中国矿业大学力学与建筑工程学院本科毕业设计(论文)

第一部分

凯旋路站基坑围护结构设计

1 工程概况

1.1工程概况

本工程位于于长宁路、凯旋路西南角处。车站的主体内净长148m，基坑标准段宽23.76m，基坑开挖深度一般为15.2m。

查看资料与现场勘探，发现施工场地地质属滨海平原，现场已经进行过整平，场地地面标高在4.01~4.32m之间。

1.2 工程地质与水文地质

查看资料与现场勘探，发现施工场地地质属滨海平原，现场已经进行过整平，场地地面标高在4.01~4.23m之间。

地下水位为1.26~1.62m，相应高程为2.41~2.68m。查看地址资料和现场取样勘探，预备施工场地有暗浜分布，当地土质较为软弱并且分布不均匀，存在少量的局部障碍物，施工过程中需进注意并且处理。 1.2.1土层物理性质

根据地基土的岩性、成因、物理力学性质的差异，将土层分层。 建址范围内自上向下土层构成分别为：

①1填土：层底标高2.98～-0.9m，厚度1.10～3.2m，地面下厚约1.5~2.5m为杂填土，多量碎砖、石块、煤渣等杂物；下部以粘性土为主，并且含有少量建筑垃圾。

①2浜土：层底标高0.74m，厚度1.1~2.2m，含黑色有机质，夹有碎石、生活垃圾等杂物，有臭味。

②粉质粘土：层底标高0.17～-1.17m，厚度0.20～1.90m，含云母、氧化铁斑点，土质从上到下逐渐地变软。

③淤泥质粉质粘土：层底标高-2.33～-3.00m，厚度2.90～3.95m，流塑，含云母，夹薄层粘质粉土或粉砂团块，土质不均，稍显光滑、中等干强度、中等韧性，高压缩性。

④淤泥质粘土：层底标高-9.78～-11.7m，厚度7.00～9.20m，流塑，含云母、有机质，夹粉土、粉砂团块，夹贝壳碎屑，土质尚均匀，光滑、高干强度、高韧性，高压缩性。

⑤1粘土：层底标高-21.08～-22.30m，厚度10.5～11.30m，流塑～软塑，含云母、有机质，夹粉土薄层，夹泥钙质结核、半腐植物根茎及贝壳碎屑，土质均匀，光滑、高干强度、高韧性，高压缩性。

⑤2粉质粘土：层底标高-26.8～-31.48m，厚度5.30～10.40m，很湿，软塑，含云母、有机质，夹薄层粉土，夹泥钙质结核，稍显光滑、高干强度、高韧性，中压缩性。

在基坑的开挖深度范围之内，主要是流～软塑淤泥质粘性土。③、④、⑤1层土层，强度低、渗透性差、含水量高、孔隙比大及压缩性高，其具有较大的流

变特性，有可能导致围护结构的稳定性差，坑底容易产生回弹隆起。

1.2.2水位

地下水位为1.26~1.62m，相应高程为2.41~2.68m。查看地址资料和现场取样勘探，预备施工场地有暗浜分布，当地土质较为软弱并且分布不均匀，存在少量的局部障碍物，施工过程中需进注意并且处理。

1.2.3 地下水、地基土的腐蚀性

现场勘察发现施工场地附近内没有污染源，根据详细的勘察对3组地下水的样品进行水质的分析，得到的结果是地下水对施工所用的混凝土没有腐蚀性，根据《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2002）规范规定并且联合水质得出的资料进行判定，地下水对施工所用的混凝土没有腐蚀性，但是对钢结构存在弱腐蚀性。

1.3 不良地质现象及地下障碍物

1.3.1 暗浜、浅层气

暗浜深度约2.74m，且拟建场地局部填土较厚，厚度1.00～3.00m，由于场地条件的限制，小螺纹孔无法施工，待有条件时再施工或开挖时加强验槽，以查明暗浜。施工过程中应注意是否有沼气溢出的现象。 1.3.2 流砂

第③层、⑤1层局部有粉土夹层，在动水压力的作用下易产生流砂现象，对车站基坑开挖是不利的因素。 1.3.3 地下障碍物

根据现场踏勘，地下障碍物并不多，所以无需考虑。

1.4工程周围环境

在基坑的南方存在一个大型商场，北面是长宁路，西面与一活动房相邻，东面为凯旋路和南京四川北路车站。需要采取一定的保护措施。

2 设计依据和设计标准

2.1主要设计依据

①《南京地铁二号线一期工程地质勘察招标文件》； ②《南京市地铁二号线一期工程建设用地地质灾害危险性评估报告》； ③《南京地铁二号线一期工程（应天路-马群）浅层地震勘查报告》； ④ 执行规范《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB 50307-1999）； ⑤ 参考规范、规程、标准

《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）； 《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）； 《铁路工程抗震设计规范》（GBT 111）；

《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）；

《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）； 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94）；

《地基动力特性测试规程》（GB/T 50269-97）； 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）；

《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002，J 220-2002）。

2.2基坑设计等级及控制标准

在基坑方案总体设计中，需要对周边的环境，工程行驶的功能进行一定的判断，并且根据这些判断制定出符合安全并且合情合理的设计标准。

根据深基坑所积累的经验，并且结合四周环境保护的要求，将控制基坑的变形标准划分成四个等级如下表2-1

表2-1：基坑变形控制保护等级标准 地面最大沉降量及围护墙水平移 保护等级 控制要求 1. 地面最大沉降量≤0.1℅H； 离基坑10m，周围有地铁，2. 围护墙最大水平位移≤0.14℅H； 特级 3. K≥2.2 1. 地面最大沉降量≤0.2℅H； 离基坑周围H范围内设有2. 围护墙最大水平位移≤0.3H； 一级 3. K≥2.0 1. 地面最大沉降量≤0.5℅H； 2. 围护墙最大水平位移≤0.7℅二级 H； 重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物 在基坑周围H范围内设有较重要支线管线和一般建筑、设施 共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全 环境保护要求 3. K≥1.5 1. 地面最大沉降量≤1℅H； 2. 围护墙最大水平位移≤1.4℅H； 三级 3. K≥1.2 在基坑周围30m范围内设有需保护建筑设施和管线构筑物 注：H为基坑开挖深度。

根据表格，结合实际，可以确定该工程的等级为二级。

3基坑围护方案设计

3.1基坑的围护方案

目前基坑支护所采用的主要方式有：放坡开挖、地下连续墙、水泥土墙、桩锚支护结构、土钉墙支护结构等 3.1.1放坡开挖

施工场地开阔，并且四周没有需要特定保护的建筑物，要求方面只是要求稳定施工，并没有其他位移控制要求，特点就是便宜，回填土方相比较其他施工方法较大一些。

对于允许放坡的基坑，可以将基坑的边壁开挖成有一定坡度、在土方回填之前可以安全施工并且可以维持稳定的斜坡。这样的话就可以节省边坡支护的经济，又可以很好地满足施工要求。这样的施工方法虽然土方较多，但是就经济来看还是很划算的，并且施工技术方面也不算复杂。 3.1.2钻孔灌注桩

排桩式中应用最多的一种便是钻孔灌注桩围护墙是，在我国有着相当广泛的应用。其多用于坑深7～15m的基坑工程，我国的北方，土质较好的地区已有8～9m的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、

没有噪音污染，没有挤土现象的发生，或者很少发生这些，所以这种施工方法对周围环境影响较小；墙体强度很高，刚度足够大，并且支护稳定性较好，变形不大；

在工程桩同样是灌注桩时，可以一起施工，减少施工工期，并且更加方便，便于管理；桩间的缝隙可能会造成水土流失，尤其是高水位软粘土质地区，这种情况下，就需根据工程的条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩来解决水土流失的问题；并不是什么土质都适合施工，比较适用于软粘土质和砂土地区，不过在砂砾层和卵石中难以施工，所以应该慎用；桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体，所以整体性比较差，若是在特殊工程或者开挖深度很大的基坑中应用时应该格外的谨慎。 3.1.3地下连续墙

地下连续墙的厚度通常为600mm、800mm、1000mm，1200mm。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，在周边环境要求较高，地质条件较差，深度较大的基坑，不过价格想对较高，施工需要专门的设备。 3.1.4 土钉墙

土钉墙是一种边坡稳定式的支护方式，并不是被动的挡土，它是起着主动嵌固的作用，边坡的稳定性起到加固作用，可以使得开挖后坡面维持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区，稳定性相当可靠、工期短，施工方便、经济效果好、在土质较好地区应积极推广。

3.2方案比较与选择

本工程四周都有建筑物，基坑深度最深达到15.2m，所以不可采用放坡开挖，

钻孔灌注桩一般适用于7-15m的基坑，本工程深度大于15m，虽说不一定不可行，但是可以和其他几种方案再进行比较。因为本工程土质较弱并不好，所以土钉墙并不合适，地下连续墙有点如下：

(1) 地下连续墙施工之时的震动较少，并且噪音污染少，对周围环境较为有利，方便周围有建筑物和地下管线的施工。

(2) 刚度大、整体性好、变形较小，可以用于深基坑； (3) 地下连续墙为具有连续性，施工时注意处理好接头，具有想对比较好的抗渗止水作用；

且本工程对周边环境有一定要求，所以综上所述，采用地下连续墙围护方案更加合适。这里的地下连续墙厚度取为1m。

4 基坑支撑方案设计

4.1 支撑结构类型

由于场地条件所限，轨道分局站的地质条件为粘土、淤泥粘土为主，所以不适合用锚杆体系，选择内支撑体系。

内支撑体系按照支撑材料可以分为两种，分别是钢支撑和钢筋混凝土支撑。 钢支撑适用于对撑布置方案，因为平面布置会受一定的限制，只能受压，不能受拉，刚度小，整体变形大，稳定性取决于工人拼装时候的质量，一点的失稳会造成整体破坏。

钢筋混凝土支撑适用面较广，因为其既能够受压，又能够受拉，还能经得起施工设备的撞击。钢筋混凝土支撑可以承受水平荷载，并且不受布置的限制，可以满足更大的间距需求，只需要放大截面尺寸。这种支撑体系的刚度大，整体变形小，只要保证节点的稳定，就能保证支撑体系的稳定性。

综合考虑造价和方便性，轨道分局站基坑采用钢支撑。钢支撑均采用钢管支撑。

4.2 支撑体系布置形式

4.2.1 支撑体系类型 （1）平面支撑体系 平面支撑体系由腰梁、水平支撑和立柱三者组合而成。平面支撑体系可以直接承受支撑所受到的一些侧压力，并且构造想对简单，受力更加明确，适用范围较广。不过在构件长度比较长的时候，弹性压缩会对基坑位移产生影响。 （2）竖向斜撑体系

竖向斜撑体系的作用是将围护结构的侧压力通过斜撑传到工程基础之上，分散压力。它可以由竖向斜撑、腰梁和斜撑基础和水平连系杆及立柱等构件组成。土方必须采取“盆式”方式开挖，即先开挖基坑中部土方，沿四周围护墙边预留土坡，待斜撑安装后再挖除四周土坡。

（3）混合支撑体系

该支撑体系是就是前面俩支撑体系的结合。可对基坑围护结构进行加固，尤其适用于大型基坑，可以节省支撑材料。

（4）支撑体系选型

支撑方案比选情况如表4.1。

表4.1 支撑方案比选

支撑方案 平面支撑体系 竖向斜撑体系 混合支撑体系

适用性

大小深浅不同的各种基坑 平面尺寸较大、形状不很规则、

深度较浅的基坑

大型深基坑

施工难度 较大 一般 大

可靠性 好 较差 好

根据本基坑工程的施工特点和表4.1的比较，基坑开挖深度15.2m，属于深基坑，所以竖向斜撑体系不适用于本工程；对于混合支撑体系，存在施工难度较大这一问题，施工组织复杂，所以本工程的支撑体系选平面支撑体系。 4.2.2 支撑体系的布置形式

支撑体系布置设计应考虑以下要求：

(1) 可以因地制宜地选取支撑体系和布置形式，使得经济效益最大；

(2) 支撑体系的受力必须明确，不然存在安全隐患，这样可以充分发挥各杆件受力特性，经济安全，满足稳定性和变形方面的要求；

(3) 在安全的前提下，尽量保证施工速度。

支撑体系的布置形式有多种形式，以下为常见的支撑体系布置形式：

表4.2 支撑体系的布置形式

序号

布置形式 同一水平面的直交式&非同一水平面的直交式

图

例

特

点

1

在软土地层中、环境保护要求高的情况下，这是最多的布置形式安全稳定，易于墙体位移用钢筋混凝土支撑时经慎重计算分析可与施工用栈桥平台结合设计支撑布置与开挖土方设备和工艺不协

调时土方开挖和主体结构施工较困难。 常在采用钢筋混凝土支撑且环境保护要求不高的条件下，将水平直交的支撑布置成井字型与角撑结合的支撑体系以便土方开挖和主体工程施工。用钢筋混凝土支撑时可与施工用栈桥平台结合设

