基坑支护设计范例.docx

苏州地铁一号线A标段基坑支护设计

绪 论 ：
选择苏州一号线地铁支护设计作为毕业设计课题，主要原因有：一、考虑到国内一线城市为解决交通拥堵，实现快速通行，今后几十年的主要市政工程是地铁建设，故对地铁建设的有关内容进行了解是很有必要的；二、学校专业课程主要倾向路桥相关知识，关于地铁支护结构设计在我们本科阶段都未涉及，而支护结构设计几乎在所有工程中都会遇到，因此有必要研究一下地铁工程的有关设计，拓宽一下自己的知识面；三、本科阶段的课程设计内容包括了道路、小桥及基础，关于深基坑的支护为曾涉及，因此，对工程中的支护设计进行研究是很有意义的。综合上述因素，我选择这个设计知识点不是很熟的课题。
该毕业设计以苏州地铁一号线工程为背景，自主设计了苏州地铁一号线标段～的支护结构，并对该段基坑支护工程进行了支护方案比选。对支护结构进行内力计算和强度验算。此外，还做了有关降水设计、基坑底稳定性分析和地下连续墙的施工工艺和质量控制。并绘制了支护结构平面布置图、剖面图、有关详图及支撑结构的配筋图。
限于知识水平和时间有限，毕业设计中仍有很多不足之处，恳切希望各位老师批评斧正。
该毕业设计以苏州地铁一号线工程为背景，自主设计了苏州地铁一号线标段～的支护结构，并对该段基坑支护工程进行了支护方案比选。对支护结构进行内力计算和强度验算。此外，还做了有关降水设计、基坑底稳定性分析和地下连续墙的施工工艺和质量控制。并绘制了支护结构平面布置图、剖面图、有关详图及支撑结构的配筋图。

关键词：苏州地铁; 支护结构; 方案比选； 地下连续墙; 内支撑；
基坑底稳定性；降水设计；施工工艺与质量控制

～ Key words: Suzhou Subway; Underground continuous;
Route alternative; The underground concatenation wall;
Supporting structure in support；Foundation pit cutting of the stability;
Precipitation design; the construction technology and quality control of drilling driven cast-in-place pile

目录
第1章 工 程 概 况 5
1. 苏州地铁一号线工程简介 5
2. 工程勘察质料 6
2.1. 土层详细描述 6
2.2. 土层特殊实验指标平均值 7
2.3. 各层土主要物理力学指标综合建议值 7
2.4. 地基承载力评估 8
第2章 基坑围护、支护方案比选 9
1. 围护结构方案比选 9
1.1. 地下连续墙与钻孔灌注桩比选 9
1.2. 地下连续墙与土钉墙 10
2. 围护结构与支护结构体系方案综合比选 10
第3章 地基基础与支护体系设计计算 11
1. 持力层选择 11
2. 基坑开挖土层分布及物理指标 12
图3-2-1 分层土压力计算示意图 13
3. 分层土压力计算 13
4. 基坑开挖各阶段连续墙受理情况及支撑结构内力计算 15
4.1. 第一层开挖内力计算 16
4.2. 第二层开挖内力计算 19
4.3. 第三层开挖内力计算 23
4.4. 第四层开挖内力计算 27
第4章 支护体系布置及支撑结构配筋设计和强度校核 32
1. 支护体系布置 32
1.1. 支护体系的平面布置 32
1.2. 支护体系的纵向布置 37
2. 支撑结构配筋设计 38
3. 强度校核 43
3.1. 第一层支撑钢筋混凝土梁抗压强度验算 43
3.2. 第二层～第四层钢管支撑抗压强度验算 43
第5章 基坑底稳定性分析 45
第6章 降水设计 52
第7章 地下连续墙施工工艺及质量控制 59
1. 地下连续墙施工工艺 59
2. 地下连续墙质量控制 61
总 结 62
致 谢 63
附 录 64
[参考文献] 65

