1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

一、研究目的及意义：

1.1概述

地铁的建设是我国 21 世纪城市地下空间开发的重点。我国除已开通北京、上海、天津、广州、深圳的地铁外，正在兴建的有武汉、南京、西安等地铁，此外国家已经批准和正在筹建地铁的城市有成都、杭州、青岛等 20 多座，预计 21 世纪初至中叶将是我国大规模建设地铁的年代。

而地铁的兴建，产生了大量地铁车站基坑工程，其规模和深度不断加大，而且一般是建在建筑较密集、人口较稠密的地区，由于受到场地的局限性，在基坑以外没有足够的空间进行放坡开挖，基坑围护结构的设计与施工问题变得非常紧迫而突出，这给基坑工程建设带来了许多新的工程技术问题。

基坑工程是地下基础施工中内容丰富而富于变化的领域，是一项风险工程，是一门古老而具有划时代特点的综合性的新型学科，它涉及到工程地质、土力学、基础工程、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与结构相互作用以及环境岩土工程等多学科问题。基坑支护工程包含挡土、支护、降水、挖土等许多紧密联系的环节，如其中某一环节失效，将会导致整个工程的失败。

基坑支护的原则：安全可靠、经济合理、施工便利、工期保证。

基坑支护的依据：①规范：[建筑桩基技术规范]、[建筑桩基技术规范]、[建筑地基基础设计规范]、[建筑地基基础设计规范]、[建筑基坑工程技术规范]等；②岩土工程规范；③基坑支护工程勘察报告；④基坑支护结构设计资料；⑤周边环境；⑥基坑的深度。

本项毕业设计选题为南京地铁2号线上海路站基坑围护设计，为详细学习和了解与岩土工程相关的知识，巩固以前学习过的（基础工程、土质学与土力学、工程地质学等）知识，并按照现行规范，通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去，同时也培养了调查研究、查阅文献、收集资料和整理资料的能力。通过本次设计使自己能够理论联系实际，并为以后的工作和学习打下坚实的基础。

1.2国内外基坑围护技术的研究现状

国外20世纪30年代，太沙基和皮克等最先从事基坑工程的研究，20世纪60年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从20世纪70年代起，许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。欧洲、美国等发达国家，利用地下空间开发的地下铁路、地下交通隧道、地下商场等设施随处可见，尤其是通过地下铁路和地下隧道来解决城市的交通拥堵。随着深基坑开挖的面积和深度不断加大，针对不同土体特征和周边环境的保护等级要求，一般选择桩锚支护结构和型钢支撑结构，对基坑支护结构的强度和变形控制要求较高。

目前我国的深基坑支护技术主要有：钻孔灌注桩、地下连续墙、钢筋混凝土支撑结构、钢管支撑结构，常用于开挖深度8m以上的基坑。土钉墙支护结构常用于开挖深度5m以内。由于历史原因，我国设计与施工企业为独立的两个子行业，造成很多设计企业对施工企业的技术发展和新工艺了解严重滞后，经常出现设计的方案不是最优，而施工企业又对设计的意图往往不甚了解，所以会导致不优的方案不能发现。目前我国国内95%以上的深基坑支护工程使用钻孔灌注桩、地连墙、钢筋混凝土支撑结构、钢筋支撑结构等传统技术，这些传统技术造价高、施工空间狭小、施工工期长、高能耗、环境污染严重；而只有不到5%的深基坑支护技术使用SMW工法、加劲桩、预应力装配式支撑支护结构等新技术，这些技术具有造价低、施工空间大、施工工期短、绿色环保节能、资源重复利用等优点。

