧人行道下和闸殷路以西的南侧人行道下
穿越北端头井
3
电话1
电话
1根
0.6
中原路北侧国伟路路西侧人行道下,进入中原路北侧人行道下
穿越北端头井
4
上水1
上水
Φ300铁
0.8
国伟路西侧人行道下
穿越1号出入口和两端头井
5
电话2
电话
48孔
0.8
国伟路路西侧机动车道下
穿越北端头井
6
煤气1
煤气
Φ300铁
0.9
国伟路西侧机动车道下,过中原路后在道路红线附近
穿越北端头井
7
上水2
上水
Φ1000铁
1.6
中原路北侧国伟路、国伟路路西侧机动车道下
进入车站结构
8
电力3
电力
20孔
0.8
国伟路机动车道下
在车站结构内
9
上水3
上水
Φ800铁
1.4
国伟路西侧机动车道下
穿越车站结构
10
雨水1
雨水
Φ1000砼
3.8
中原路北侧国伟路路中心线附近
在车站结构内
11
煤气2
煤气
Φ500铁
1.1
国伟路机动车道下
穿越车站结构
1.3.3交通现状
本工程位于上海市人口集中地带,机动车和非机动车流量相当大,交通现状描述如下:
●国伟路幅宽度约20m,双向四车道和2根非机动车。
国伟路作为城市主干道机动车与非机动车的流量都很大。
●中原路宽约15m,双向车道,道路繁忙。
●闸殷路现状为机动车南向北单向行驶,非机动车双向,路幅宽度约14m,路侧设一停车带,车流量很小。
本区域通行多路公交线路,其中国伟路路上约有10条公交线路,如3路,13路,专2线、专5线、782路等都是主要市区公交线路,客流量相当大,施工中将受较大影响。
2设计依据和设计标准
2.1主要设计依据
1
GB50007-2011BZ'y}Zu*
《建筑地基处理技术规范》
2
DGJ08-109-2004
《城市轨道交通设计规范》
3
GB50007-2011
《地基基础设计规范》
4
GB50009-2012
《建筑结构荷载规范》
5
GB50017-2003
《钢结构设计规范》
6
GB50010-2011
《混凝土结构技术规范》
7
GB50021-2009
《岩土工程勘察规范》
8
GB50011-2010
《建筑抗震设计规范》
9
JGJ79-2012,
《建筑地基处理技术规范》
10
DBJ08-61-97
《上海市基坑工程设计规程》
11
DG/TJ08-61-2010
《基坑工程技术规范》
其他相关规范、规程及图集
2.2基坑设计等级及控制标准
根据《城市轨道交通设计规范》DGJ08-109-2004中的基坑等级划分标准,基坑侧壁的安全风级分为三级,相应指标如下表2-1:
表2-1基坑保护等级标准
基坑等级
地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要素
下列环境必须确保安全
一级
(1)地面最大沉降量≤0.1%H
(2)围护墙最大水平位移≤0.14%H
(3)Ks≥1.8
基坑周边以外1H范围内有地铁、共同沟、煤气管、大型压力总水管及重要建筑或设施等。
二级
(1)地面最大沉降量≤0.2%H
(2)围护墙最大水平位移≤0.3%H
(3)Ks≥1.6
离基坑周边1H无重要管线和建(构)筑物;离基坑周边1H~2H范围内有重要管线或大型的正在使用的管线、建(构)筑物
三级
(1)地面最大沉降量≤0.5%H
(2)围护墙最大水平位移≤0.7%H
(3)Ks≥1.4
基坑周边2H范围内没有重要或较重要的管线、建(构)筑物
根据工程勘察资料,在国伟路站周围有较多管线以及高层建筑,施工过程中对变形控制的要求较高,地质工程条件复杂,基坑的最大开挖深度接近17m,开挖深度较大,因而基坑保护等级设定为一级。
对于沉降量以及水平位移量的控制上表中已给出。
3基坑围护方案设计
3.1基坑的围护方案
在地下工程施工方法快速发展的今天,也发展出了越老越来多各有特点的基坑支护方案。
根据原理和施工方法的不同,通常我们将支护结构分为桩(墙)式围护体系和重力式围护体系两大类。
桩(墙)式围护体系组成一般包括围护墙结构、支撑(或锚杆)结构以及防水帷幕三大部分。
根据支撑的形式不同,其可分为内支撑体系以及土层锚杆体系这两大类。
具体的包括钢筋混凝土地下连续墙、柱列式钻孔灌注桩、钢板桩和钢筋混凝土板桩等形式。
重力式围护结构一般指不用支撑或锚杆的自立式墙体式墙体结构,厚度一般较大,需要有一定的埋入深度。
在我国,目前常见的重力式围护结构一般指的是水泥土围护体系
以及地下连续墙等。
本工程属于超深基坑的开挖,围护结构的选择应该有着较高的要求,综合来看以下四种方法是可选的方案,各有优缺点。
3.1.1水泥土搅拌桩
水泥土搅拌桩围护结构适用于正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动性地下水的饱和松散砂土地基。
优点:
在地基加固过程中无振动、无噪声、对周围环境无污染,对软土无侧向挤压,对临近建筑物影响很小;可根据实际需要,灵活采用多种加固形状;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下比较经济。
缺点:
围护结构刚度不足,围护结构顶部水平位移较大,一般比较适用于围护等级为二、三级的基坑;该围护结构承载力有限制范围,基坑开挖深度不宜超过7m;围护结构本身厚度较大,施工占用场地大。
3.1.2钻孔灌注桩围护结构
钻孔灌注桩适用于地质条件复杂、持力层埋藏深、地下水位高等不利于人工挖孔的情况下。
此种维护条件下,基坑开挖深度不宜超过12m,。
其特点主要是:
(1)基坑开挖的深度不大于12m的软弱地层中可以应用该方法,否则容易发生流砂等工程灾害需慎用;
(2)
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