计。

2

井字型集中式布置

3

角撑体系布置

方便土方开挖和主体工程施工整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式或井字型集中布置。

4 边桁架

方便土方开挖和主体工程施工整体稳定性及变形控制效果不及水平直交式或井字型集中布置。

5

圆形环粮布置

在采用钢筋混凝土支撑时，因地制宜采用环梁方案，可方便主体施工和土方开挖，将受力主构件化为圆形结构，受力条件较好，可节省钢筋混凝土的量。坑外荷载不均匀，土性软硬差异大，部分地层水平基床系数较小时，此布置形式慎用。

6

垂直对称布置

适用于长条形基坑。

7 竖向斜撑

节省立柱和支撑材料有利于开挖面积较大而深度较小的基坑在软弱的土层中不容易控制基坑稳定

和变形。

8

逆做法施工

在场地受限制或地下结构上方为重要交通道路时，可利用主体结构的梁板柱作支撑并补加必要的临时支撑进行逆做法或半逆做法施工。可节省材料和减少基坑变形，但开挖土方和施工组织提

出较高的技术要求。

本工程是矩形基坑，平面形状规则，横撑跨度。综合考虑以上因素，选择垂直对撑布置，并在基坑阳角和转角处加设角撑。

4.3基坑施工应变措施

4.3.1支护墙的渗水与漏水

土方开挖后支护墙可能会出现渗水或漏水的情况，对施工带来不便，渗漏严重经常会造成土颗粒的流失，从而引起支护墙背地面沉陷甚至引气支护结构的坍

塌。所以在基坑施工之时，如果发现支护墙存在渗水、漏水的情况，必须尽快采取紧急措施，一般方法有：

如果渗水量较小，为了不影响施工场地周边的环境，可采用坑底设沟排水的方法。

如果渗水量较大，但是还没有泥砂带出等现象发生，这种情况会造成施工的困难，但是对周边环境影响不大，所以这时候可以采用“引流—修补”方法。 4.3.2断桩及漏桩的处理

地下障碍物有时候没有清除，在成桩过程中，可能会造成断桩或漏桩的现象，如果施工过程中遇到坍孔等原因可能会造成断校。在断桩或漏桩处特别容易形成漏水现象。

对于可能发生的断桩或漏桩，在基坑开挖前，应先行对该桩险及桩背进行压密注浆或高压喷射注浆，保证开挖后不会发生严重漏水的现象。

断桩如发生在基坑底面以上，则在开挖后，可将断校部位的泥浆、粘土、浮浆及不密实的棍凝土凿干净，支模后用很凝土补浇填实。

对于施工过程中未知的断桩或漏校，开挖发现后应先进行止水处理，再用混凝土补浇填实

施工阶段未知的断桩，其位置又发生在基坑底面以下，一般很难发现也难以修复。

4.3.3防止侧向位移发展的措施

在基坑工程中，支护结构难以避免发生一些位移，这是无法避免的，不过若是存在位移过大或者发展速度太快的情况，则必须根据支护结构的不同采取相应的应急措施。

4.3.4流砂及管涌的处理

在细砂、粉砂层土中一般会存在流砂和管涌的现象，对施工带来困难。如果流砂严重，一般都会引起周围的建筑的倾斜和沉降。

如果只是轻微流砂话，在基坑开挖后可采用加快垫层浇筑或加厚垫层的方法“压住”流砂。

如果流沙比较严重，这时候必须踩去增加坑内降水措施，使地下水位降至坑底以下0.5—1m左右。这个是防治流砂相当有效的方法。但是要考虑坑内降水对基坑外产生的不利影响，因此，对于支护结构本身没有止水惟幕的情况应该慎用。 4.3.5临近建筑与管线位移的控制

基坑开挖后，随着大量土方被开挖出去，土体的平衡发生了很大的变化，坑

外的建筑或者管线会产生一定的沉降或位移，也有可能造成建筑物的倾斜。 控制建筑物沉降可以采用跟踪注浆的方法。 对基坑周围管线保护方法可以分俩种：其一打设封闭桩或开挖隔离沟；其二管线架空。

5 计算书

5.1 荷载计算

序号 ①1 ② ③ ④ ⑤1 ⑤2

土层名称 填土 粉质粘土 淤泥质粉质 粘土 淤泥质粘土 粘土 粉质粘土

平均土层厚度

2.13 1.11 3.37 8.30 10.88 7.65

土重γ/KN/m3 粘聚力c/kPa

18.0 18.4 17.5 16.6 17.5 17.9

16 19 14 14 16 15

内摩擦角φ/° 20．0 17.5 17.5 11 15.5 21.5

地下连续墙深度确定：

嵌固深度根据工程经验一般取0.7~1.0h，本工程取0.9h，则嵌固深度为：

15.20.913.68，则地下连续墙深度为：15.213.6828.88，取

为29m深的地下连续墙。

各地层由于土的重度、粘聚力、摩擦角何厚度各不相同，为了达到计算方便和合理的目的，各指标采用按土层厚度的加权平均值来计算。

mihihi （5.1）

（kN/m3）式中：——地下连续墙深度范围内的加权平均重度；

h（kN/m3）——第层土的重度；

（m）。 ——第层土的厚度

18.02.1318.41.1117.53.3716.68.317.510.8817.93.2117.429（kN/m3）chchiii

（5.2）

式中：——地下连续墙深度范围内的加权平均凝聚力，——第层土的凝聚力，——第层土的厚度，。

；

；

c162.13191.11143.37148.301610.88153.2115.19kpa

29

式中：——地下连续墙深度范围内的加权平均内摩擦角； ——第层土的内摩擦角； ——第层土的厚度，。



202.1317.51.1117.53.37118.315.510.8821.53.2115.4729土压力系数:

Katan2(45/2)tan2(4515.47/2)0.57

Kptan2(45/2)tan2(4515.47/2)1.73 K01.0sin1.0sin15.470.73 式中：

——主动土压力系数；

——被动土压力系数； ——静止土压力系数。

5.2 围护结构地基承载力验算

地下连续墙单位长度的竖向承载力特征值为：

式中：

——地下连续墙的竖向承载力特征值；

、——地下连续墙所取厚度、长度(m)，B取0.8m，L的长度取1m； ——墙底土的承载力特征值，

——第层土的墙体侧壁摩阻力特征值，——第层土的厚度，。

； ；

Ra1600.81.01.0[41.241.116.433.3711.238.317.550.29 2(17.5510.5941.243.21)]930kN地下连续墙自重：

G261.01.029754kN

由上部施工及超载传递下来的荷载取150kN，则：

N754150904kN＜Ra930kN 所以围护结构地基承载力满足要求。

5.3 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算

按普朗德尔地基承载力公式计算，不考虑墙底以上土体的抗剪强度对抗隆起的影响

qAhτγhdγ(h+hd)C

图5.1基坑底部抗隆起稳定性验算图示

hd假定墙体的平面为基准面，滑线形状如图所示，按下式进行计算：

2hdNqcNc （5.5） Ks1(hhd)q式中Ks：抗隆起安全系数

1：坑外地表至地墙底各土层天然重度的加权平均值；

2：坑内开挖面以下至地下连续墙底各土层天然重度的加权平均值； h ：基坑的等效开挖深度；

hd：地墙在基坑开挖面以下的插入深度；

2 KN/mq：坑外地面超载，取20c、：地墙底以下主要影响范围内地基土的粘聚力、内摩擦角峰值；

Nq、Nc：地基土的承载力系数；

tan2Netan(45/2)，N (N1)/tgqcq1=17.4kN/m3

210.5917.53.2117.917.59kN/m3

10.593.21h=15.2m，hd=13.8m，q=20 kN/m3，c=16kPa

2Nqetantan（45）4.12

2Nc（Nq-1）/tan11.27

2hdNqcNcKs2.242

1(hhd)q所以，基坑底部土体不会发生隆起破坏现象。

5.4 抗渗验算

在对基坑进行抗渗验算时，当采用围护墙自防水时，验算至围护桩底部。

hwD'D

h图5.2 基坑抗渗稳定性验算

Ksic （5.6） i式中 ic—坑底土体的临界水力坡度，根据基坑土的特性计算：icGs1； 1eGs—坑底土的比重，Gs=2.73；

e—坑底土的天然孔隙比，e=1.010；

hi—坑底土的渗流水力坡度，iw；

Lhw—基坑内外土体的渗流水头（m），取坑内外地下水位差，hw=16.04m； —最短渗径流线总长度，——坑底地下水位至桩底高度。

；

Ks—抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取2.0。 G12.731s i0.8607c1e11.010L16.04213.6843.4m16.04i0.37043.4Ks0.8607/0.3702.33＞2.0

所以，基坑不会发生渗流破坏现象。

5.5抗倾覆验算

抗倾覆稳定性又称踢脚稳定性，本工程围护结构在水平荷载作用下，基坑土体有可能在围护结构底部因产生踢脚破坏而出现不稳定现象。通常是绕最下一道支撑转动而失稳，其抗倾覆稳定性安全系数应满足：

KQMRC （5.7） MOC式中 MRC—抗倾覆力矩（kN-m）。

取基坑开挖面以下围护墙入土部分坑内侧压力，对最下一道支撑或锚碇点的力矩。坑内侧压力按下式计算：p hK2cKpiipph式中 pp—计算点处的被动土压力强度；

i—计算点以上各层土的天然重度（kN/m3），地下水位以下取水下重度；

hi—计算点以上各土层的厚度（m）；

Kp，Kph—计算点处的被动土压力系数，按下式计算：

22coscos，； KpKph221sinsinsin1cos2cos式中 c，—计算点处土的粘聚力（kPa）和内摩擦角（）；

23—计算点处地基土与墙面间的摩擦角（），取~。

34MOC—倾覆力矩（kN-m）。取最下一道支撑或锚碇点以下围护墙坑外侧压力，对最下一道支撑或锚碇点的力矩。

KQ—抗倾覆稳定性安全系数，一级基坑取1.20。

qea,bAhtZpEaEpBea,b

c10.59163.211515.77kPa

10.593.21tan15.5（10.592-02）tan15.47（13.82-10.592）arctan15.5

13.82，取15 14.77~16.61~2334hdhKpcos215.5sin(15.515)sin15.51-cos1522.38

cos215.5cos215Kph3.57 21-sin（15.515）10.5917.53.2117.917.59kN/m3

10.593.21开挖面x0，pp2cKph215.773.5759.59kPa

x13.8处，

ppxKp2cKph17.5913.82.38215.773.57637.32kPa

坑外极限主动土压力： z12.3m处，

Pa（zq）Ka-2cKa（17.5912.320）0.57-215.770.57110.91kPa

z29m，

Pa（zq）Ka-2cKa（17.592920）0.57-215.770.57278.35kPa

MRC12.359.59MOC16.21212.3577.7316.244909.78kNm 22316.21216.2110.9116.2167.4416.229201.26kNm

223KQMRC44909.781.54＞1.20MOC29201.26

5.6 基坑整体圆弧滑动稳定性验算

有支护的基坑的整体稳定分析，采用圆弧滑动法进行验算。分析中所需地质

资料要能反映基坑顶面以下至少2～3倍基坑开挖深度的工程地质和水文地质条件。当考虑内支撑作用时，通常不会发生整体稳定破坏。因此，对只设一道支撑的支护结构，需验算整体滑动，对设置多道内支撑时可不作验算。本基坑采用多道支撑，故不进行整体稳定性验算。

5.7 地下连续墙内力计算

地下连续墙内力采用山肩邦男近似解法计算。山肩邦男近似解法计算简图如图5-4。

图5.4 山肩邦男近似解法计算简图

由于围护顶在地表以下并且地面有超载，所以在桩顶处的土压力强度不为零，为了满足山间邦男解法的假定条件，将桩背土压力强度线反向延长并与桩的延长线交与一点，将此点作为虚拟的桩顶，很明显，增加了一块地面以上的三角形土压力，为偏于安全考虑，以下计算将不再扣除此三角形土压力对围护结构的作用。

Y0得： 由挡土结构前后侧合力为零k11212 （5.8） NhhxNxxk0k0kmimm221M0得： 由挡土结构底端自由Ak1k11111322xhhxhhxNhhNhhh0m0kkkm0kkkmiikkki0kkk0k322311

（5.9）

计算单位长度（即1m）墙体的弯矩：

土层大多为粘土粉质土，采用水土合算。

计算桩墙后的静止土压力（水土合算法）：

式中：——静止土压力，单位

；

——静止土压力系数，K00.73； ——距离地表面的深度(）；

——竖向土压力转换为侧向土压力的转换系数，即侧压力系数。

h17.40.73h12.7h

得

12.7

——被动土压力系数；

式中：

——距坑底的深度，m；

17.41.73215.191.73-12.717.40239.96

则

17.402，39.96。

5.7.1 第一道支撑处内力

-x地平线xmhokh1kN1当前开挖面o-yyx

h01h111h0q180.5201.54.57.67m 17.4h114.5m

式中 γ1—杂填土的重度，取18kN/m； q—地面超载，取20kN/m。 第一道支撑时，

3

3

113217.402xm(12.77.6739.9617.4024.5)xm(12.77.6739.96)4.5xm321112.77.672(4.57.67)023