二、基坑围护的基本内容：

基坑围护工程是指在基坑开挖时，为了保证坑壁不致坍塌，保护主体地下结构安全及周围环境不受损害所采取的工程措施的总称。它的主要设计内容有：

2.1支护结构

支护结构是指基坑围护工程中采用的围护墙体（包括防渗帷幕）以及内支撑系统（或土层锚杆）等的总称。基坑支护结构常见形式：

2.1.1放坡

为了防止土壁塌方，确保施工安全，当挖方超过一定深度或填方超过一定高度时，其边沿应放出的足够的边坡。这就是放坡。

适用条件：基坑侧壁安全等级为三级，周围场地开阔，周围无重要建筑物，土体较

稳定，基坑较浅。

优点：①造价较低；②施工简单。

缺点：①土体有较大位移；②淤泥、流砂及有大量渗水的地层，不宜采用；③回填土方较大。

边坡稳定验算采用极限平衡法、极限分析法和有限元法。极限平衡法修定边坡的失稳是土体内部产生某一滑裂面，根据滑动土体的静力平衡条件和摩尔#8212;库仑破坏准则计算滑动土体沿滑裂面滑动的可能性，即安全系数的大小，然后采用同样的方法选取多个可能的滑裂面，分别计算相应的稳定安全系数。安全系数最低的滑裂面即可能性最大的滑裂面，为稳定性设计控制滑裂面，取最危险滑裂面的安全系数 K≥1.35～1.5。常用的方法有圆弧滑动法和条分法。

2.1.2放坡土钉墙支护

适用条件：以粘土及粉质粘土为主的土层、半土半岩地层；周边环境条件容许。

优点：①节省投资，至少节省一半；②可进行信息化设计与施工，施工速度快；③基坑作业空间开阔，无内支撑，主体结构施工快；④土钉支护可与预应力锚杆联合使用。

缺点：①变形大；②土钉和锚杆需占用基坑周围的地下空间；③淤泥、流砂及有大量渗水的地层，不宜采用；④土体有较大位移。

土钉墙支护的土钉设计和稳定性计算采用总安全系数法。其中以荷载和材料性能的标准值作为计算值，并根据此确定土压力。层面设计计算采用以概率理论为基础的结构极限状态计算方法，此时作用于层面的土压力乘以分项系数 1.2 后作为计算值。

2.1.3重力式挡墙

依靠石砌圬工或水泥混凝土的墙体自重来抵抗土体土侧压力的挡土墙称为重力式挡土墙。

适用条件：高度一般小于6m，地震烈度较低，地基条件良好，土体一般。

优点：①形式简单、施工方便快捷；②成本较低；

缺点：①由于重力式挡墙依靠自身重力来维持稳定平衡，因此墙身断面大，圬工数量也大；②在软弱地基上修建时受承载力的限制；③如果墙过高，材料耗费多，不经济。2.1.4复合土钉墙

复合土钉墙是将土钉墙与一种或几种单项支护技术或截水技术有机组合成的复合支护体系，它的构成要素主要有土钉、预应力锚杆、截水帷幕、微型桩、挂网喷射混凝

土面层、原位土体等。设计包括土钉设计；稳定分析；层面设计；防渗设计。

土钉有钻孔土钉和花管土钉两类。

适用条件： 地下水位低、自立性较好的土层。

优点：①适用范围广；②可作超前支护，并兼备支护、截水等性能；③成本低，工期短；④安全可靠。

2.1.5排桩

排桩是以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构。最常用的桩型是钢筋混凝土钻孔灌注桩和挖孔桩，此外还有工字钢桩或H型钢桩。

开挖深度小于6m的基坑，一般采用悬臂式；开挖深度大于6m的基坑，一般采用支锚式，支撑类型有钢管支撑和混凝土支撑。悬臂桩围护在坑底以上外侧主动土压力作用下，桩将向基坑内侧倾移，而下部则反方向变位，可根据静力平衡条件计算桩的入土深度和内力。通常用静力平衡法和布鲁姆（Blum）法。

支锚式按支撑数目又可分为单支撑和多支撑。单支撑是顶端支撑的围护结构，由于顶端有支撑而不致移动而形成一铰接的简支点，通常用图解分析法和等值梁法。多支撑层数及位置要根据土质、坑深、桩径、支撑结构的材料强度，以及施工要求等因素拟定。目前多采用等值梁法，支撑荷载的1/2分担法，逐层开挖支撑力不变法，有限元法等。

适用条件：基坑侧壁安全等级为一、二、三级的工程。

优点：①成本较低；②安全可靠。

缺点：①只能适用于基坑深度不大的基坑；②对于软土地区不大适用。

2.1.6钢板桩

用于基坑支护的钢板桩主要有槽钢、工字钢、拉森钢板桩（U型钢）和H型钢板桩是基坑支护工程中比较常用的两种型钢。

优点：①承载力高；②施工速度、起效快；③钢板具有止水性，止水性能好；④经济性好，材料可回收使用。

缺点：①钢板易变形；②基坑支护深度大于 7m时，不宜采用。

2.1.7 SMW工法桩

SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入H 型钢等（多数为H 型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等），将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。