第1章 工 程 概 况

1. 苏州地铁一号线工程简介

基坑底稳定性分析，降水设计，地下连续墙施工工艺及地下连续墙的质量控制。并且完成了苏州地铁一号线某标段深基坑支护结构的平面设计图和剖面图，以及支撑构件的配筋详图。
2. 工程勘察质料

本工程重要性等级为一级，中等复杂地基，抗震设防类别为乙级。

2.1. 土层详细描述

根据野外勘探、现场原位测试，结合土工试验成果综合分析，现自上而下详细描述为：
 填土层
杂填土：杂色，稍~中密，以碎砖、碎石混粉质粘土填积，表层为0.5~1.0m厚的压实填土（路基土）。厚度5.4m。
‚ 晚更新世（Q32-3）冲湖积相沉积层
粉质粘土：黄褐色、灰黄色，可塑状态（局部硬塑），夹粘土，含铁锰结核，切面较光滑，无摇振反应，韧性中等，干强度中等~高。层顶埋深5.4m，厚度7~9m。
ƒ晚更新世（Q32-2）浅海相、海陆交互相沉积层
粉质粘土：灰色，软塑~流塑状态，低塑性，夹薄层粉土，稍有光泽反应，摇震反应不明显，韧性较低，干强度较低~中等。层顶埋深14.4m，厚度5m。
„晚更新世（Q32-1）湖、冲湖积相沉积层
粉质粘土：暗绿色，硬塑～可塑，均质致密，夹粘土，切面较光滑，无摇振反应，韧性中等，干强度中等~高。层顶埋深19.4，厚度4.1m。
…晚更新世（Q32-1）冲湖积相沉积层
粉土：灰色，中密~密实，部分为粉砂，夹薄层粉质粘土，光泽反应弱，摇震反应迅速，韧性、干强度低。层顶埋深23.5m，厚度10m。
†晚更新世（Q31）泻湖相沉积成因土层
粉质粘土、淤泥质粉质粘土：灰色，软塑~流塑，土质不均匀，局部为软塑粘土，夹淤泥质粘土，见有贝壳碎屑，切面较光滑，韧性、干强度中等。层顶埋深33.5m，厚度9.0m。
‡中更新世（Q22）冲湖积相沉积成因土层
粉质粘土：灰绿～青灰色，硬塑，局部可塑，偶夹薄层粉土，切面较光滑，无摇振反应，干强度、韧性中等~高。分布于场地西端。层顶埋深42.5m，厚度17.2m。
ˆ中更新世（Q21）的古沙洲相沉积成因土层
粉土：灰色，中密~密实，局部夹粉细砂和粉质粘土，稍有光泽反应，摇震反应中等，韧性、干强度较低。层顶埋深59.7m左右，未钻穿。
苏州地铁一号线与四号线换乘站土层分布详图见图2-1。

图2-1-1 苏州地铁一号线某标段土层分布图
（图中单位：m）

2.2. 土层特殊实验指标平均值

有关苏州地铁地质土层物理力学指标见效表2-1。
表2-1 土层特殊试验指标平均值
层号

回弹
指数
Cs

垂直
基床系数
K
(MPa/m)
静止侧压力系数
K0
泊桑比
y

渗透系数
垂直Kv310-6
(cm/s)
水平Kh310-6
(cm/s)
①

4.89
83.5
②
0.019
16.971
0.48
0.33
0.38
0.24
②

20.943
0.35
0.26
12.9
3.09
③

8.956
0.53
0.35
0.16
2.47
④

19.400
0.43
0.30
0.03
0.05
⑤

17.020
0.46
0.32
13.0
37.2
⑥

15.075
0.45
0.31
108
71.4
⑦

16.011
0.46
0.32
104
72.6

2.3. 各层土主要物理力学指标综合建议值

有关苏州地铁一号线某标段土层主要物理力学指标见效表2-2。
表2-2 各土层主要物理力学指标
层号
含水量
w(％)
重度
孔隙比
e
压缩性
静止侧
压力系数K0
回弹
指数
Cs
直剪快剪
直剪固快
a1-2
(MPa-1)
Es1-2
(MPa)