325.8xm10.43xm258.5205xm725.960

解得： xm7.05m

11N112.77.67212.77.677.0539.967.0517.4027.05222346.12kN 1M112.7(7.674.5)367.43kNm6

5.7.2第二道支撑计算：

-x地平线N1hokh1kh2kN2当前开挖面o-yyxm 当时，同理。计算简图如图5.6所示：

h027.67411.67mh124.548.5mh224m代入式(5.11)：

113217.402xm(12.711.6739.9617.4024)xm(12.711.6739.96)4xm3211[346.128.5346.12412.711.672(411.67)0

23

32得：5.8xm19.3205xm432.996xm1652.670

解得： xm11.75m

该处的轴力为：

11N212.711.67212.711.6711.75346.1239.9611.7517.40211.752 22589.32kN该处的弯矩为：

1M212.7(11.674)3346.128.56

1986.9kNm5.7.3第三道支撑计算

-x地平线N1N2hokh1kh2kN3h3ky当前开挖面o-yxmx 图5-7 第三道支撑计算示意图

h0311.673.515.17mh1312mh237.5mh333.5m代入公式得：

113217.402xm(12.715.1739.9617.4023.5)xm(12.715.1739.96)3.5xm3211[346.1212589.328.53.5(346.12589.32)12.715.172(3.515.17)]023

325.8xm41.87595xm534.4465xm3613.830

解得xm14.02

代入公式求：

N3112.715.17212.715.1714.02346.12589.3239.9614.022117.40214.0222956.45kN第三道支撑处墙的弯矩为：

1M312.7(15.173.5)3[346.1212589.327.5]65209.3kNmm

5.7.4第四道支撑计算

-x地平线N1N2hokh1kN3h2kh3kyh4kN4o-y当前开挖面xmx h0415.171.716.87mh14121.713.7mh247.51.79.2mh343.51.75.2mh441.7m

代入公式求得：

113217.402xm(12.716.8739.9617.4021.7)xm(12.716.8739.96)1.7xm321[346.1213.7589.329.2956.455.21.7(346.12589.32956.45)12.72116.872(1.716.87)]03

325.8xm72.35xm296.3xm4830.70

解得xm17.92

代入公式

1N412.716.87212.716.8717.92346.12589.32956.4539.9617.922117.40217.9222244kN

1M412.7(16.871.7)3[346.1213.7589.329.2956.455.2]67747.7kNm

基坑底部弯矩计算

413M底ηh0k∑Nihik61

112.716.873(346.1215.4589.3211.2956.456.92441.7)68611.87kNm 各支撑轴力和弯矩计算结果见表5-2

表5-2各支撑处内力计算结果

轴力Ni，第1道支撑 346.12 第2道支撑 589.32 第3道支撑 956.45 第4道支撑 244 基坑底部 kN/m 弯矩Mi，67.43 -1986.9 -5209.3 -7747.7 -8611.87 kN·mm

5.8 钢支撑强度验算

由以上计算可知，在第三道支撑处轴力最大，所以需要盐酸第三道钢支撑的强度是否能够满足需要。

支撑的水平间距我们取3m

N3956.4532869.35kN

选用φ 609×16钢管作支撑，基坑最大宽度为24m，跨度较大，所以在跨中设置立柱，所以实际跨度为12m。因而计算长度取l012m。

φ 609×16钢管的截面性能：

面积：A(60925772)29792.3mm2

4惯性矩：I0.049144106mm4 截面模量：W1311.5106/(609)4.3106mm3 21311.5106210mm 回转半径：r29792.3每米重力：g77.0829792.362.3kN/m

1因支撑自重产生的弯矩：M22.312241.4kNm

8l120.012 由于安装偏心产生的弯矩，偏心值：e010001000M1N3e268.350.01234.43kNm

MM1M234.4341.475.83kNm由《钢结构设计规范》可知

NM+f（5.13） AnxWnx式中An—净截面的面积；

Wnx—对x轴的净截面模量；

x—截面的塑性发展系数，取为1.15；

f—钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值，Q235钢取215N/mm2。

所以有

NMx2869.3510375.83106111.65Nmm2[f]215Nmm26AxWx29792.31.154.310（当处于最不利情况下） 所以，第三道钢支撑的强度符合要求。其他几道钢支撑因轴力都比第三道小，所以也符合要求。

5.9地墙截面配筋计算

5.9.1 横截面抗弯计算

设计参数为：混凝土采用C40，fc19.1N/mm2，ft1.71N/mm2，主筋采

2'2用HRB400，fy360N/mm，fy360N/mm，构造筋采用HPB400，计算如下：

基坑底端弯矩最大为：M8611.87kNm/m，如果采用单筋，则弯矩最大为：

2Mmax1fcbh0b(10.5b)

式中1—和混凝土强度相关的常数，取1.0；

fc—混凝土抗压强度设计值；C40为19.1N/m； h0—混凝土截面的有效高度；

2

b—界限相对受压区高度，取b0.55

由于弯矩较大，布置两排钢筋，则

Mmax1.019.11000(100060)0.55(10.50.55)6729.61kNm8611.87kNm

所以不能按单筋矩形截面来配筋，要采用双筋截面配筋。

取as60mm，as'35mm，则h0100060940mm，令受压区高度

xbh00.55940517mm，则受压钢筋截面积

x517KM-1fcbx(h0)1.28611.871061.019.11000517(940)22As11063.95mm2fy(h0a360(94035)s)

受拉钢筋截面积：

As1fcbxfyAsfy

1.019.1100051736011063.9538493.67mm2360311256受拉区选配31φ40（As.138939.1mm2），受压区选配30φ22

.11140050339.1mm2 （As11401011400mm2）。A389395.9.2水平钢筋设计

（1）验算截面尺寸

16.6102VNi346.12589.32956.451061.89kN

22i13H2

hw9400.944b1000

由此有：0.25cfcbh00.251.019.110009404488.5kN1061.89kN 其中hw为截面腹板高度；c为混凝土强度影响系数，由于选择C40混凝土，所以c取为1.0；b为矩形截面宽度，此处为1000mm。由以上计算可得不会产生斜压破坏。

所以截面只要按构造配箍。箍筋为φ16@250。

6 基坑主要技术经济指标

6.1 开挖土方量

基坑开挖土方总量：

V23.7614815.253450.5m3

6.2 浇注混凝土量

地连墙混凝土的浇筑体积：

V地连墙宽度地连墙高度地连墙厚度（14823.76）28.8814960.4m3

6.3 钢筋用量

钢筋用量主要考虑地连墙中的配筋量。粗略估算的方法为：

M单位体积钢筋重量单位宽度的地连墙配筋面积钢筋长度地连墙周长7.85（2023111230）28.88（14823.76）10-61959.9吨

6.4 人工费用

人工费用计算采用公式：∑人工费用=每天平均施工人数×施工天数×每人平均费用。轨道分局车站基坑施工天数拟为180天，每天平均施工人数大约为200个，每人平均费用为100元/天。则∑人工费用=200×180×100=3600000元。

第二部分

轨道分局车站基坑施工组织设计

1 基坑施工准备

1.1 基坑施工的技术准备

基坑施工之前需要进行的技术准备一般包括以下几个方面：

（1）搜集南京轨道分局基坑施工场地的地形地质水文资料，并且查看相关图纸和说明的齐全性、完整性、清楚性，图中的尺寸和标高是否准确，图纸之间是否有相互矛盾的地方；

（2）做好工艺材料试验；

对于钢管支撑、钢板桩等的规格、性能、质量等是否满足设计要求并且要注意施工过程中可能存在的各种不可以预知的因素，在施工之前应该做好各种工艺材料的试验，如钢筋混凝土的常规试验和土工试验等。

（3）对技术组织进行规划；

工程所需要的专门的技术工人、管理人员和技术人员必须配齐；对一些特殊的工种需要制定严格的培训计划，对于技术、质量、安全、管理网络制定严格的检验制度；

（4）进行技术交底；

对于所有的施工人员必须进行完整全面的技术交底，使之了解熟悉施工内容。

1.2 基坑施工的现场准备

1.2.1 拆除影响施工的障碍物

根据现场踏勘，基坑施工范围之内的地下障碍物并不多，所以基本不需要考虑地下障碍物的拆除和管线改排之类的问题，注意做好管线的监测工作就可以了。

1.2.2 测量放线

按照设计单位提供的建筑总平面图和永久性的经纬坐标控制网、水准控制基桩，有利于建筑物定位并且放线，进行场地控制网的测量，使得建筑物的平面位置和高程通过以上步骤能够进一步符合设计要求。 1.2.3 三通一平

“三通一平”的准备如下：

（1）路通：在工程开工前，一定要严格根据施工总平面布置图的要求，永久性道路及必要的临时道路必须提前修好，这样才能保证运输网络的通畅，从而可以堆放，贮存施工需要的材料。

（2）水通：在工程开工前，一定要严格根据施工总平面布置图的要求，生活用水和施工用水的管线必须在施工之前接好，并且做好排水系统，保证施工所需要的用水。施工用水可用2个4寸（Ф100mm）供水管接口，从而直把水接入到施工场地。如果施工用水存在压力不足的问日，这时候可以适当增设增压泵，以保证施工的正常。

（3）电通：在工程开工前，一定要严格根据施工总平面布置图的要求，接通电源和各种设备，通过计算来调控配电变压器，从而保证施工正常；临时供电和通讯线路需要提前架设好。使用变压器380V下线，将电力分配到各个电箱。同时要考虑意外情况准备1台250KVA和1台120KW发电机作为的应急电源。 （4）平整场地：查看建筑总平面图，根据要求拆除会妨碍施工的建筑物，然后根据标高和土方的竖向设计图纸，计算土方挖填量，同时确定具体的平整场地工作，进行施工。

1.2.4临时设施的准备

施工总平面图布置要求，施工需要准备临时的施工设施，并且准备临时用房，不仅是作为住房，同时可以安放施工所需要的建筑材料。 （1）临时房屋

办公用房和宿舍这里都采用二层复合板的结构，食堂、锅炉房、厕所、浴室

采用砖木结构。

材料安放房，作为简易工棚，从经济角度考虑采用钢管支撑。 （2）施工围墙与大门

施工现场采用封闭式管理，施工场地与道路间设置整齐、连续、牢固的砖砌体围墙， 轨道分局车站施工的各个阶段，为了保证施工车辆进出场地方便，大门选取需要根据周边交通环境。 （3）施工排水

在基坑开挖之前，必须在基坑围护结构外侧设截水沟。水沟环状布置，可以将水引到沉淀池内。然后集中处理，必须注重保护环境，不得随意排放。 （4）集土坑设置

地下连续墙成槽作业时会有烂泥，如果直接外运都会发生泄漏，造成环境污染。为此，可以设置一个能容纳300立方米的土方临时集土坑，用来临时存放湿土，待干了之后，再行处理。

1.3 基坑施工的其他准备

1.3.1 物资准备

按照工程计划和资源需求量，对需用量较大的物资必须安排好运输工具并且储存量要充足。材料入场后应进行规格、数量、质量的验收，按制定的地点堆放、入库，并建立管理制度。

工业生产设备，预制构件及铁件加工等半成品的采购加工、委托代理要有详细的计划，加工、制作部门要根据现场施工进度要求，分期分批及时组织进入施工现场，以免影响以后的安装。

施工设备配备如表1.1

表1.1 基坑开挖与地下结构主要施工设备一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

名称 水准仪 经纬仪 定型钢模 扩大定性钢模 钢筋切断机 液压挖掘机 蚌式抓斗 履带吊 液压抓斗

单位 台 台 m2 m2 台 台 台 台 台

数量 2 2 250 500 2 9 2 9 3

用途/规格 测量放样，DS3 测量放样，T2

导墙、道路等钢筋混凝土结构施工

地下结构施工，国际标号 钢筋笼制作，GQ40-A型(3KW)

基坑挖土支撑；卡特E300，1.6m31台；日立EX200，1.