适用条件：SMW工法适用于基坑深度不大于15m的软土地层。

优点：①对于靠近建筑物红线施工的深基坑工程具有相当优势，其中心线离建筑物的墙面80厘米即可施工；②仅在开槽时有少量土方外运；③构造简单，施工速度快，可大幅缩短工期；④围护结构与主体结构分离，主体结构侧墙可以施工外防水，结构整体性和防水性能均较好，可降低后期维护成本。

2.1.8地连墙

地下连续墙施工采用液压抓斗（如MHL-60100AY型、MAL-80120AY型）和履带式起重机配套的挖槽机成槽，钢筋笼现场整体加工成形，采用150t 50t履带吊机吊装到位，最后进行水下混凝土灌注。

适用条件：各种软土地层，，以淤泥类软土、饱和砂层为主的地层及周围有重要建筑物的情况。

优点：①结构的整体刚度和防渗性（止水效果）好；②如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，连续墙可较好的控制软土地层的变形；③常作为主体结构的一部分来考虑；④采用机械化作业，施工条件好。

缺点：①仅作为临时挡土结构时成本较高；②在遇到岩层时成槽困难，施工慢，需先冲孔（槽壁孔＜5MPa岩石）；③泥浆易污染环境；④对施工机具要求高。

2.2支撑结构

在基坑工程中，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。支撑结构体系包括围檩、支撑、立柱及其他附属构件。

挡土的应力传递路径是围护墙→围檩→支撑，在地质条件较好的有锚固力的地层中，基坑支撑采用锚杆和拉锚。支撑材料按种类可分为以下两类：

2.2.1现浇钢筋混凝土支撑体系

截面形式：根据设计要求确定断面形状和尺寸。

布置形式：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。

特点：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时间长，软土中被动区土体位移大，如对变形有较高要求时、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。

2.2.2钢结构支撑体系

截面形式：单钢管、双钢管、单工字钢、双工字钢、H型钢、槽钢及以上的组合。

布置形式：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。

特点：安装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中加预应力，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。

2.3止排水

开挖前需把地下水位降低到边坡面和坑底以下，以防止边坡的塌陷和涌流，并保证施工过程中处于疏干和坚硬的工作条件下进行开挖。止排水的原则为”外排内堵”，视工程性质、开挖深度、土质特性及经济等因素进行考虑。

降水方法按降水机理不同，可分为明沟排水和井点降水。

明沟排水是在基坑的周围，有时在基坑中心，设置排水沟，每隔 30~40cm 设一个集水井，使地下水汇流于集水井内，用水泵将水排出基坑外。

井点降水是在基坑开挖前，预先埋入深于坑底的一系列井管，利用抽水设备连续抽水，在井管周围形成降水漏斗，使地下水位标高低于坑底标高的降水方法。

井点降水类型包括：一（多）级轻型井点、喷射井点、深井井点、电渗井点等，详见表1。

表1 各类井点的使用范围

井点类型	土层渗透系数 （cm#183;s ）-1	降低水位深度（m）	适用土层种类
单级轻型井点	10-3~10-6	3~6	粉砂、砂质粉土、粘质粉土、含薄层粉砂层的粉质粘土
多级轻型井点	10-3~10-6	6~9（由井点级数确定）	粉砂、砂质粉土、粘质粉土、含薄层粉砂层的粉质粘土
喷射井点	10-3~10-6	8~20	粉砂。砂质粉土、粘质粉土、粉质粘土、含薄层粉砂层的淤泥质粉质粘土
电渗井点	≤10-6	根据阴极井点确定	淤泥质粉质粘土、淤泥质土
管井井点	≥10-4	3~5	各种砂土、砂质粉土
深井井点	≥10-4	≥5 或降低深部地层承压水头	各种砂土、砂质粉土

降水原则：(1)井点降水应减缓降水速度，均匀出水；(2)井点应连续运转，尽量避免间歇和反复抽水；(3)降水场地外侧设置挡水帷幕，减小降水影响范围；(4)设置回灌井系统。

2.4土方开挖

土方开挖包括：无内支撑开挖、有水平内支撑分层开挖、中心岛开挖、（半）逆筑法开挖。其中，无内支撑开挖又包括：重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、带土锚挡墙。

对于面积较大的一级基坑，土方开挖宜分区、分块对称开挖，井遵循”开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的挖土原则，尽量缩短基坑无支撑的暴露时间。对于一、二级基坑，每一工况下挖至设计标高后，钢支撑的安装周期不宜超过一昼夜，钢筋混凝土支撑的完成时间不宜超过两昼夜。