（度）

（度）
①
32.0
18.7
0.922
0.498
3.99

10
12
②
43.4
17.6
1.227
0.746
3.11

6
8
③
28
19.4

0.801
0.3
6.647
0.46

22.0
12.5
25.0
17.0
④
28.5
19
0.817
0.155
12.301
0.38

9.5
26.0
9.5
27.0
⑤
33.2
18.8
0.929
0.486
4.168
0.54
0.024
9.0
12.0
10.0
17.5
⑥
30.6
19.1
0.862
0.321
6.21
0.48
0.019
16.0
14.0
16.0
18.5
⑦
25.6
19.8
0.72
0.156
11.355
0.33

10.0
25.0
10.0
26.0
⑧
37.8
18.3
1.049
0.388
5.585
0.55

12.0
12.0
11.5
16.0
注 ：（1）含水量、重度、孔隙比、基床系数、静止侧压力系数为平均值；
（2）压缩性指标、直剪固快为标准值；
（3）渗透系数为室内试验最大值。

2.4. 地基承载力评估

按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），根据各项现场原位测试、理论公式计算及地区经验综合评判提供的地基承载力特征值见表2-3。
表2-3
层号
土层名称
承载力特征值
fak（kPa）
备注
②
可塑（局部硬塑）粉质粘土
170

③
可~软塑粉质粘土
150
夹薄层粉土
④
稍密粉土
130
夹粉砂
⑤
软~流塑粉质粘土
110
部分低塑性、交互层
⑥
中密粉土夹粉质粘土
150

⑦
中密~密实粉土
180
部分为粉砂
⑧
粉质粘土、淤泥质粉质粘土
120

第2章 基坑围护、支护方案比选

1. 围护结构方案比选

1.1. 地下连续墙与钻孔灌注桩比选

地下连续墙作为深基坑支护的多功能结构, 是在基坑周围的有一定厚度的封闭的钢筋混凝土墙, 其可以作为建筑物的外围结构也可以作为基坑的临时围护用墙;由于其是钢筋混凝土结构, 因此具有较大刚度, 能承受较大的垂直荷载和较大的土压力、水压力等水平荷载以及良好的抗渗性能;对临近建筑物影响小, 施工中无需放坡、支模等, 且土方工程量小, 资料记载在距离原来建构筑物仅20cm即可进行深基坑施工且对建构筑物无影响;墙体深度、宽度及形状可以任意控制, 其在平面布置上可以呈H形、T形, 三角形、圆形、放射形等各种形状和曲线;地下连续墙施工中使用的机械设备较多, 导致造价较高, 但其与较大沉井工程比较其工程造价可降低25 - 45% ,若将地下连续墙作为建筑基础结构墙体则可在更大程度上降低造价;施工所用泥浆配制较高, 并且施工中应有泥浆回收重复使用系统;适应性强, 该种施工工艺可以适合于各种土质, 不仅适用于软弱土层且穿过砂、砾石等坚硬地层, 尤其在软土地质中更有利于施工以发挥其优越性,当深度较大进入地下水位以下时也不受地下水的影响, 可不降低地下水而进行施工;施工过程全部在地面以上进行, 使劳动条件得到改善,过程中产生的振动及施工噪音较小, 能够适宜于对环境要求较严格的地区施工; 其可以与锚杆等支护形式联合施工,并可以在基坑内作内支撑;施工技术要求较高, 若土质条件复杂且施工不当等原因则往往会造成墙体表面粗糙、超挖以及相邻墙段不能连锁合拢等缺陷;施工中若遇到含有较高承压水头的砂砾层, 不辅以其它措施则难以成槽进行连续墙浇筑施工;施工需要专门的施工机械设备, 其各种设备相互配套且各个施工环节紧密配合, 若施工组织管理不善则往往造成现场泥泞, 施工效率低下, 施工质量差等后果。
该种施工工艺具有较大的使用范围, 大量工程实践及资料显示, 只有当土层中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较高的有机质以及地下水流速过大甚至已经造成涌水的工程应根据现场试验结果来确定其适用性外对于其它土层都具有较好的适应性;施工方便、工艺简单, 施工工期短, 对地基加固见效快并且其耐久性好;该种施工工艺可以提高并能够保持地基的抗剪强度,可以重组土体结构, 改变土层的变形性质, 减少土层的沉降量的作用;可以通过固结原理和挤压作用来消除软土的各种不良特性, 同时可起到阻截地下水流、减少振动、防止土层液化或流砂等作用, 同其它桩型比较具有良好的加固作用,且具有良好的防渗作用;高压旋喷桩施工质量控制严格, 若施工控制不当则容易发生渗漏等工程质量问题;造价较低, 资料显示钻孔桩与旋喷桩组合工艺同以往的施工工艺比较能节约10%～30%的工程造价;施工过程中设备振动较小、产生的施工噪音较小, 对临近建筑物影响小, 对软土、砂土及城市密集区的基坑支护有更为显著的支护效果。
综合比较，围护结构更宜选用地下连续墙。