0m36台；大宇DH50，0.25m32台

基坑挖土；1m3

安装支撑，50/80T型2台；基坑抓土，KH-180型2台；

钢筋笼吊装，KH1500 5台

成槽作业，MHL-60100

序号 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

名称 槽壁挖掘机 破碎机 钻机 斗式装载机 自卸卡车 双轴拌浆机 泥浆泵 搅拌桩机 注浆泵 深井泵

单位 台 台 台 台 辆 套 只 台 台 台

数量 2 2 2 2 20 2 15 1 18 2

用途/规格

成槽，与KH-180履带吊配套 破碎导墙，古河2×200 立柱桩施工，SPJ-300 土方内驳，WA-300 出土，15T太脱拉 泥浆系统设备，4m/套 泥浆系统设备，3LM型 隔水帷幕，PAS-120VAR 注浆，SYB50-50-1 基坑内降水，100JC型

1.3.2 劳动力准备

工程施工按照实际情况，安排三班制的作业，在开工日全部工作，并且会在每周进行进度的检查，若是发现有所落后，则应该立即采取措施，增加劳动力和机械设备，追上进度。

工序

工种 机操工 电焊工

地下墙施工

混凝土工 起重工 测量工 普通工 现场指挥 普通工 木工 钢筋工

基坑与结构施工

混凝土工 吊车司机 起重工 试验工 测量工

人数 9 16 6 6 3 20 4 30 20 11 8 6 6 4 4

卡车司机 机修工

8 6

1.3.3 季节施工准备

（1）雨季施工措施

根据南京的气候特点知道降雨主要集中在6~9月份，根据这一情况，尽量提早施工，最少也应该在雨期来临前完成土方的开挖施工。

施工场地的排水沟有时会发生堵塞，这时候必须及时处理，迅速进行疏通，并且准备好抽水机。施工过程中，如果遇到雨势增强，必须增加排水设备。道路要做好防滑措施。

机电设备的电闸必须采取防水、防潮必要手段，并且安装接地保护装置，以防漏电、触电意外事故的发生。

（2）冬季施工措施 混凝土在终凝前温度不得低于+4℃，如果在冬季施工时必须做好保温措施，浇捣完成后需要及时覆盖。

（3）夏季施工措施

夏季的气温很高，水份的蒸发快，混凝土容易产生裂缝。所以，需要做好防晒措施，以减少水份的蒸发，在浇捣混凝土要尽量快，进行及时的浇筑，并且主意防晒和湿润养护。

1.3.4 应急准备工作

在施工过程中，由于各种不可预知的因素，我们需要制定好一系列的预防对策及相应的应急措施，准备各种器具，人员预备方面做好。

对于施工中可能出现围护和支撑结构的过大变形和内力、周围地表过分的沉降、以及围墙的失稳和破坏问题，必须根据第一部分基坑的各项计算作好各项准备。

2 施工方案

2.1 概况

轨道分局车站为2号线工程的一个一般中间站，站址位于长宁路南侧、凯旋路东侧，。

.5m，浇注混凝土量约为4960.4m，轨道分局车站基坑开挖土方量为5345033钢用量约为1959.9吨。

2.2 施工工法

2.2.1 地下连续墙施工方法

(1)地下连续墙施工流程

地下连续墙的施工方法就是连续施工的方法，即在地面上用一种特殊的挖槽设备，沿着深基坑工程的周边，依靠泥浆护壁的支护，开挖一定槽段长度的沟槽，再将钢筋笼放入沟槽内，采用导管在充满泥浆的沟槽中水下浇注混凝土的方法将泥浆置换出来，相互邻接的槽段，由特别的接头进行连接。 地下连续墙施工流程如下图：

挖槽机组装 施工准备 测量放样 泥浆系统设置 导墙制作 新鲜泥浆配制 槽段挖掘 泥浆贮存供应

2.2.2 施工工艺 2.2.2.1导墙施工 （1）导墙结构形式

一般的导墙刚度和整体性都是不错，本基坑工程采用现浇钢筋混凝土结构的导墙。墙深1.5m，墙厚25cm，配筋双向Φ16@200，导墙净宽为地下墙厚度+40mm。在导墙施工过程之中地面会承受极其大的荷载，所以为了减少这种情况下导墙可能发生变形，将导墙与路面作为一个整体浇捣。

导墙顶部必须平整，同时测量高程。 （2）导墙施工顺序

导墙施工顺序为：挖土机挖土→人工抄平→捣制垫层→绑扎底板钢筋→安装侧向模板→捣制底板砼→安装导墙内侧壁模板→绑扎侧壁钢筋→安装外侧壁模

板→捣制侧壁砼→养护。 2.2.2.2泥浆系统

（1）泥浆系统工艺流程见图2-2。

新鲜泥浆贮存 施 工 槽 段 再生泥浆贮存 新鲜泥浆配制 回收槽内泥浆 粗筛分离泥浆 加料拌制再生泥浆 沉淀池分离泥浆 旋流器分离泥浆 劣化泥浆废弃处理 劣化振动筛分离泥浆 净化净化泥浆性能测试 图2-2 泥浆系统工艺流程图

（2）泥浆配制

根据施工经验和本工程的土质特点以及施工条件，考虑采用膨润土和其他一些材料来进行泥浆制备。

新制备的泥浆一定要按照要求，在泥浆池中存放24小时以上，在经过了充分水化后，保证泥浆的质量，方可交付使用。 ①泥浆材料

地下连续墙工程采用下列材料配制护壁泥浆： a膨润土：

b水：一般自来水。

c分散剂：纯碱（Na2CO3）。

d增粘剂：CMC（高粘度，粉末状）。 e加重剂：200目重晶石粉。 f防漏剂：纸浆纤维。

②泥浆性能指标及配合比设计

a新鲜泥浆的各项性能指标见下表： 表2-1 新鲜泥浆性能指标表 项目 指标

粘度（秒） 18～22 比重 1.05 PH值 8～9 失水量（㏄） ≤10 滤皮厚（mm） ≤2 b新鲜泥浆的基本配合比见下表： 泥浆材料 1m3投料量（㎏） 膨润土 116 纯碱 3.5 CMC 1.5 自来水 950 （3）泥浆配制方法

泥浆配置方法如图2-5。

原料试验 称量投料 膨润土加水冲拌5分钟 混合搅拌3分钟 CMC和纯碱加水搅拌5分钟 泥浆性能指标测定 溶胀24小时后备用 图2-5 泥浆配制方法图

（4）泥浆储存

泥浆储存可以采用集装箱式的泥浆箱。整个泥浆池要保证其容量大于800m3，并且设置三到五个废浆池。

（5）泥浆循环

泥浆的循环通常可以采用3LM型泥浆泵输送，使用4PL型泥浆泵回收，由泥浆泵和软管两者之间可以组成泥浆循环管路。

（6）泥浆的再生处理

循环的泥浆在通过分离和净化后，即使清除了诸多混入其间的土渣之类的杂质，但是并不可能恢复其护壁性能，因为泥浆使用中，要和地基土和地下水发生接触，并且在槽壁的表面形成泥皮物质，这样就会消耗泥浆中的膨润土、纯碱和CMC等成分从而削弱了泥浆的护壁功能，所以，循环泥浆在通过分离和净化之后，还需要调整其他性能方面的指标，从而恢复原来的护壁性能，泥浆再生处理便是如此。

（7）劣化泥浆处理

在一般情况下，劣化的泥浆可以暂时的收存，然后外弃。 （8）泥浆质量控制 在工程之中，控制泥浆质量的相关指标，其目的是为了使泥浆具备必要的工程性能，满足工程需要。下表为适用于本工程的泥浆质量控制指标。

表2-3 泥浆质量主要控制指标（普通泥浆）

泥浆指标 泥浆类别 新鲜泥浆 再生泥浆 挖槽时泥浆 清孔后泥浆 劣化泥浆 漏斗粘度 （秒） 18～22 30～40 22～50 22～30 >50 比重（g/㎝2） 1.05～1.06 1.06～1.15 1.05～1.25 1.05～1.15 >1.30 酸碱度（PH值） 8.0～9.0 7.0～9.0 7.0～10.0 7.0～10.0 >14 2.2.2.3 开挖槽段

（1）挖槽设备和操作工艺

开挖槽段采用的设备如下：MHL—60100AY型、MAL—80120AY型液压抓斗和KH180履带式起重机配套的槽壁挖掘机。

（2）单元槽段的挖掘顺序 挖槽时，必须使得槽孔垂直，尤其注意挖槽过程中一定要要使抓斗在吃土阻力均衡的状态下进行，切忌抓斗斗齿一边吃在实土中，一边落空，按照这些原则，所以挖掘顺序为：

①先挖槽段两边单孔，亦或在挖好第一孔后，隔一段距离再挖第二孔，使两个单孔之间形成隔墙，这能保证抓斗的吃吐均衡，有利于成槽。

②先进行单孔的开挖，然后在进行隔墙的开挖。因为孔间隔墙的长度小于抓斗开斗长度，这能保证抓斗的吃吐均衡，保证成槽垂直度，有利于成槽。 （3）挖槽土方外运

为了不耽误工期，在雨天同样需要施工，这时候就需要设置一个能容纳300m3挖槽土方的集土坑用于雨天临时堆放挖槽湿土。 2.2.2.4 清底换浆刷壁

（1）清底的方法

清除槽底沉渣有沉淀法和置换法两种。 ①沉淀法

a清底开始时间

因为泥浆的粘度，土渣的沉降会受到一定的阻塞，沉淀需要一段时间，所以这种方法需要在成槽结束一定时间之后才可以开始。

b清底方法

使用挖槽作业的液压抓斗直接挖除槽底沉渣。 ②置换法

a清底开始时间：置换法是在抓斗挖除槽底沉渣之后进行的，用来清理进一抓斗无法清理的细小土渣。

b清底方法：使用Dg100空气升液器，通过起重机将其吊入槽中，空气压缩机输送压缩空气，以泥浆反循环法吸除沉积在槽底部的土碴淤泥。

（2）换浆的方法

置换法清底作业之后就是换浆，当空气升液器在吸不出土碴之后，如果测的槽底沉碴厚度小于10厘米时，那么就可以停止移动空气升液器，开始置换槽底部劣质的泥浆。

①检验清底换浆是否合格，应该以取样试验为准，每5米进行取样并且检验数据在都符合规定指标后，这样的清底换浆才可以。

②在清底换浆的过程之中，需要控制好吸浆量和补浆量的平衡，需要避免泥浆溢出槽外。

（3）刷壁

①由于槽壁施工时，老接头的泥皮必须清除，不然会影响槽壁接头质量，接头部分可能会发生渗漏水。

②刷壁采用刷壁机，使刷壁机，反复刷，一直到刷壁机钢丝上没有附着物之后，这个时候可以认为泥皮清除干净。 2.2.2.5 钢筋笼制作

（1）各种类型钢筋笼不分段，都在统长的钢筋笼底模上整幅加工成型。 （2）钢筋笼必须全部采用电焊，不允许使用铁丝捆绑。

（3）按照图纸不支钢筋，钢筋保持横平竖直，间距要求符合规范，接头焊接保证牢固，成型尺寸必须保证正确。

（4）为了钢筋笼吊装的安全，吊点位置的选取和吊环、吊具的安全性必须经过各种计算。

（5）钢筋笼质量检验标准见下表：

表2-4 钢筋笼质量检验标准 项目 长度 宽度 厚度 允许偏差 检查频率 mm ±50 ±20 - 10 每 两排受力筋间距 预埋件中心位置 ±10 <20 幅 4 4 观察 范围 点数 3 3 4 在任何一个断面连续量取4 主筋间距（1米范围内），取其平均值作为一点 尺量 抽查 检查方法 尺量 主筋间距 ±10 同一截面受≤50% (或拉钢筋接头截面按设计要求积占钢筋总面积 定) 2.2.4.6 钢筋笼的吊装

（1）起吊步骤

①吊装设备需要100吨履带吊和50吨履带吊各一台。其中100吨吊车用于

35米的钢筋笼吊装。

②起吊钢筋笼时，先用100吨履带吊（主吊）和50吨履带吊（副吊）双机抬吊，将钢筋笼水平吊起，然后升主吊、放副吊，将钢筋笼凌空吊直。

③吊运钢筋笼必须单独使用100吨履带吊（主吊），必须使钢筋笼呈垂直悬吊状态。

④吊运钢筋笼入槽后，用吊梁穿入钢筋笼最终吊环内，搁置在导墙顶面上。 ⑤校核钢筋笼入槽定位的平面位置与高程偏差，并通过调整位置与高程，使钢筋笼吊装位置符合设计要求。

（2）变形控制

在安装过程中，还必须加强钢筋笼的变形控制。采取以下加强技术措施： ①钢筋笼设置2～3道纵向起吊桁架和纵向加强桁架，并按间距4m设置横向起吊桁架和吊点，使钢筋笼起吊时有足够的刚度防止钢筋笼产生不可复原的变形。