开挖时的注意事项：（1）基坑开挖应根据支护结构设计降排水要求确定开挖方案；（2）基坑边界周围地面应设排水沟且应避免漏水渗水进入；（3）坑内放坡开挖时应对坡顶坡面坡脚采取降排水措施；（4）基坑周边严禁超堆荷载；（5）软土基坑必须分层均衡开挖层高不宜超过1m；（6）基坑开挖过程中应采取措施防止碰撞支护结构工程桩或扰动基底原状土；（7）发生异常情况时应立即停止挖土并应立即查清原因和采取措施方能继续挖土；（8）开挖至坑底标高后坑底应及时满封闭并进行基础工程施工；（9）地下结构工程施工过程中应及时进行夯实回填土施工。

2.5基坑监测

指在基坑工程施工过程中，对基坑围护结构及其周围地层、附近建筑物、地下管线等的受力和变形进行的监测。

基坑监测的内容大致有：（1）围护结构的竖向位移与水平位移；（2）坑周土体位移（3）支撑结构轴力（4）邻近建（构）筑物、道路及地下管网等的变形；（5）地下水位及孔隙水压力；（6）坑底隆起量。

三、参考文献

[1] 高大钊. 深基坑工程（第二版）［M］.机械工业出版社，1999.

[2] 秦四清. 深基坑工程优化设计［M］.地震出版社，1998.

[3] 戴国欣. 钢结构（第三版）［M］.武汉理工大学出版社，2007.

[4] 应惠清. 建筑工程设计施工详细图集［M］.中国建筑工业出版社，2003.

[5] 杨克己. 实用桩基工程［M］.人民交通出版，,2004.

[6] 崔江余，梁仁旺. 建筑基坑工程设计计算与施工［M］.中国建材工业出版社，1999.

[7] 黄强. 深基坑支护工程设计技术 [M].中国建材工业出版社，2000.

[8] 龚晓南，高有潮. 深基坑工程设计施工手册 [M].中国建筑工业出版社，1998.

[9] 刘建航，侯学渊. 基坑工程手册［M］.中国建筑工业出版社，1997.

[10] 刘宗仁. 基坑工程 [M].哈尔滨工业大学出版社，2008.

[11] 余志成，施文华. 深基坑支护设计与施工 [M].中国建筑工业出版社，1997.

[12] 王卫东，王建华. 深基坑支护结构与主体结构 [M].中国建筑工业出版社，2007.

[13] 黄云飞. 深基坑实用技术 [M].兵器工业出版社，1996.

[14] 赵志缙，应惠清. 简明深基坑工程设计施工手册［M］.中国建筑工业出版社，1997.

[15] Andrew J.W, Youssef M.A. Analysis of Deep Excavation in Boston[J]. Journal of

Geotechnical Engineering, 1993, 69-89

[16] Sunil S.Kishnani, Ronaldo I. Seepage and Soi1-structure Interface Effects in Braced

Excavations[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1993, 912-929

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、工程简介

1.1工程概况

本车站位于汉中路与上海路交叉口北侧，跨路口布设，为二号线与远期五号线换乘站，车站为地下二层三跨箱形结构，岛式站台，站台宽13m，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站有效站台中心里程为K12 982,与两端区间的设计分界里程分别为K12 847.7、K13 062.5，车站长211.4m。车站段结构外包尺寸为21.8m#215;12.66m（宽#215;高）。车站顶部覆土2.9m～3.7m。车站东西两端设车站风井，在南北两侧设四个出入口通道及一个消防通道。车站主体结构采用明挖顺做法施工，基坑深15.56～16.36m。