1.2. 地下连续墙与土钉墙

土钉墙围护结构基坑深度不宜超过18m，使用期限不宜超过18个月。土钉墙围护通常采取土中钻孔置入变形钢筋即带肋钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用。土钉也可用钢管角钢等作为钉体采用直接击入的方法置入土中土。由苏州地铁一号线某标段的土层勘察质料可知，土层以软土居多，不能提供足够的摩擦力，故不宜采用土钉墙支护。

2. 围护结构与支护结构体系方案综合比选

据了解，目前国内基坑开挖深度超过15m，支护结构多采用锚杆（或内支撑）和地下连续墙相结合的方案居多。

2.1. 锚杆和地下连续墙相结合

采用锚杆（预应力锚杆居多）和地下连续墙相结合，这一类支护结构宜用在
浅层地质条件较好的地区，但由于场地周围条件（建筑物、管线等设施）的限制以及锚杆和连续墙作为临时设施，相对造价还是比较昂贵的。

2.2. “二墙合一”

地下连续墙作为挡墙（或兼作地铁车站的外墙），同时采用桁架或内环式现
浇钢筋混凝土（或钢）结构作为临时内支撑，由于这类支撑断面均较大，制作安装拆除费工费料，全部支撑占整个临时设施费用的比例也是较高的。

2.3. “三墙合一”

由于地下连续墙成本较高，施工工艺较复杂。本工程可采用钻孔灌注桩加内
支撑的支护结构体系。但是在基坑开挖完成之后，还需要重新建造地铁车站的外墙，综合比较，这种方案的造价也不低。此外，该工程场地地下水位较高，基坑开外工程中还要做好基坑降水、排水工作。
经多方案比较，最后选定的围护、支护结构方案主要内容如下：
 利用水下浇筑钢筋混凝土地下连续墙作为施工期间的挡墙，同时兼作地铁车
站的外墙和部分作为上部结构承重墙的“三墙合一”方案。
‚ 该工程第一层内支撑采用现浇钢筋混凝土梁作为内支撑，剩下的三层采用钢
管支撑。这样的支撑方案费用较小，拆除方便，经济实用。
全部临时支挡结构均被利用为地铁车站的永久工程结构，其中包括墙、柱、梁，这样可以大大地降低临时工程的造价和加快施工进度。

第3章 地基基础与支护体系设计计算

1. 持力层选择

该工程采用明挖施工，连续墙+内支撑围护结构，预开挖深度，结合勘探结果，选择持力层。第ƒ层软～流粉质粘土，该层粘土强度大，摇震反应不明显，韧性较低，压缩性中等偏低，其物理力学指标非别为：孔隙比，三轴剪切试验测试其强度统计指标，。按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），根据现场原位测试、理论公式计算及地区经验综合评判提供的地基承载力特征值表2-3可知：第ƒ层软～流粉质粘土承载力特征值。
故持力层应选择为第ƒ层软～流粉质粘土上（见图3-1-1）。该土层承载力特征值。