②对于拐角幅钢筋笼除设置纵、横向起吊桁架和吊点之外，另要增设“人字”桁架和斜拉杆进行加强，以防钢筋笼在空中翻转时以生变形。

③为保证起吊安全，钢筋笼顶部三个吊点使用厚30mm钢板，以下各道主吊和副吊吊点使用钢板或ф40圆钢与起吊桁架单面满焊。 2.2.2.7 吊装接头管

（1）吊装接头管这里采用履带吊。

（2）接头管采用分段起吊入槽的方式，在下放之前拼接成设计长度后，再放到槽底。

（3）为了防止混凝土从接头管跟脚处绕流，使接头管的跟脚插入槽底土体少许。

2.2.2.8 浇注墙体混凝土

（1）灌注地下墙的混凝土配合比应按流态混凝土设计，并应符合下列规定： ①强度等级应比设计强度提高一级配置； ②水灰比不应大于0.6；

③每立方米混凝土中水泥用量：当粗骨料采用卵石时，不宜少于370Kg；采用碎石时不应小于400Kg。坍落度应为180～220mm。

（2）导管的构造和使用应符合下列要求： ①导管水平布置距离不应大于3m，距离槽段端部不应大于1.5m，导管下端距槽底应为300～500mm；

②灌注混凝土前应在导管内临近泥浆面位置吊挂隔水栓；

③导管连接应严密牢固，使用前应试拼拼进行隔水栓通过试验。 （3）混凝土浇灌应符合下列规定：

①钢筋笼沉放就位后应及时灌注混凝土，并不应超过4h； ②混凝土的初灌量应保证埋管深度不小于500mm；

③混凝土应均匀连续灌注，因故中断灌注时间不得超过30min；

④混凝土灌注过程中，导管埋入混凝土深度应不小于3.0m，相邻两导管内混凝土高差不应大于0.5m；

⑤混凝土灌注速度不应低于2m/h；

⑥混凝土灌注宜高出设计高程300～500mm。

⑦每一单元槽段混凝土应制作抗压强度试件二组，抗渗压力试件一组，每组3件。

2.2.2.9 顶拔接头管

（1）接头管吊装就位后，随着安装液压顶管机。

（2）为了减小接头管开始顶拔时的阻力，可在混凝土开浇以后4小时或混凝土面上升到15米左右时，启动液压顶管机顶动接头管，但顶升高度越少越好，不可使管脚脱离插入的槽底土体，以防管脚处尚未达到终凝状态的混凝土坍塌。 （3）正式开始顶拔接头管的时间，应以开始浇灌混凝土时做的混凝土试块达到终凝状态所经历的时间为依据，如没做试块，开始顶拔接头管应在开始浇灌混凝土7个小时以后，如商品混凝土掺加过缓凝型减水剂，开始顶拔接头管时间还需延迟。

2.2.2.10 墙趾注浆加固

从车站地质剖面图可知，车站标准段底板位于④层流塑状淤泥质粘土和⑤1

层灰色粘土，地下墙墙趾插入⑤3层软塑状、中～高压缩性的粉质粘土中。采取地下墙墙趾注浆工艺，防止地下墙围护结构产生隆沉现象。

（1）施工工艺 采用钢管作为注浆管，每幅槽壁设置墙趾注浆管二根，长度根据施工要求，上端超出地面0.3米，下端超出墙底1米。钢管在槽壁钢筋笼制作时预设在笼内，用点焊与钢笼连接、固定。浇筑混凝土时，下端用较软的材料塞住，混凝土浇筑完成，达到设计强度后进行注浆加固墙趾。

①冲孔：

由于注浆管是在槽壁施工时预先埋设的，底部极有可能被较厚重的淤泥堵塞，使注浆不能顺利进行。为了使注浆管能够畅通，保证注浆的顺利进行，在注浆之前先插入芯管，用清水冲注浆管，待达到指定的深度（即槽壁的底部后），再焊接注浆闷头进行注浆。冲水压力为0.2~0.3Mpa。

②拌制水泥浆： 采用单轴拌浆桶，325#普通硅酸盐水泥，水泥、粉煤灰、水（配合比1：0.8：1.2）。

③注浆：

先将注浆闷头焊接在注浆管顶部，保证焊缝饱满，没有漏气，这样可以保证注浆的压力。

注浆压力0.25~0.35MPa，单孔注浆量为2m3 ，当注浆压力达到0.4 MPa或注浆量达到2m3，则单孔注浆完毕。（如注意到墙顶有超量的上抬；超过1cm，则立即停止）。

④主要材料：

表2-5 本工程主要工程材料需求量 序号 1 2 材料名称与规格 水泥 粉煤灰 单位 吨 吨 数量 450 360 用途 墙趾注浆 墙趾注浆 （2）主要技术参数

注浆压力：0.25-0.35MPa 注浆流量：15-20L/min 注浆量： 2.0m3/孔 浆液配比：

表2-6 脚趾注浆浆液配比表 材料名称 规格 重量比 水 自来水 0.4 水泥 32.5普硅 1 粉煤灰 磨细灰 0.85 膨润土 200目 0.03 外掺剂 0.002 2.2.2.11 地下连续墙质量控制 （1）防塌方措施

槽段防坍开挖是地下墙施工的中心环节，也是保证工程质量的关键工序，施工中应做到槽段不坍塌，保证槽壁稳定，主要措施有：

1）根据地质情况决定槽段长度，槽段长易坍方，反之坍方可能性小些。 2）槽段开挖结束到浇注混凝土之前的时间越短越好，不能超过8h。 3）采取合理的成槽工艺，如“二钻一抓”；先清除浅层（10m）内的障碍，再用多头钻钻进等方法，对防止坍方十分有效。

4）控制泥浆的物理力学指标，不仅应检查槽底标高以上200mm处的泥浆指标，还应抽查开挖范围内的泥浆指标，以确保泥浆护壁作用，这对保证开挖段混凝土的表面光滑有很大作用。

5）控制地下水对保持土壁至关重要。采用井点降水，减小地下水对槽壁的渗入压力，增强土壁稳定的措施。对个别土质较差的槽段，可在施工前先在槽段内外两侧进行注浆或搅拌桩加固，它兼有加固与止水双重作用。

6）减小槽边荷载，特别是大型机械，如成槽机、起重机、搅拌运输机等静、动荷载应尽可能移出槽段影响区外，也可采用路基和厚钢板等来扩散压力，以减少对槽壁引起的侧压力。

7）吊放钢筋笼前应调整好吊钩位置，确保钢筋笼垂直吊入槽内。 8）确保连续施工。

（2）保证地下连续墙的垂直度的措施

利用槽段宽度测定仪，随时测定槽段的垂直精度。 （3）防止地下墙漏水的措施

单元槽段接头不良或存在冷缝，常是地下连续墙出现漏水的主要原因，一旦出现漏水，不仅影响周围地基的稳定性，而且会对开挖后的内砌施工带来困难，

给主体结构带来渗水的隐患。采取以下措施：

1）选择防渗性能好的波形钢管接头连接形式。 2）保证槽段接头质量 在槽段成槽施工中，端部应保持垂直，并对已完成的槽段混凝土接头处清洗干净。用接头刷连续清洗15~20min，至接头刷无泥渣为止。

3）防止混凝土冷缝出现

灌注混凝土的导管直径采用200mm，并合理布置导管位置，导管离槽段两端接头处不超过1.5m，两导管间距不大于3m。

（2）地下连续墙施工质量控制标准见下表2-7。

表2-7 地下连续墙质量控制标准表

项次 1 2 项目 成槽垂直度 槽底沉渣厚 接头处相邻两3 槽段的挖槽中心线，在任一深度的偏差值 4 钢筋笼和预埋件的安装 成墙后墙顶中心线 凿去浮浆后的墙顶标高 裸露表面局部突出 墙面垂直度 安装后无变形，预埋件牢固，标高、位置及保护层厚度正确。 与设计轴线之偏差≤30mm 设计标高±30mm 观察、尺量、水准仪、探锤检查和检查施工记录 ≤B/3 质量要求 1/300 ≤200mm 检验方法 超声波测壁仪 沉渣测量仪或探锤检查 5 6 7 8 ≤100mm H/200 表面密实无渗漏，孔洞、露观察和尺量检查 观察检查 9 裸露墙面 连接墙的接头 筋、蜂窝面积不超过单元槽段裸露面积的2%。 接缝处无明显夹泥和渗水现象。 10 2.2.3 基坑开挖类型

基坑的开控按其坑壁结构可分为放坡开挖、直壁内支撑开挖、直壁拉锚开挖

和直壁无支撑开挖。

(1) 放坡开挖

当基坑深度较浅、周围无紧邻的重要建筑、施工场地允许放坡开挖时，可采用此类形式，但如地下水位较高，必须采取井点降水以降低施工区域的地下水位。

(2) 直立壁无支撑开挖

这是一种重力式坝体结构，一般采用水泥土搅拌桩作坝体材料，也可采用粉喷校等复合桩体作坝体。重力式坝体既挡土又止水，给坑内创造宽畅的施工空间和可降水的施工环境。

(3) 直壁内支撑开挖 在基坑深度大、地下水位高、周围地质和环境又不允许做拉锚和锚杆的情况下，一般采用直壁内支撑开挖形式。基坑采用内支撑。能有效控制例壁的位移，具有较高的安全度，只要支撑结构布置得当，一般不会对坑内的机械化挖土产生很大的制约，仍能保持良好的机械化作业程度。

(4) 直壁拉锚开挖

当周围的环境和地质可以允许进行拉铅和采用土层钱杆时，直壁拉锚开挖坑内的施工空间宽畅，容易组织不同的施工方案，进行优化比较，加快挖土施工速度。

在本工程施工中采用直壁内支撑开挖的方式。在地下连续墙结构的支护下，利用钢筋混凝土支撑来保证开挖过程的安全。 2.2.4 基坑开挖

（1）基坑开挖原则

为了尽可能缩短基坑的无支撑暴露时间，有效地控制围护结构变形与坑外地面沉降，采用“时空效应”理论原理开挖基坑。其基本原则是：土方开挖分层、分块、对称、平行、留土护壁，限时完成开挖与支撑。

根据拥有的机具设备和施工技术，基坑开挖主要依靠KH-180履带吊和伸缩臂挖掘机垂直运输，小型液压挖掘机在下水平挖掘、传递。在挖掘机挖不到的死角，采用人机结合方式开挖。

1）在开挖前应将分层位置、深度，各道支撑标高，作图示意，使施工人员做到心中有数，以控制挖土深度，严禁超挖；

2）基坑开挖土施工必须遵循：“先端部、后中间”的原则，即挖土施工先将端头角撑位置土体挖出，放出1：2.5坡后挖中间段，在中间段挖土中也必须分层、分小段开挖，随挖随撑，每层深度控制在1.50m左右；

3）挖每一层土，土层底面都要大致平整；

4）每层挖土前，先在前面15m左右处设一超前集水井(0.6×0.6m～0.8×0.8m )作为基坑内排水之用，如遇暴雨季节，应增设集水井，并应迅速排除坑内积水，使基坑始终处于无水状态。

5）开挖最下道支撑下方时，应在逐小段开挖后，在8～16小时内浇筑混凝土垫层。

（2）基坑底面平整

1）平整基坑底面之前先要按规范做好排水明沟，把坑内水位降至坑底标高以下50cm，并要保留30cm人工清理层，不能扰动基坑底面原土，如有超挖，应填砂找平。

2）围护结构如有渗水渗泥现象，未处理好之前不能平整基坑底面，以防泥水冲蚀基底土体。

3）下雨天基坑外排水系统未处理完善之前不能平整基坑底面，以防雨水冲刷基底土体。

2.2.5 支撑的安装和拆除

钢支撑安装的质量直接影响到工程安全和施工人员的安全，对于工程质量和地表沉降有着至关重要的作用，必须引起高度重视。

(1) 本次基坑施工的钢支撑选用Ф580。

(2) 钢支撑进入施工现场后都应作全面的检查验收，特别是对用于第四、第五道支撑的钢支撑，都应保证质量，进行试拼装，不符合要求的坚决不用，这一点，要求现场施工人员特别重视。

(3) 由于本工程端头井施工采用斜撑体系，斜撑的钢牛腿必需与钢支撑相密贴、垂直。如有缝隙应用钢板或细石混凝土充填。

(4) 由于地下连续墙中的斜撑予埋件随地下墙有所偏斜，因此，钢牛腿与予埋件之间焊接质量一定要保证，质量员应加强对焊缝的验收，发现不合格的必须补焊，焊缝高度一定要达到设计要求。

(5) 对施加支撑轴向预应力的液压装置要经常检查，使之运行正常，使量出的预应力值准确，每根支撑施加的预应力值要记录备查。

(6) 钢管支撑连接螺栓一定要全数栓上，不能减少螺栓数量，以免影响钢支撑的拼接质量。

(7) 本主变电站的内衬结构施工期间，钢支撑不能逐层拆除，因此，所有进入混凝土内衬中的钢支撑端部必须予留一段长为1.0～1.2m、直径Ф580和Ф609钢垫箱，以避免支撑头子浇入混凝土内衬墙中；

(8) 在基坑开挖与支撑施工中，应对地下墙的变形和地层移动进行监测，内容包括地下墙体变形观测及沉降观测、斜撑轴力的测试和邻近建筑物沉降观测。要求每天都有日报表，及时反馈资料指导施工。