1.2工程、水文地质条件

1.2.1工程地质条件

①-1，杂填土，松散状态，成分复杂，非均质，低强度；层底埋深0.20～2.50m，厚度0.20～2.50m。

①-2b3，素填土，软塑状粉质粘土为主，低强度，非均质；层底埋深0.80～3.70m，厚度0.40～3.10m。

①-3b3-4，淤质素填土，软～流塑，极低强度；层底埋深1.90～4.50m，厚度0.70～2.10m。

②-1b2，粉质粘土，中高压缩性，中低强度，欠均质；层底埋深3.00～10.10m，厚度1.00～6.40m。

②-2b3-4，粉质粘土，高压缩性，低强度，欠均质；层底埋深2.90m，厚度5.90m。

③-1b1-2，粉质粘土，中等压缩性，中等强度，欠均质；层底埋深2.50～10.40m，厚度0.60～6.60m。

③-2b2，粉质粘土，中等压缩性，中等强度，欠均质；层底埋深6.10～10.10m，厚度0.90～4.20m。

③-3b1-2，粉质粘土，中等压缩性，中等强度，欠均质；层底埋深3.40～20.00m，厚度0.80～14.00m。

③-4d，中粗砂混卵砾石，中低压缩性，中等强度，非均质；层底埋深20.10～21.30m，厚度1.30～4.30m。

③-4e，混合土，中等压缩性，中等强度，非均质；层底埋深4.00～22.80m，厚度0.50～6.30m。

K1g-1a，泥质粉砂岩(强风化)，风化强烈呈土状，非均质，岩基低强度；层底埋深9.00～23.30m，厚度1.80～7.90m。

K1g-1c，角砾砂岩（强风化），风化强烈呈碎石状，非均质，低强度岩基；层底埋深8.00～24.0m，厚度0.70～14.30m。

K1g-2a，泥质粉砂岩(中风化)，岩芯较完整，欠均质，为低强度岩基；层底埋深16.00～27.0m，厚度0.70～17.50m。

K1g-2c，角砾砂岩(中风化)，岩芯较完整，欠均质，为低强度岩基；层底埋深12.00～30.30m，厚度0.80～19.00m。

1.2.2水文地质条件

本站地下水类型主要为孔隙潜水，孔隙微承压水和基岩风化裂隙水。

上层滞水主要赋存于①层填土的碎砖、碎石等杂物的孔隙格架和②层软土中；孔隙微承压水分布在③-4d中粗砂混卵砾石中；③层硬可塑粉质粘土，可视为相对隔水层；基岩风化裂隙水主要分布于岩石风化界面和粉

砂岩、角砾砂岩裂隙中，裂隙多被充填、裂隙一般不富水。勘察期间，钻孔内孔隙潜水水位0.80～1.80米。本次勘察部分钻孔测不到地下水水位。地下水年变幅约0.50米，设计时，地下水位埋深按1.00米考虑。地下水对砼无腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

孔隙潜水主要受大气降水和地下管道渗漏补给，迳流滞缓，蒸发排泄。微承压水与周围砾石层呈侧向补排关系。（说明：站区西北侧南京医科大学眼科、医学美容中心工地基础开挖施工时曾产生涌水现象，原因是污水管道被堵、未疏通，疏通后无涌水现象）根据本次钻探资料，结合初勘资料及东侧相邻高层建筑勘察，上海路以东砂砾石层的富水性较好，在J8孔处金轮大厦人工挖孔桩施工时，要连续排水才能使施工顺利进行，承压水位标高8.00米左右。

1.2.3基坑设计参数

基坑设计的土层参数详见下表2。

表2 基坑开挖支护设计参数一览表

层号	层名	γ	固快标准值	渗透系数	备注
C	Φ	K
KN/m3	KPa	度	cm/s
①-1	杂填土	(18.0)	(6)	(15)	3#215;10-4	非均质
①-2b3	素填土	19.4	(18)	(10)	3#215;10-5	非均质
①-3b3-4	淤质素填土	17.5	（6）	（12）	2#215;10-4
②-1b2	粉质粘土	19.3	（18）	（15）	2#215;10-6
②-2b3-4	粉质粘土	19.3	（12）	（8）	6#215;10-6
③-1b1-2	粉质粘土	19.4	47	24.7	3#215;10-7	欠均质
③-2b2	粉质粘土	19.0	(40)	(17.0)	1#215;10-6	欠均质
③-3b1-2	粉质粘土	19.6	52	24.9	2#215;10-7	欠均质
③-4d	中粗砂混卵砾石	(19.9)	(3)	(35)	2#215;10-3	非均质
③-4e	混合土	19.7	(20)	(30)	2#215;10-5	非均质
K1g-1a	泥质粉砂岩(强风化)	19.9	(10)	(30)	2#215;10-5	非均质
K1g-1c	角砾砂岩（强风化）	19.9	(3)	(35)	3#215;10-5	非均质
K1g-2a	泥质粉砂岩(中风化)	(23.7)
K1g-2c	角砾砂岩（中风化）	(24.0)
注：①引用初勘资料。②（）内为经验值。