图3-1-1 持力层土层分布详图
（注：1.填土层；2.晚更新世冲湖积相沉积层；3.晚更新世浅海、海陆交互相沉积层）

2. 基坑开挖土层分布及物理指标

地面附加荷载，苏州地区地下水位高，在计算中各层土都是出于饱和状态。第层土，饱和重度，内摩擦角，内聚力；第‚土层，饱和重度，内摩擦角，内聚力；第ƒ层土，饱和重度，内摩擦角，内聚力；第„层土，饱和重度，内摩擦角，内聚力。分层情况及有关参数见图3-2-1。

图3-2-1 分层土压力计算示意图

3. 分层土压力计算

在实际工程中，基坑周边土层一般为成层结构，分层土的土压力计算一般以分层土的重力密度，内摩擦角，内聚力，应用下式计算：（参见《深基坑支护工程设计技术》，黄强编著，2.4分层土土压力计算）
第层土底面对墙的主动土压力为：
（3-3-1）
式中：地面附加荷载传递到层土底面的垂直荷载；
：层土的天然重力密度（）；
：层土的厚度（）；
：第层土的内摩擦角（）；
：第层土的内聚力（）。
第层土底面对墙的被动动土压力为：
（3-3-2）
结合图3-2-1各土层主要物理力学指标和公式（3-3-1）、（3-3-2），计算结果见下：
在距地表面5.4处的主动土压力强度、：

在距地表面14.4处的主动土压力强度

在距地表面19.4的主动土压力强度、：

在距地表16.0的主动土压力强度：

则基坑的主动土压力强度分布图形如图3-3-1所示。略去不计填土和墙背之间的拉应力，则得基坑开挖16.0连续墙背承受的主动土压力等于

图3-3-1 主动土压力分布图
（长度单位：，主动土压力单位：）

4. 基坑开挖各阶段连续墙受理情况及支撑结构内力计算

苏州地铁一号线与四号线换乘站基坑工程，挖土深度（开挖深度），土质情况如图3-4-1所示。支护结构体系采用地下连续墙加4道支撑体系。

图3-4-1 基坑地质及开挖情况
（图中单位：）
挖土和支撑的程序为：
第一阶段挖土第一层支撑第二阶段挖土第二层支撑第三阶段挖土第三层支撑第四阶段挖土第四层支撑加垫层拆除第四层支撑。
现分别对各阶段的连续墙受力情况进行分析：

4.1. 第一层开挖内力计算

为计算方便，首先计算如下变量：

式中：

第一阶段挖土深度，挖土完成后地下连续墙呈悬臂状态。第一阶段挖土支护计算简图如图3-4-2所示。第一阶段计算目的在于确定以上假定挖土深度时悬臂式连续墙结构是否满足强度与稳定性的要求。

图3-4-2 第一阶段挖土支护计算简图
（图中单位：m）
根据公式：
主动土压力公式；
被动土压力公式。
则地面及以下处的主动土压力、及分别为：
（3-4-1）
（3-4-2）
= （3-4-3）
土压力零点位置为：
（3-4-4）
主动土压力合力：
（3-4-5）
设在开挖面以下距离处，土压力为零（假设零点处仍在第一土层）则：

（3-4-6

最大弯矩作用点位置可由断面剪力为零的条件求得：
从图5-5-2几何关系可得：
（3-4-7）
（3-4-8）

（3-4-9）
将式（3-4-8）代入式（3-4-9）得：

化简得

则
（3-4-10）
（3-4-11）
第一层阶段开挖最大弯矩值为：

即 （3-4-12）
由于本工程开挖深度为，因此对于第一阶段开挖深度时，嵌固深度必然满足要求，可以不验算。

4.2. 第二层开挖内力计算

第二阶段挖土深度为，并在开挖的第一阶段深度处设置钢筋混凝土梁支撑，计算简图如图3-4-3所示。

图5-5-3 第二阶段挖土计算简图（单位：m）
开挖深度处土压力强度，以及：
（3-4-13）
（3-4-14）

且
则 （3-4-15）
开挖面以下距离为处土压力为零，则
（3-4-16）
在土压力零点位置以上第二阶段挖土时的全部土压力合力为（见图5-5-3）：

即
（3-4-17）
主动土压力合力作用点与点距离为，则
（3-4-18）
故
（3-4-19）
主动土压力对点的矩为：
（3-4-20）
第一层支点力为：
（3-4-21）
第二阶段开挖最大弯矩作用点位置，根据式（3-4-21）与式（3-4-17）比较可知，剪力为零点应位于基坑开挖面以下，即