3 施工主要技术措施和关键部位技术措施

3.1 施工主要技术措施

根据本工程的地质条件和周围环境的分析，本工程地质条件一般，在开挖过程中需要避免产生渗漏、土体流失等现象。

本工程需要采取一定的技术措施：保证围护结构止水效果，避免渗漏的现象的发生；做好基坑内的排水工作；保证地面排水的通畅无阻；保证结构的防水质量，避免产生渗水现象。 3.1.1 围护防渗漏措施

(1) 施工缝防水施工 (2) 侧墙产生纵向缝：可以在纵向缝位置横断面的中间安装钢边橡胶止水带，并且进行端头的焊接，保证不再开裂。

(3) 环向施工缝处理：与纵向施工缝处理基本一致。 (4) 按照设计要求对于止水带的位置和规格进行确定。 (5) 采取焊接将止水带固定在防水板上

(6) 用模板固定橡胶止水带。

(7) 在止水带中央圆孔的上下方混凝土基面上涂刷粘结剂并固定填缝用的衬垫板。

(8) 另一端的止水带端头固定在钢筋上，支模浇筑混凝土。 3.1.2 设置地面防水系统

基坑两侧必须设置排水系统。基坑之外的雨水、污水流入集水井，之后可以用水泵排入城市排污系统，从而保护环境。 3.1.3 降低坑内地下水措施

本工程中基坑之内布置20口疏干井，基坑之外布置17口集水井。降水井施工的流程可以分为以下几步：施放井位→降水井成孔→替浆及下管→填滤料→洗井→抽水→降水观测。 3.1.4 钢支撑施加轴向预应力

在基坑开挖过程中，由于土方的运出，土体平衡发生极大的变化，这个时候一定要做到随挖随撑，以防引起围护结构变形。

在土方开挖的过程之中，一定要严格按照施工方案，严禁超挖。

3.2 关键部位技术措施

3.2.1 钢围檩与H型钢焊接处理

可以将H型钢上的牛腿割除，同时再使用磨光机打磨一遍然后用油毛毡隔离，从而可以保证型钢可以更好地起拔。 3.2.2 地面沉降控制措施

(1) 基坑沿纵向分段分层开挖，每开挖层中再分成6m左右的小段，挖好一小段，及时撑上2根支撑，并按设计要求施加轴向预应力。

(2) 要注重第一道支撑安装的及时性，第一层土开挖后绝不许拖延第一道支撑的安装时间，以防地下墙顶部在悬臂受力状态下产生较大的墙顶水平位移和附近地面开裂。

(3) 坑内井点降水要在开挖前二十天开始，使土体在开挖时已经受相当程度的排水固结。

(4) 严格控制开挖段纵向放坡的坡度，务必使土坡坡度不大于安全坡度，并要时刻注意及时排除流向土坡的水流，必要时在坡顶打设井点阻截流向土坡的水流，以防止土坡滑坡。

(5) 及时封堵灌注桩接缝中出现的渗漏点，防止坑外地下水向坑内流失，引起地面沉降。

3.2.3 基坑角点的施工方法

(1) 导墙拐角部位处理：挖槽机械在地下墙拐角处挖槽时，即使紧贴导墙作业，也会因为抓斗斗壳和斗齿不在成槽断面之内的缘故，而使拐角内留有该挖但未能挖除的土体。为此，在导墙拐角处根据所用的挖槽机械的成槽断面形状相应延伸出去30cm，以免成槽断面不足，妨碍钢筋笼下槽。

(2) 基坑角点土方开挖：根据机具设备和施工技术，基坑开挖主要依靠KH

－180履带吊和伸缩臂挖掘机垂直运输，小型液压挖掘机在下水平挖掘、传递。在挖掘机挖不到的死角，用人工翻挖，喂给挖掘机。做到不欠挖，不超挖。

(3) 基坑开挖土方施工必须遵循：“先端部、后中间”的原则，即挖土施工先将端头斜撑位置土体挖出，放出1∶2.5坡后挖中间段，在中间段挖土中也必须分层、分小段开挖，随挖随撑，每层深度控制在1.50m左右；

(4) 角撑施工：角点土方被挖出后，立即进行角撑施工。 3.2.4 内部支撑体系稳定性及变形控制措施

(1) 对材料严格把关，保证钢支撑的质量合格，并且通过验算符合设计要求。 (2) 保证支撑的安装和进度，因此必须派专人负责这一方面。 (3) 在地面上进行支撑的预拼，并且用千斤顶来施加预应力。

(4) 预应力施加会存在一定的损失，所以实际施加预应力的时候应该提高10%左右。

(5) 对于支撑支座焊接质量必须严格控制，防止受力情况下的变形。

(6) 加强监测，掌握基坑周围的沉降和位移，分析之后如果存在安全隐患，必须采取措施从而加以控制。

(7) 在每一层土方开挖至支撑标高时，这个时候停止开挖，尽快安装支撑。施工尽量快，支撑同时做到位，严格按照操作要求施工，尽量减少施工暴露的时间。

4施工总平面布置

4.1 施工现场广场临时建筑物的布置原则及位置

（1）施工和生活的设施的位置应该做到分开，从而避免两者之间的干扰； （2）因为是临时设施，所以不需要太过复杂，只要求简便，利于施工，安全方面得到保证；

（3）因为是临时设施，所以不必固定，采取活动式的即可，同时可以就地取材，节省运输成本；

（4）为了避免工人走过长的路，由此带来的不便，将工人休息房设置在施工地附近；

（5）为了便于办公，办公室必须在施工现场附近。 具体布置详见附图平面布置图

4.2 施工用的临时运输线路的布置

（1）为了节约成本和方便的角度考虑，施工的道路尽量使用已有的道路。 （2）可以考虑环形布置场地道路，同时使之与场外道路相连，保证运输的道路通畅。

（3）为了方便与节约时间，对于材料，构建的运输，装、卸区距离各个仓库的位置越近越好。

（4）在消防方面，必须使道路靠近建筑物、木料场等易燃地方，以便发生

意外火灾的时候能够及时组织设备人力救灾。

（5）道路路面高于施工现场地面标高0.1～0.2m，两旁设置水沟，方便于积水的排出，从而保证运输的通畅。

4.3 建筑材料的堆放位置

（1）材料的堆放需要考虑需求量大小、使用的时间长短、运输等因素，需求量大、使用时间长、运输较为方便的，可以减少一次性的运输，采用间断性运输，从而减少现场的堆放，占用宝贵的材料堆放场地；

（2）各种器具，构件，建筑材料的放置必须严格按照要求，不得随意堆放； （3）堆放的位置应该考虑运输和装卸的方便性，尽量减少中转；

5 施工进度计划及管理措施

5.1 工程进度计划编制原则

施工进度计划需要在整体上进行考虑，关键性的道路需要进行详细的编制计划，保证工程的进度。在这个过程之中，需要着重考虑以下几个方面：

（1）对与地下连续墙的施工尽量加快、同时需要保证土方施工的进度。 （2）多工序同时进行，充分利用时间，保证进度。 （3）在交叉作业过程中，必须严格按照要求，必须注意工程的质量和安全。 （4）对于合理施工工艺进行适当的采用来缩短工期，加快进度。

轨道分局车站2015年7月1日开工，根据预定工期，预计2015年12月27日完成，工期共180天。

5.2 关键节点控制

充分考虑工程特点和要求，在结合总体的计划部署。可以从以下几个方面入手来减少工期，从而保证施工的进度要求：

（1）车站主体工程围护结构的开工时间。围护结构的开工标志着整个工程的开始。

（2）车站端头井结构施工完成的时间。 （3）所有土建工程的完工时间。 关键节点工期保证措施：

为了确保总进度计划的确实可行，所以必须根据工程的特点对设备、劳动力资源、材料投入进行详细的安排计划，做好各种前提工作，从而保证总进度计划的贯彻实施。

可以参考同类车站施工经验通过控制以下关键点来保证进度：

（1）在施工前期，必须做好交通，四周的围挡工作，尽快创造出现场施工

条件，并且根据实际情况，合理安排工程人物，尽量减少以后的不必要麻烦。 （2）因地制宜，充分利用施工场地条件，开展多工作面进行施工，是工期保证的有力措施。

（3）能够抓住影响施工工期主要原因，抓住主要矛盾，做出重点关注与计划安排。

5.3 施工进度计划横道图

6 质量、安全、文明管理措施

6.1 质量管理措施

6.1.1 工程质量标准

工程质量标准按下列文件执行： （1）国家强制规范

（2）招标文件和招标设计图纸技术要求 （3）合同文件要求

（4）南京政行业质量验收标准

表6-1 主要技术规范验收标准表 序号 1 2 3 4 5 编号 GB50204-2002 GB50205-2001 GB50202-2002 SZ-08-2000 DGJ08-61-97 名称 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 《钢结构工程施工质量验收规范》 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 《南京地铁基坑工程施工规程》 《基坑工程设计规程》 6.1.2 质量管理网络

质量管理网络如图6-1。

项目经理 项目部质量主管 地基加固施工队长 围护结构施工队长 井点降水施工队长 钻孔桩施工队队长 基坑开挖施工队长 质量员 质量员 质量员 质量员 质量员

图6-1 质量管理网络图

6.2 土方运输环境管理规定

6.2.1 车辆情况

（1）车貌必须整洁，机动性能完好。

（2）车辆后栏板的保险装置需要设置好，有可能的情况下，还可以再加一副保险装置，可以更加保险。

（3）车辆之上需要有灭火器，以应对可能发生的意外火灾。 （4）运输车辆需要进行定期的检修，从而保证车况的良好。 6.2.2 土方装卸与运输

（1）土方装卸时，场地需要保持整洁。 （2）在车辆出门时，车轮冲洗必须做到。 （3）车轮装载严禁超载，并且要做到不外泄。

（4）各单位需要对对土方运输量进行充分的统计。

（5）土方运输时，必须按照规定路线行驶，不得随意行驶，如果运输过程之中发生问题一定要及时处理。 6.2.3 应急响应措施

（1）驾驶员要严格遵守交通法规，如果发现崩板必须立即停下，并且及时汇报，处理问题，做好措施，防扩大污染。

（2）土方运输需要配备一定的应急队伍，配备相应的应急物资。 （3）如车辆在施工过程之中发生意外火灾，必须第一时间使用灭火器灭火，实在无法控制火灾的发展，必须及时报警，防止进一步发展。

（4）事故发生之后的后续处理，应该清理道路，并且总结问题所在，避免再次发生。

6.3 安全生产管理措施

为了使得安全方针能够得到彻底的贯彻实行，必须强化“谁承包，谁负责”

这样一个原则，确保所有人员的安全和健康，同时也要保证施工的质量和安全。 在基坑施工中，地下墙钢筋笼的吊装、钢支撑拼接和安装、基坑开挖与支撑、基坑边坡稳定等都具有一定风险的重点，这些需要重点注意。

（1）钢支撑拼接和安装

①钢支撑进入施工现场后应该严格检查，可以试着拼装以下，如果不符合要求，是坚决不可以使用的。

②钢管支撑连接螺栓都要全数栓上，螺栓数量千万不能减少，如果减少，会因此影响到拼接的质量。

③钢支撑吊运必须使用相匹配的履带式起重机，同时使用和起吊吨位合适的钢索吊具。

（2）预防基坑支撑体系的失稳 ①严格按照要求，不能忽视开挖程序：在每个开挖段中，按开挖程序进行开挖。

③对于第一道支撑的安装一定要尽快，因为地下墙悬臂受力状态下会产生较大墙顶水平位移并且会引气附近底面开裂。

③准确施加支撑预应力：安装第二道和下面的支撑之时，在要挖好一小段土方后即在8小时内安装好2根支撑，并要按设计支撑轴向力的80％施加预应力。

6.4 文明施工措施

文明施工对于提高工程经济效益和社会效益有着重要的意义，根据文明施工的要求，必须制定相应的措施。

本工程要切实做到“两通三无五必须。（即：施工现场人行道畅通；沿路的人们出入通道通畅；做到无管线事故；做到无重大伤亡事故；施工场地做到无积水；施工和非施工的地方必须严格分开；基坑场地必须做好挂牌；所有人员必须穿戴整齐，证件齐全，必须有保护环境的思想觉悟）。

专题部分

深基坑变形监测研究

1 问题的提出

城市在高速的发展，建筑物自然也在成倍增长，而这其中便是高层建筑越来越多，基坑工程开挖也是越挖越深，这直接影响到周边房屋及地下管线。

目前来说，深基坑工程要保证质量安全便需要注意三大基本要素，那就是基坑变形监测与设计、施工。

一方面，基坑监测可以通过提供动态的数据信息来指导基坑的施工，同样可以以监测得到的数据来验证设计的安全和科学性，可以降低工程的风险并且减少预算。

同时，在另一方面，基坑监测对于风险的发现和预报功能是其他措施无法比拟的，若是已经发现险情，这时候的监测可以通过监测数据查看险情的发展程度，为及时采取安全补救措施提供有力技术依据。因此呢，工程施工过程之中基坑变形监测是必不可少的重要的一个环节，同时也具有指导工程施工，避免安全事故发生的作用。