1.3周边环境

东南侧为在建温州大厦，东北侧为中国光大银行，西南侧为江苏省中医院，西北侧为医科大学口腔医院，地下管线复杂。

二、主要解决的问题及研究方法

2.1支护方案的对比与优选

综合各支护方案的安全性、经济性和可行性，最终选择排桩这一支护方案。

对本场地而言，场地深部③-4e层性质较好，本工程拟采用③-4e为持力层的钻孔灌注桩方案。

2.2围护结构的荷载计算

在本次工程中采用朗肯土压力计算方法。常计算的内容有静止土压力，墙后主动土压力计算，墙前被动土压力计算。只有确定了土压力的计算，才能确定支撑杆件的截面配筋参数以及桩长、桩间排距等。

静止土压力：p0=K0(γz q)

E0=0.5γH2k0

朗肯主动土压力强度： Pa=（γz q）ka-2c

Ea=0.5γ(H-z0)2ka

z0=2c/(γ)

其中：ka=tan2(45-φ/2)

朗肯被动土压力强度： Pp=(γz q)kp 2c

Ep=0.5γH2 kp 2cH

其中：kp=tan2(45 φ/2)

水土合算：Pa=(γsatz q)ka-2cka

Pp=(γsatz q)kp 2ckp

2.3桩的嵌固深度、桩身最大弯矩

2.3.1单支点支护结构

用等值梁法确定计算支点力的大小，然后根据倾覆稳定条件计算嵌固深度设计值。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 4.1 条计算。

首先，根据等值梁法计算弯矩为零点的位置，令坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至坑底距离为 hc1，hc1按下式确定： ea1k = e p1k ，如下图1所示。

图1 单支点支护结构支点力计算简图 图2 单支点支护结构嵌固深度计算简图

根据静力平衡，支点力按下式确定：

Tc1=

式中：ea1k#8212;#8212;水平荷载标准值；

e p1k#8212;#8212;水平抗力标准值；

∑Eac#8212;#8212;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；

ha1#8212;#8212;合力∑Eac 作用点至设定弯矩零点的距离；

∑Epc#8212;#8212;弯矩零点位置以上基坑内侧各土层水平抗力标准值的合力之和；

hp1#8212;#8212;合力∑Epc 作用点至设定弯矩零点的距离；

hT1#8212;#8212;支点至基坑底面的距离；

hc1#8212;#8212;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，并令抗倾覆稳定安全系数为 1.2，考虑基坑重要性系数γo，嵌固深度设计值 hd 应满足下式：

hp

根据静力平衡计算截面弯矩与剪力，图 2.1，设结构上某截面满足以下条件：

则该截面上的剪力即为最大剪力，其值为：

同样假设结构上某截面 hc1 满足以下条件：

则该截面上的弯矩即最大弯矩，其值为：

2.5抗隆起、倾覆验算

2.5.1 抗隆起稳定性验算

随着深基坑逐步向下开挖，坑内外的压力差不断增大，就有可能发生基坑坑底隆起现象。特别在软粘土地基中开挖时很容易发生基坑底土向上隆起现象。由于坑外地基土体的压力差，使墙背土向基坑内推移，造成坑内土体向上隆起，坑外地面下沉的变形现象，运用地基极限承载力假定来验算。

太沙基公式:

式中：ks#8212;#8212;抗隆起稳定安全系数；

q#8212;#8212;地面荷载；

H#8212;基坑开挖深度(m)；

D#8212;#8212;墙体入土深度(m)；

Nq、Nc#8212;#8212;地基土的承载力系数 。

2.5.2 抗倾覆验算

基坑的抗倾覆稳定性，通过验算最下一道支撑以下的主、被动区的压力绕最下道支撑支点的转动力矩是否平衡，来判断是否发生倾覆。

抗倾覆稳定性安全系数：KT=MP/Ma≥1.2

式中：KT#8212;#8212;抗倾覆稳定性安全系数；

MP#8212;#8212;基坑内侧被动土压力对A点（最下层支撑处）的力矩；

Ma#8212;#8212;基坑外侧主动土压力对A点的力矩。

2.6止水帷幕的桩型、桩长设计和抗渗验算

2.6.1止水帷幕桩型和桩长

止水帷幕的厚度应该满足基坑的防渗要求，且止水帷幕的渗透系数宜小于1.0#215;10-6cm/s。

落底式竖向止水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可以按下式计算：

l=0.2h w#8722;0.5b

式中：l#8212;#8212;帷幕插入不透水层的深度；

hw#8212;#8212;作用水头；

b#8212;#8212;帷幕宽度。

当止水帷幕未插入不透水层，其嵌固深度应满足抗渗透稳定条件，其嵌固深度可以按下式计算：

h d≥1.2γ0 (h#8722;h wa )