化简得，

则
（3-4-22）
（3-4-23
（3-4-24）
第二阶段开挖最大弯矩值：

即 （3-4-25）
由于本工程开挖深度为，因此对于第一阶段开挖深度时，嵌固深度必然满足要求，可以不验算。

4.3. 第三层开挖内力计算

第三阶段挖土深度为，并在开挖的第二阶段深度处设置钢管支撑，计算简图如图3-4-4所示。

图5-5-4 第三阶段挖土计算简图（单位：m）
计算开挖深度处的主动土压力强度及：

且 （3-4-26）
则
因为开挖面上下都处在第二层土中，故 （3-4-27）
开挖面以下距离为处土压力为零，则
（3-4-28）
故土压力零点处在第三土层
（因为）
在土压力为零点位置以上第三阶段挖土时的全部土压力合力为（见图3-4-4）：

即 （3-4-29）
主动土压力合力作用点与点距离为，则

故 （3-4-30）
主动土压力对点的矩为：
（3-3-31）
第二层支点力为：

化简得，
（3-4-32）
求最大弯矩作用点位置：
由于小于式（3-4-29）前两项之和。因此，剪力为零的点（弯矩最大值点）位于基坑开挖面以上。根据水平力平衡条件可得：

求解得， （3-4-33）
则，
（3-4-34）
第三阶段开挖最大弯矩值：

即 （5-5-35）
由于本工程开挖深度为，因此对于第一阶段开挖深度时，嵌固深度必然满足要求，可以不验算。

4.4. 第四层开挖内力计算

第四阶段挖土深度，并在开挖的第三阶段开挖深度处设置钢管支撑，计算简图如图3-4-5所示。

图5-5-5 第四阶段挖土计算简图（单位：m）
计算开挖深度处的主动土压力强度及：
（3-4-36）
（3-4-37）

且
则 （3-4-38）
因开挖深度，开挖面处于第三土层，故有
（3-4-39）
开挖面以下土压力零点深度：

即 （3-4-40）
因为，故土压力零点处在第三土层。
在土压力为零点位置以上第四阶段挖土时的全部土压力合力为（如图3-4-5所示）：
（3-4-41）
即 （3-4-42）
主动土压力合力作用点与点距离为，则

故 （3-4-43）
主动土压力对点的矩为：
（3-4-44）
第三层支点力为：

化简得，

即
（3-4-45）
求最大弯矩作用点位置：
由于小于（3-4-41）前三项之和。因此，剪力为零（弯矩最大值点）位于基坑开挖面以上。根据水平力平衡条件可得：

求解得，
（3-4-46）
（3-4-47）
最大弯矩值：

即 （3-4-48）
地下连续墙嵌固深度：
嵌固深度以水平力平衡条件确定，由图5-5-5得：

化简得，

求得，
（3-4-49）
则结构总长度：
由公式（），可求得地下连续墙总长度。
（3-4-50）

第4章 支护体系布置及支撑结构配筋设计和强度校核

1. 支护体系布置

1.1. 支护体系的平面布置

苏州地铁一号线标段～基坑开挖支护体系片面布置图如下。图4-1-1第一道钢筋混凝土支撑平面布置图；图4-1-2第二道钢管支撑平面布置图；图4-1-3第三道钢管支撑平面布置图；图4-1-4第四道钢管支撑平面布置图；图4-1-5钢管尺寸详图。