基坑工程在地下工程中是一个具有变化特征的领域，同时也是土木工程中中相当复杂重要的一项技术领域。它集地质、结构工程等多学科于一体，会因为地域不同而不同，所以这项技术有着强烈的地域性、实践性。那么我们应该如何有效地控制基坑变形，保证经济效益和安全的前提下完成施工呢，这一直是人们在探索的课题。

岩土工程研究的重点内容之一便是深基坑开挖，深基坑的开挖放在首位的便是如何保障安全，为了实现这一目标，对深基坑施工变形的监测是必不可少，也是极其重要的一个环节。

深基坑的开挖，尤其是在软土地区，变形带来的问题和研究也是愈来愈多。现场监测可以减小风险，验算计算参数，同样，在对数据的分析得出结论之后，这些结论也可以为相关的工程提供设计和施工参考。

通过实时监测基坑土体和支护结构内力的变化，我们可以掌握基坑和周围建筑物的变形状况，并且把实时监测得来的数据和在之前所设计的工程预期数据进行对比与论证，从而得出的结论，从而可以对工程施工得出重新的评估，以此来判断施工所拟定的计划是否能如其执行，若是不行的话，则需要进行进一步的修改，来适应整体的施工计划，并且可以为后续的施工提供必要的指导，保障施工的安全和顺利进行。

深基坑风险性是很大的，国内外发生的事故并不少，所以，在施工中必须严格按照施工要求并且根据监测的数据，进行动态化施工，从而可以确保基坑和周边环境的安全。在变形量不是特别大的时候，这种变形并不会造成太多伤害， 但是在变形较大的情况发生的时候，基坑会发生失稳，甚至破坏，从而引起工程事故，对经济造成严重损失，同样会造成安全事故。

对于比较大的工程或者极其复杂的工程，在施工过程中，一般情况下是难以找到以前的相关工程经验的，在理论之上，同样难以精准地得出施工所需要的数

据要求。所以呢，在深基坑施工过程中，必须对基坑支护结构、基坑四周土体和相邻构筑物进行整体、系统的监测，做到信息化、动态化施工，这样才能保证施工的安全和对周围环境的掌握，从而指导施工。可以在出现异常情况时得到及时的反馈，这个时候就必须采取应急措施，保证工程的正常施工。

在20世纪初，随着研究的深入，基坑工程各方面的技术都得到极其大的发展，所以基坑工程也是越挖越深。

因此，基坑的安全问题也是日益严重，所以为了为确保工程安全和施工质量，必须对基坑周边环境和土体进行全面整体的监测分析。

上世纪的60年代初，在墨西哥的软土深基坑中工程之中，监测仪器开始使用，并且在其中进行全方位变形监测，因此监测系统也开始慢慢推广开来。随着计算机信息技术的发展，国外都开始研发监测数据和采集系统，基本可以实现监测自动化，从而指导施工。国内关于此方面的研究是在上世纪90年代才开始的，但是几十年过去了，此技术得到极大的发展，在理论和实际经验方面也是日趋成熟。

这些年来，各种地下空间得到发展，地下空间被用于各种不同的用途，其中就有地铁、隧道、地下室、车站、停车库等等。在我国地下空间开发工程有：地铁车站、地下宾馆、地下影院、地下商业街、地下停车场、地下通信枢纽、地下发电厂以及各种储藏库、停车场、设备层等。

考虑我国的人口实在太多，地面之上的空间已经极其有限，所以开发地下空间在所难免。

但是随着基坑开的深度越来越深，随之而来的便是越来越严重的安全问题，这些年来，我国的基坑安全事故并不少，每一次事故都是一次警示，所以在当前情况下，我们必须加强基坑开挖的安全监测，确保安全施工。

本文便是简略探讨地下工程深基坑开挖施工的过程中，主要对哪些地方进行监测和数据的分析，以数据来指导施工，保障人员的安全和施工的顺利进行。

2 文献综述

2.1 变形监测内容和方法的研究

对于基坑监测，首先要知道应该监测的内容具体是什么，然后有什么方法可以进行这些监测，如何操作可以得出精准的数据结果，从而指导实际施工。

蒋宿平[1]等对降水、围护桩的施工、土方开挖、止水帷幕这四个方面对周边环境和基坑变形影响分析地相当详细，在其中指出了基坑施工的时空效应。然后对于基坑监测各种方案设计表述了自己的理解和看法，指出在基坑监测方面千万不能死守规定和理论，要因地制宜，根据基坑所在地点，基坑开挖的时间段来选取相应的监测报警临界值。

黄宝军[2]认为现场数据的监测是基坑工程安全施工必不可少的重要环节，它的重要意义便在于可以指导和改进工程的设计水平，具有很强的现实意义。其联系实际，对国内外一些大型深基坑监测技术进行了初步的分析研究，得出了不少宝贵的结论，可以用于将来的实际施工。

覃睿[3]等所取的例子是一个连续墙施加预应力使用锚索支护结构的基坑工程，详细研究了，监测所包含的内容，监测点应该如何布置，还有监测的具体方法是什么，并且从基坑监测中，着重分析讨论了支护系统如何才算是安全稳定的，哪些措施是安全施工的必要手段。

张兴元[4]对上海市徐家汇地铁车站深基坑进行了深入的研究，着重研究的有监测具体应该监测的内容、它的目的、以及方法，并且对于深基坑的安全施工，和监测数据方面提出了相当宝贵的建议和意见。

王暖堂【5】主要对北京地铁五号线和平西桥车站深基坑进行了深入的研究，并且着重研究了施工过程之中的监测技术，文章着重地讲解了力学变形监测技术在实际之中的运用，并且为日后相关的工程提供了极其宝贵的实际经验。

李巍[6]等讨论了基坑变形监测的必要性和关键性，对数字式垂直测斜仪的监测原理做出了基本解释，并通过具体工程实例，研究了基坑变形监测在实际工程之中的运用，得出结论在深基坑施工之中的位移监测可以提供目前来说最真实、最准确的位移变形情况。

李岩岩[7]阐述了沈阳地铁一号线西延线明挖车站深基坑施工的具体情况，通过数个方面的研究，得出一些结论，这些方面便是围护结构的沉降、水平位移、周围地表及建筑物沉降、地下水位、支撑轴力等方面，通过这些方面监测的研究，得出重要结论，阐述了监测技术在深基坑工程之中的运用，可以为相关类似的工程提供宝贵经验。

陈梅[8]首先对深基坑的监测目的和相关规定进行了阐述，在此基础上不能随意忽视深基坑的状态，独立数据，必须根据当前深基坑的实际情况，从这些数据之中和监测系统来选取应该可取的预警值，在基坑监测的动态施工之中，不仅可以保证经济效益，同样保证了工程的安全和工人的生命。

罗磊[9]对深基坑监测技术的内容、现状、发展和应用作了相当深入的研究，对上海某基坑工程监测项目的进行了深入的分析，研究了其实际应用和基坑施工的关系，得出了重要结论，基坑施工时候的动态监测在基坑工程之中是极其重要和必不可少的环节，并且为相关的深基坑工程提供了相当宝贵的经验。

胡春晓[10]阐述的是宁波南站软土深基坑工程，他重点介绍了当时现场实际情况和基坑结构的主要特点，从监测数据的方案，数据分析和处理方式进行了注重的分析研究，得出了基坑变形的一般规律，并且提出了自己宝贵的建议，得出结论，深基坑施工之中，动态化，信息化的监测施工是其安全的保障。

2.2 数据处理和分析方法研究

变形监测在监测当中必须确保数据的质量和可靠度，同样需要对监测点的稳定性进行必要的分析研究，同时对数据的误差和不可靠点进行删除，这样才能得出对实际工程有意义的监测数据。目前，国内外有很多对监测数据的研究方法，主要包含的就是二种：其中一个便是将监测所得出的成果和理论分析所得出的结果进行分析比较；另外一个便是将监测所得出的结果和预测分析能够得出的结果进行分析比较。第一种方法存在一定的局限性，因为理论方法毕竟属于理论，而深基坑工程是地域，实际性很强的学科，有很多理论前提在实际施工并不会成立，这样得出的结果不具有指导和实际意义，所以众多的学者都相当青睐第二种方法，就是将监测所得出的成果与预测分析所得出的结果进行分析比较。

所以在变形分析前，监测基准必须进行稳定性的分析，并且对相关的监测数据进行粗差和系统误差的检验，去除不该有的数据，得到有用的可以用于分析研究的数据，之后才能对监测数据进行分析研究。

胡友健[11]等对“深基坑工程监测数据处理与预测报警系统”进行了简要的介绍，着重点是对其功能、结构、运行环境和建立方法进行了讲解和阐述 。他的监测数据的处理是对数据进行数据库的管理。采用灰色系统理论建立相关的预测模型；采用相当的数据来对工程的风险进行预测和判断；这个系统是一个集数据监测、数据处理、图形绘制和管理、变形预测及险情分析判别这么多功能于一体的系统。

光辉[12]认为在基坑变形监测之中，传统的监测数据采集、处理及数据表现方法中存在的一些不足和可以改进的地方，在GPS一机多天线技术的发展和似单差法的基础之上，他认为可以将GPS定位技术与基坑变形监测相结合，可以相当快速，并且准确方便地得到想要的监测数据。同时根据卡尔曼滤波理论，构建了一套非常适用于基坑变形监测数据处理模型，而且，经过实际的检验，将其应用于基坑监测数据的处理，得到了比较可行与理想的结果。当让这个模型也存在一定的不足，并且提出了一些改进的意见，可以使得整个变形监测系统能够处于较为理想的稳定状态。

黄秋林[13]等联系工程案例 ，对深基坑工程变形监测的所需要研究的监测的内容和方法做出了基本的介绍，本文中，他着重监测所得到的数据的处理和分析方法，并如何指导实践 ，从而提出了监测方法就是稳健估计数据探测的方法，

同时提出了数据处理的方法那就是监测数据首先需要进行抗粗差处理。 许飞【14】简述德州市某深基坑坡顶水平位移监测的方法和主要内容与分析过程，说明了其具体的实际指导意义。

张银虎[15]等认为如果想要进行准确有效的数据处理和分析，那就必须对基坑变形数据完全掌握，同时预报基坑的安全问题，从而建立一个基坑变形监测数据处理系统。结合相关的实际工程，从监测系统的分析、结构设计、功能、特点等方面提出了具体可行的一些意见和建议。

考虑到基坑地质及观测环境变化多端和复杂不便，不管如何地建立基坑位移监测数据处理的理论模型在实际上都会存在一定的误差。如果误差的程度较高，那么得到的精确性便会大打折扣，不利于后面的指导施工，必须重新处理。

李明峰[16]等根据相关工程经验，提出了顾及模型误差的最小二乘配置法在数据处理上的运用，并提出即使可能出现粗差的情况下，也可以进一步采用稳健估计的方法来运算，并且保证数据的精确性。他在本文中推导了顾及基坑位移模型误差的最小二乘配置法的计算公式，并且对计算步骤进行了具体的推理运算。运用该方法，在通过对多个实例计算和分析可以大概地预测到，这种方法的准确度可以达到35%~48%，目前为止可以说是可以运用于实践的监测数据处理方法。

李明峰[17]等从基坑支护结构深层位移监测的相关特点来考虑，对位移监测数据中系统误差和粗差进行了着重分析，针对这一问题，他提出了消除系统误差和自适应剔除粗差的方法和步骤，建立了相关的位移监测数据的模型，该模型在实际应用中得到验证。

黄志伟[18]研究了主流智能型全站仪，对其基本功能进行深入分析，在此基础上，他提出了在深基坑水平位移监测中基于自由测站边角交会的自动测量方法，可保证数据的准确性和有效性，同时对采集的数据进行平差计算与精度评定。该方法在实际应用中得到验证。

对变形监测数据的分析，主要体现在两个方面：首先对基坑变形进行几何分析，就是对基坑的空间变化进行一定的几何描述；对基坑变形进行物理解释。其中几何分析对基坑安全性判断的基础，因此这一步千万不能少，是必不可少的重要环节。目前常用的分析方法有做图分析、统计分析、对比分析和建模分析。 2.3 基坑预测模型研究现状

这些年以来，用数学模型来模拟基坑变形成为新的研究方向，其中比较有代表性的模型是：回归分析模型、确定函数模型、时间序列分析模型、灰色系统模型、卡尔曼滤波模型、神经网络模型、马尔柯夫模型和尖顶突变模型[23]。

灰色系统理论在1982年被提出，理论的创建者是我国的邓聚龙教授，它主要是以已知的部分信息，未知的部分信息所组成的小样本，采用贫信息不确定性系统作为研究对象，先不管未知信息，可以通过已知的部分信息从中得到对实际有意义和价值的信息，从而可以对系统运行行为有着比较正确认识和想对有效控制。基坑变形中所得到的监测数据是一个单数据列，就是时序列的数据，这就是属于灰色数列预测，因此可以用来建立灰色动态GM( 1，1) 模型，从而实现对

