地下结构设计

《地下结构设计》综合训练二地下连续墙结构设计

1、工程概况

某市地铁一号线某站是一个换乘站，该换乘站是二层车站，车站15.2深，东西跨度193m,南北跨度为20.3m。南侧广场及高铁站房，西南侧为BRT及公交停车场，东南侧为社会停车场，北侧为观景平台及音乐喷泉，西北侧现状为绿地。基坑开挖深度15.7m,地下连续墙的总深32.7m,其中嵌固深度为16.9m，架设4道支撑，均为钢支撑，标高分别为-1.5m、-5m、-9.7m、-13.8m。

土的物理力学参数：粘聚力c=26.72kPa，承载力标准值f k=108kPa，侧摩阻力q sia=36.4kPa，重度γ=15.6kN/m3，内摩擦角ϕ=25.6°

2、荷载及土压力计算

地层土为均质土，且重度为γ=15.6kN/m3

一般情况下基坑边堆放的施工材料综合超载为20kPa，则超载换算为地表土

当量高度：ℎ′=q0

γ=20

15.6

=1.282m；

土压力采用朗肯土压力理论进行计算，墙背产生的是由土体自重和基坑边超载产生的主动土压力，基坑内侧产生的是被动土压力。土压力计算简图如图2-1，土压力分布图如图2-2；

主动土压力参数与被动土压力参数计算：

K a=tan2(45°−ϕ

2

)=tan2(45°−

25.6

2

)=0.397

K p=tan2(45°+ϕ

2

)=tan2(45°+

25.6

2

)=2.522

地面的主动土压力为：

σa1=γℎ′K a−2c√K a=−41.611kPa 因此取σa1=0

基坑底部平面处，墙背所受的主动土压力为：

σa2=γ(ℎ′+ℎ1)K a−2c√K a=71.501kPa

基坑底部平面处，墙背所受的被动土压力为：

σp1=2c√K p=84.867kPa

地连墙底部平面处，墙体所受的被动土压力：

σp2=γℎ2K p+2c√K p=749.767kPa

计算围护结构的地基承载力，地连墙竖向承载力P由两部分组成，一部分是墙端部承载力F，另一部分是侧壁摩阻力R（地连墙单位长度取1m，墙底面积取单位面积0.8㎡，土层承载力取150kPa）；

F=150×0.8=120kN

R=Lq siaℎ=1×37.4×32.1=1200.54kN

P=F+R=120+1200.54=1320.54kN

3、基坑底部土体抗隆起稳定性验算

根据规范本工程所用的地下连续墙结合支撑的围护结构体系属于支撑式只支挡结构，嵌固深度需要满足坑底抗隆起稳定性要求，计算简图如图3-1。

地基承载力系数N q,N c为：

N q=tan2(45∘+25.6

2

)eπtan25.6∘=12.368

N c =(N q −1)tan ϕ=12.368−1tan 25.6

=23.727 K ℎe =

γtN q +cN c

γ（ℎ+t ）+q 0=15.6×16.9×12.368+25.6×23.72715.63×32.1+20=3.123>2.5 故基坑抗隆起验算满足要求。

4、基坑底部抗渗流稳定性验算

根据规范，基坑底部抗渗稳定性验算分为两部分，一部分是抗渗流稳定性验算；另外由于本工程基坑底下一定深度内存在承压水，承压水压力为460kPa ，承压水位于5层顶下7.36m ，需要进行基坑地下抗承压水验算。

抗渗流稳定性验算：γm t

γw (0.5ℎ′+t)≥1.1

15.6×16.910(0.5×13.8+16.9)

=1.108≥1.1 抗承压稳定性验算：γm

′(t+Δt )p w ≥1.2

15.6(32.1+7.36)460

=1.338≥1.2 故基底抗承压水验算满足设计要求。

5、地下连续墙抗倾覆稳定性验算

根据规范规定，板式支护体系围护墙应验算最下

道支撑的抗倾覆稳定性，示意图如图5-1，其验算原理

是分别求出坑底的被动土压力对最下道支撑的力矩和

坑外最下道支撑以下和墙底以上之间主动土压力对最

下道支撑的力矩，使二者之比大于一定安全系数。因

此在验算式前需求出主动土压力力矩和被动土压力力

矩。

σp1=84.867kPa

，σp2=749.767kPa ，

σa2=71.507kPa

e a1=γ(ℎ′+ℎ0)K a −2c √K a =15.6(1.282+13.6)0.397−2×26.72√0.397 =58.496kPa

基坑内被动土压力对最下道支撑处的力矩：

M p =e p1(t 2+ℎd )t +t 2(e p2−e p1)(2t 3+ℎd ) =80.386(16.92+1.6)16.9+16.92(705.68−80.386)(2×16.93

+1.6) =8.164×104kN •m

基坑迎土侧最下道支撑以下墙顶以上范围内主动土压力对最下层支点处的力矩：

M a =(e a16+e a23)(t +ℎd )2=(58.3736+68.7273

)(16.9+1.6)2=2.386×104kN •m

K T =M p M a =8.164×104

2.386×104

=3.422≥1.2 因此地连墙的抗倾覆稳定性验算符合设计要求。

6、整体圆弧滑动稳定性验算

围护结构的整体稳定性验算采用圆弧滑动简单条分发进行验算。但是根据《基坑工程手册》，当设置多道支撑时，一般不发生整体稳定性破坏。由于本工程在地连墙上设置了4道钢支撑，根据工程经验一般不会发生整体稳定性破坏，在此不做验算。

7、支撑轴力及地连墙内力计算

基坑迎土侧主动土压力系数：K a=0.397

开挖面以下被动土压力系数：K p=2.522

坑底静止土压力系数K0=1−sinϕ=1−sin25.6°=0.568

墙体外侧主动土压力写成方程式有：

σa=15.6×0.397×(ℎ+1.332)−2×25.6×√0.397=6.094ℎ−32.624

令σa=0, ℎ=2.55，所以主动土压力为零的点位于地表下1.95m，则换算后的主动土压力斜率为η=11.569

(ξx+ζ)等于被动土压力减去静止土压力根据山肩邦男近似假设的第三条，其中

ηx的数值，所以ξx+ζ=γxK p+2c√K p−γK0x，带入数值得：

ξx+ζ=15.6×(2.522-0.568)x+2×25.6×√2.522=31.42x+78.462

ξ=31.42 ζ=78.462

所以：