图4-1-1 第一道钢筋混凝土支撑平面布置图（单位：mm）

图4-1-2 第二道钢管支撑平面布置图（单位：mm）

图4-1-3 第三道钢管支撑平面布置图（单位：mm）

图4-1-4 第四道钢管支撑平面布置图（单位：mm）

图4-1-5 钢管尺寸详图（单位：mm）

说明：
各道支撑平均间距6.0m，支撑长度10.0m。第一道钢筋混凝土截面尺寸1.0m×1.0m，第二道、第三道、第四道钢管支撑均采用型号钢管，其截面尺寸图见图6-1-5。立柱截面尺寸0.4m×0.4m，各层支撑体系连杆（XG）截面尺寸0.5m×0.5m，地下连续墙厚度1.0m。

1.2. 支护体系的纵向布置

苏州地铁一号线标段～基坑开挖支护体系片面布置图如下。图4-1-6苏州地铁1号线A标段地下连续墙及内支撑纵向布置图。

图4-1-6 苏州地铁1号线地下连续墙及内支撑纵向布置图

说明：
苏州地铁1号线标段K1+380.000～K1+420.000，开挖深度h=16.0m，内支撑布置分四层布置。第一层为钢筋混凝土梁作为永久支撑，第二层～第四层为钢管临时支撑。每层间距为4m，地下连续墙嵌固深度8.88m。
注：图中尺寸单位为：毫米；标高单位为：米。

2. 支撑结构配筋设计

第一层钢筋混凝土梁支撑全长，计算跨径。矩形截面梁的尺寸如图4-2-1，梁处于Ⅰ类环境条件，安全等级为一级，。

图4-2-1 钢筋混凝土支撑梁尺寸（尺寸单位：）
梁体采用混凝土，轴心抗压强度设计值，轴心抗拉强度设计值。主筋采用钢筋，抗拉强度设计值，箍筋采用钢筋，直径为，抗拉强度设计值。支撑梁的截面尺寸为。弯矩组合设计值。Ⅰ类环境条件，安全等级为一级。
因梁的截面尺寸及混凝土材料均选定，故可考虑按双筋截面设计。受压钢筋仍取级钢筋，受压钢筋按一层布置，受压区混凝土保护层厚度；受拉钢筋按二层布置，受拉区混凝土保护层厚度，。
弯矩设计值。受拉钢筋为级钢筋，即。
(1) 验算是否需要采用双筋截面。单筋矩形截面的最大正截面承载力为

故需采用双筋截面。
(2) 受压区钢筋面截面积
取，代入下式

化简得，

(3) 受拉区钢筋截面面积
由公式

化简得，

选择受压区钢筋为412（），受拉区钢筋为632+632（），布置如图6-3-2。受拉钢筋层净距100，钢筋间净距及。受拉钢筋混凝土保护厚度，钢筋截面重心至受拉边缘距离，，而。
现进行截面复核。由，，，，，代入下公式求受压区高度（）为

化简得，

由下式求得截面的抗弯承载力为

复核结果说明截面设计复核要求。
箍筋设计：
采用直径为的连续3个双肢箍筋，箍筋截面面积
。
在等截面钢筋混凝土支撑梁中，箍筋尽量做到等距离布置。为计算简便，按下式设计箍筋时，式中斜截面内纵筋配筋百分率及截面有效高度计算入下。

箍筋间距

确定箍筋间距的设计值尚应考虑《公路桥规》的构造要求。
若箍筋间距计算值取及，是满足规范要求的。但采用直径为8的3个连续双肢箍筋时，
箍筋配筋率：
（钢筋时），故不满足规范要求。
现取计算的箍筋配筋率
，且小于及。
综上所述，设计箍筋间距。
钢筋混凝土支撑梁的配置图如图4-2-2。