式中：hwa#8212;#8212;坑外地下水位；

h#8212;#8212;基坑深度。

则桩长 L 可以按下式计算：

L=l x 或者 L=h hd

式中：x#8212;#8212;不透水层层顶深度。

2.6.2抗渗验算

当止水帷幕未插入不透水层时，还应进行抗渗验算，可以按基坑抗管涌验算进行。

2.7降水设计

2.7.1基坑涌水量计算

1.均质含水层潜水完整井

a.基坑远离边界时：

式中： H#8212;#8212;含水层厚度；

S#8212;#8212;水位降深；

R#8212;#8212;降水影响半径；

r0#8212;#8212;基坑等效半径；

K#8212;#8212; 渗透系数。

b.岸边降水时：

c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时：

d.当基坑靠近隔水边界：

2.均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算

a.基坑远离边界时：

b.近河基坑降水，含水层厚度不大时：

c.近河基坑降水，含水层厚度很大时：

1.均质含水层承压水完整井涌水量

a.当基坑远离边界时

式中：M#8212;#8212;承压含水层厚度

b.当基坑位于河岸边时

c.当基坑位于两个地表水之间或位于补给区与排泄区之间时

2.均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算

a.均质含水层承压~潜水非完整井基坑涌水量计算：

2.7.2等效半径

1.矩形基坑等效半径

r0=0.29(a b)

式中：a、b#8212;#8212;分别为基坑的长、短边。

2.不规则块状基坑等效半径

式中： A#8212;#8212;基坑面积。

2.7.3降水影响半径

潜水含水层：

承压含水层：

式中：R#8212;#8212;降水影响半径（m）；

S#8212;#8212;基坑水位降深（m）；

k#8212;#8212;渗透系数（m/d）；

H#8212;#8212;含水层厚度（m）。

2.7.4降水

降水井数量按以下公式计算：

N=1.1Q/q

式中：Q#8212;#8212;基坑涌水量；

q#8212;#8212;设计单井出水量。

设计单井出水量可按下列规定确定：

1.井点出水能力可按 36~60msup3;/d 确定；

2.真空喷射井点出水量可按表3确定。

表3 喷射井点设计出水量

型号	外管直径(mm)	喷射管	工作水压力(MPa)	工作水流量(msup3;/d)	设计单井出水流量(msup3;/d)	适用含水层渗透系数(msup3;/d)
喷嘴直径(mm)	混合室直径(mm)
1.5型并列式	38	7	14	0.6~0.8	112.8~163.2	100.8~138.2	0.1~5.0
2.5型圆心式	68	7	14	0.6~0.8	110.4~148.8	103.2~138.2	0.1~5.0
4.0型圆心式	100	10	20	0.6~0.8	230.4	259.2~388.8	5.0~10.0
6.0型圆心式	162	19	40	0.6~0.8	720	600~720	10.0~20.0

3.管井的出水量 q（msup3;/d）可按下列经验公式确定：

式中：rs #8212;#8212;过滤器半径（m）；

l#8212;#8212;过滤器进水部分长度（m）；

k#8212;#8212;含水层渗透系数（m/d）。

三、设计依据

[1] GB50157-2003. 地铁设计规范 [S]

[2] TB10003-2005. 铁路隧道设计规范 [S]

[3] GB50010-2002. 混凝土结构设计规范 [S]

[4] GB50108-2008. 地下工程防s水技术规范 [S]

[5] GB50017-2003. 钢结构设计规范

[6] JGJ120-99. 建筑基坑支护技术规程 [S]

[7] JGJ94-94. 建筑桩基技术规范 [S]

[8] GB50007-2002. 建筑地基基础设计规范

[9] YB9258-97. 建筑基坑工程技术规范 [S]

四、进度安排

1．查阅文献资料，翻译英文资料 1.0周

2．设计准备 1.0周

3．围护结构设计及计算 4.0周

4．支撑结构设计及计算 1.0周

5．降水设计 1.0周

6. 电算 1.0周

7．成果整理 1.0周

8．答辩准备 1.0周