图4-2-2 钢筋混凝土支撑梁配置图
3. 强度校核

3.1. 第一层支撑钢筋混凝土梁抗压强度验算

梁体采用混凝土，轴心抗压强度设计值。
第一层钢筋混凝土梁受到的支撑力
，
支撑梁截面积
，
故支撑梁受到的截面应力为
。
故强度满足要求。

3.2. 第二层～第四层钢管支撑抗压强度验算

第二层、第三层及第四层均为钢管支撑，钢管型号，及直径为，钢管厚度，抗压强度设计值，抗拉强度设计值。
第二层支撑钢管支撑受到的支撑力，

支撑钢管截面接，

故支撑钢管受到的截面应力为，

故满足抗压强度要求。
第三层支撑钢管支撑受到的支撑力，

支撑钢管截面接，

故支撑钢管受到的截面应力为，

故满足抗压强度要求。

第5章 基坑底稳定性分析

目前软土地区基坑抗隆起稳定性分析中常用的计算方法一般属极限平衡法的范畴，如地基承载力模式、圆弧滑动模式等。极限平衡方法虽在工程实践中应用的较早，但在理论上是不严格的。而岩土工程稳定性问题的极限分析方法有严格的塑性理论依据，能给出极限荷载严格的上下限。因此岩土工程稳定问题的极限分析方法越来越显示出强大的生命力。最近，又有学者将极限分析方法应用于基坑抗隆起稳定性计算中。值得注意的是目前所用的土体稳定性极限分析方法是传统塑性力学极限分析定理在岩土工程的具体应用和拓广，是以关联流动法则为理论基础的。
由于土体沉积过程中的成层性，非均质是实际工程中土体的一个显著特点；目前已有的关于基坑抗隆起稳定性极限分析方法的文献中，除Ukritchon等[6]介绍的极限分析有限元方法外，均将土体作均质处理，都不能考虑土体非均质时的计算。为使基坑抗隆起稳定性分析的极限分析方法在软土地区能够应用和推广，本文将首先讨论极限分析上限方法在分析软土基坑抗隆起时的适用性，然后将极限分析上限方法推广到非均质软土基坑的抗隆起计算中，并讨论了该方法中影响抗隆起安全系数的因素，最后通过工程计算与对比对本文方法加以检验。
在本工程中我们采用非均质软土基坑抗隆起稳定性的极限分析方法。

1. 土体极限分析上限方法计算软土基坑抗隆起稳定性的适用性

目前岩土工程稳定性问题的极限分析方法是以传统塑性力学极限分析理论为依据的，是以土体服从Drucker 公设和关联流动法则的基本假设为基础的，而一般认为土体是不服从关联流动法则的。国内外学者就流动法则对土体稳定极限分析的影响作过许多研究，研究分析结果表明，一般情况下，对于相同的运动许可速度场，关联流动法则下的安全系数计算结果比非关联流动法则的要大[7－9]。对于软土基坑，开挖后的不排水条件一般对基坑的稳定性起控制作用，总应力分析方法是合适的，抗隆起稳定分析中可采用不排水强度cu [4, 5, 10－12]。此时，可将土体作为Tresca 材料，因此可认为其服从关联流动法则[13]，也即采用总应力分析的软土材料是符合极限分析的基本要求的。
极限分析上限法是根据选定的运动许可速度场，应用外力功功率与内能耗散率相平衡来获得所求问题的上限解。对于图1 所示的运动许可模式，在计算运动许可体系内能耗散时须考虑支护墙体与土体界面的摩擦，该摩擦作用严格来说是不服从关联流动法则的。一般来说，支护墙体与坑外土体之间的摩擦作用是很小的，可按接触面光滑处理[5, 10－12]。对于坑内土体与支护墙体的接触面，考虑到桩土间极限侧摩阻发挥的决定因素[14]，同时为使极限分析方法在应用时能够严格成立，本文将考虑两种极端情况：一种为桩土界面光滑，另一种为桩土界面完全粗糙。在此两种情况下，本文软土基坑抗隆起极限分析上限法是严格符合极限分析的理论要求的。

2. 计算公式的推导及计算

虽然任何一种运动许可速度场所得结果均为问题的上限，但所选模式越接近实际，所得结果就越接近真实解[2]。Chang[4]应用Prandtl 机构作为运动许可速度