基坑模拟预测的正确性。

我们所用的GM( h，1) 模型，基本都是一个变量的GM模型。因为h越大，复杂程度越高，而且精确度也会大打折扣，所以h一般在3阶以下，最常用的情况便是取h= 1，这样计算相当简便而且同样使用很多预测模型，记为GM ( 1，1) ，这种模型被称为单序列一阶线性动态模型。基坑变形灰色预测 GM( 1，1) 模型所用数列为经过一次累加生成处理( 1- AGO) 后的数据列，累加生成处理的目的一是在于为建立模型提供中间信息，二是减弱数据列随机性和波动性，提高其内在规律，累加生成的次数越多，数列的随机性就弱化得越多，在 GM 模型中，一般只对数列作 1-AGO。不是得出的数据都可以用作原始数据，必须根据经验一实际选出能够反映基坑变形规律的代表性数据，一般需需要进行选优、滑动平均处理方法来筛选原始的数据。

对于神经网络预测方面研究有：在国外，Ghbauossi [24]提出用人工神经网络的本构模型用来研究研究岩土材料，之后提出了一个 Neural Netwokrs 网络用来模拟砂土的应力和应变的关系；ElliS[25] 通过对BP网络的改正，在改正模型下对砂土的应力和应变关系进行了模拟，该模型不仅分析了应力历史和砂土粒径的影响，而且还能应用于卸载和加载情况的影响分析；在国内，倪立峰]分析了基坑工程特点，采用递归神经网络模型进行实时预测，并研究了在线学习算法，对基坑的进行准确的动态特性描述。贺可强建立一种基于神经网络的基坑变形实时预测模型，并编写程序实现，预测结果可靠为相关工程提供了参考。在灰色理论进行基坑变形预测的研究方面有：王玲玲，李宏义，廖野澜等利用灰色系统理论进行建模，对基坑变形进行了预测；刘志彬用灰色马尔可夫链理论对深基坑沉降预测进行了预测；张伟丽根据灰色系统理论，建立了基坑变形的GM预测模型，根据现场位移观测值对后续施工中的变形值进行预测；荣延祥利用灰关联分析研究基坑边坡位移数列与基坑周围边公寓位移数列之间的关系，并将二者迭加生成一新的位移数列，而后利用灰色预测模型分别对以上三个数列进行预测。

大量的预测模型研究都是采用单一模型，研究结果难以较好的比对，在基坑 的不同监测内容中，模型的预测效果有所差异，应此有必要对同一基坑监测项目中的不同监测内容采用不同的预测模型方法进行研究，探索适合各监测内容的预测模型。因此在本文针对具体的工程项目的不同监测内容的预测模型展开研究，分析不同监测内容的不同预测模型效果，同样的模型还需要因地制宜，结合工程实际来进行模拟。

霍成胜[26]等将时间序列预测模型与灰色模型相结合(即灰色时序组合预测模型)，通过这两种模型的结合，将其应用于某深基坑的沉降监测数据的分析，得到的预测与实际相比较，是可靠的。在这个过程中，同样运用单一模型进行预测得到的结果和实际相比，可以看到通过灰色时序组合模型得到的预测结果更加接近实际，精确度也更高一些，所以这两种方法的结合是一种非常有效并且准确的基坑预测方法。

陈炳志[27]在对基坑变形预测中信息的灰色性和数据的非线性性两者进行了

研究之后，提出用灰色神经网络预测基坑变形的两种方法结合的一种联合方法。并且通过实际案例的分析研究，通过单一的方法可以得到支护体系的的预测值。通过研究可知:灰色神经网络预测的结果可知误差比GM(1，1)预测模型小；但是与BP预测模型相比，前期误差大，后期误差小。考虑到两者都有一定的缺陷，为了更加准确的预测，这个时候，便可以采用灰色神经网络预测BP预测相结合的方法进行预测。

王强[28]通过对深基坑支挡结构水平位移监测信息的研究，灰色系统的模型建立是对基坑的变形发展进行预测是一种行之有效的手段，对设计和施工的指导意义相当之大。预测中灰色模型的建立以等时距原始数据为前提，结合某地铁车站的基坑工程，需要对基坑开挖所引起的支挡结构水平位移情况进行准确预测，这个时候，便可以利用灰色理论中的GM(1，1)模型，因此得到的预测结果和监测结果想比较，可以看到两者之间很接近。

胡冬[29]等根据灰色系统理论，结合工程实际建立了自己的基坑变形的GM(1，1)预测模型，并且通过工程实际的预测和结果与实际分析，得到的结果与实测值吻合较好，证明了该预测模型准确度可行，对基坑工程的施工具有极其重要的指导意义。

董文宝[30]以某个深基坑工程为背景，分析了SMW工法桩、双轴搅拌桩及高压旋喷桩支护的施工方法，分析了深基坑的特点。着重分析了灰色系统理论和马尔可夫理论及BP神经网络原理，并建立三者结合的变形预测模型。通过实际预测与实际结果的分析对比说明三者结合的这种预测模型在实际工程中的准确性都是相当高的。

技术路线

深基坑变形监测数据处理 分析和预测模型研究 基坑监测技术研究 监测数据 变形监测数据预 处理理论研究 工程应用及监测成 果综合分析 变形预测模型研究 预测实际工程变形发展 优化支护结构

3 基坑监测研究内容

在基坑工程实践中，不管如何模拟预测，所得到的预测都会与实际有一定的误差，所以一般情况下，理论研究不能很好地指导实际施工，这个时候的基坑监测就显得极其重要了。本专题的主要研究内容如下：

(1)对基坑施工对周围环境的影响、基坑开挖引起的地表变形现象及基坑工程的时空效应等方面进行比较全面的分析总结，从理论上说明基坑开挖会引起土体变形，从而验证基坑监测工作的重要性。

(2)对基坑监测技术的监测目的、监测项目的确定、监测系统的布设、监测方法与仪器、监测数据处理、监测成果分析与评价、监测报警临界值的确定等各个方面进行分析研究。

(3)综合上述研究成果，针对具体的工程实例，建立一个具体合理的监测 方案，并对监测数据进行分析与评价，以便更好的指导基坑工程施工。

3.1 基坑开挖对周围环境的影响

3.1.1基坑施工引起的土体变形机理研究

基坑降水型式一般有采用轻型井点，喷射井点和深井井点降水等。降水如果操作不当，则可能引起地面沉降，对环境造成不良影响。为了保证基坑工程土方开挖和地下室施工处于水位以上的干状态，需要通过降低地下水或配以设置止水帷幕，使地下水位在基坑底0.5-1.0以下。在地下室施工结束，上部结构尚未施工时尚需通过降低地下水位，克服地下水对地下室产生浮力。 3.1.2围护桩施工对周边环境的影响分析

围护桩常用的桩型为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔桩、水泥土搅拌桩、钢筋混凝土预制桩等。而深基坑中几乎包括了所有类型的围护桩。围护桩施工的环境效应比较大，在非挤土桩中要首推人工挖孔桩，由于它主要是由人工挖掘，地基土层中出现临空面，引起附近土体的侧移。当成排开挖土层又是软土或花岗岩残积土时，人工挖孔桩筒中涌泥，侧移现象更为严重，往往基坑施工引起的土体变形机理研究造成附近既有建筑物沉降、倾斜，上部结构开裂，道路面沉降，地下管道断裂等。围护桩为预制桩时，也常常带来挤土危害。 3.1.3土方开挖对周边环境的影响分析

一般的矩形基坑，在没有围护情况下多坍成矩形的外接圆坑。人们曾总结提出：挖土时四周要留涌土(使之形成内接圆)，要盆式开挖，分层分块开挖。在深厚软土如淤泥、淤泥质粘土中开挖基坑，由于软土的蠕变性，要重视时空效应，做到随挖随撑。同时，在施打挤土型工程桩时，常引起坑内土体产生很高的超静孔隙水压，侧移与隆起，故分层从中央有序地开挖非常必要。 3.1.4止水帷幕对周边环境的影响分析

由前面的分析可知，基坑抽水引起的土砂损失以及砂土通过围护结构挤出都可能造成基坑外侧地面沉降，而引起砂土的损失的原因之一是由于止水帷幕渗漏

水。众所周知，深基坑中，除了围护结构本身引起挡土作用又起止水帷幕作用，以及渗透性很小的地基外，都需要布置闭合的止水帷幕(水平向止水帷幕和竖向止水帷幕)。但有时由于基坑止水帷幕本身存在缺陷，如深搅桩搭接不严、地下连续墙接缝不吻合，以及由于场地的水文工程地质条件不好，或由于基坑开挖深度大，周围的动水压力和土压力相对增长，使得挡土结构产生较大位移，从而带动止水帷幕的挠曲或侧移，加之止水帷幕大多为刚性结构，抵抗变形的能力较弱，在挠曲和侧移时易开裂，使得在地下水压力作用下止水帷幕产生渗漏，当止水帷幕出现渗漏时，往往来势猛又突然地大量漏水漏砂，可能导致产生边坡失稳、坍塌等现象。

3.2基坑开挖引气的土体变形现象

3.2.1地表沉降

(1)地表沉降原因

影响深基坑开挖过程中地表沉降的因素是十分复杂的。地表沉降的大小取决于土层组成结构及物理力学性质，地下水层数和孔隙水压力，空间几何形状(包括各工况形状)和平面尺寸(长、宽或半径)，围护结构类型、刚度和入土深度，开挖尺寸，开挖深度，开挖顺序，无支撑暴露时间，开挖时间，周边静、动超载情况，地表水和上下水管的渗漏，邻近建筑物的影响，水平支撑施工方法，支撑或锚杆刚度和间距，水平支撑预应力的大小以及预应力施加时间等等。在深基坑开挖施工和主体结构施工的过程中有众多的影响基坑周边地表沉降的因素，主要的、直接的原因不外乎以下几点：

a．支护结构变位

此为产生深基坑周围地表沉降的主要原因，随着坑内土体不断被开挖，深基坑围护结构在基坑内外侧的土压力差作用下发生变位，导致深基坑外侧的土压力不断减小，使得坑外土体卸荷，导致坑外地表下沉。

b．基坑降水

在地下水位以下进行深基坑开挖施工时，为避免产生流砂、管涌、坑底突涌，防止坑壁土体的坍塌，保证施工安全和减少基坑开挖对周围环境的影响，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层及下部承压水对基坑底板产生影响时，就需选择合适的降低地下水水位的方法对基坑进行降水。如降水措施不得力，则可能引起地面沉降，对环境造成不良影响。

c．止水措施不当

基坑施工引起的土体变形机理研究由于基坑的止水帷幕施工质量不可能完全达到理想状况，其止水防渗效果自然也就受到影响，不完整帷幕对基坑变形的影响是：产生流土、管涌，使土层局部被掏空，产生变形。

(2)地表沉降估算方法

当前国内外在深基坑周围土体移动研究中，所采用的主要方法有：物理模拟法、数值模拟法、半理论解析法和经验公式预测法。物理模拟法是利用相似原理对基坑的稳定性和变形，进行室内模型试验研究，由于介质模拟及模型土体位移量测，需要很精密和复杂的技术，此外，室内模型试验很难模拟深基坑开挖施工中的施工因素，因此，该方法多用于理论研究，而较少应用于实际工程。实际工程中，常用经验公式预测法、半理论解析法和数值模拟法进行坑周地层移动的预测。

3.2.2基坑的回弹与隆起

基底土回弹后土体的松弛与蠕变的影响加大了隆起；挡土墙在侧水压力作用下，墙角与内外土体发生塑性变形而上涌；粘性土基坑积水，土吸水使土的体积增大而隆起；

(1)基坑隆起是因为基底土压力低于水压力造成的地面上升，这种情况仅发生于粘性土中；

(2)在《地下工程设计施工手册》中的解释：如果基坑底部的不透水层较薄， 而且在不透水层下面具有较大水压力的承压含水层时，当上覆土重不足以抵挡下 部的水压力时，基底就会隆起破坏。同时，基坑工程的时空效应也是重要因素， 基坑暴露时间越长，就越易引起基底回弹与隆起。 3.2.3围护结构位移

深基坑开挖引起土体卸荷，为了防止土体产生过大的向基坑内侧的位移，需设计作用在深基坑壁上的支护结构。土压力、水压力的计算是支护结构设计计算的前提，而侧土压力是深基坑支护工程的一个重要参数。设计计算的不准确以及支护结构的施工工艺都会直接影响深基坑周围土体的位移。

3.3基坑变形监测技术研究

3.3.1 监测目的

监测的目的就是要通过监测的数据及时发现问题从而来验证相关的设计，指导基坑工程的施工，保障工程质量和人身财产安全。 3.3.2 监测系统设置原则

监测工作是一项系统的工作，需要对监测方法进行分析并且根据实际情况来选取，对于测点的布设同样需要注意，这些直接影响到监测的成败。一般情况下，监测系统的原则有以下几种：

(1)可靠性原则

对于监测系统来说，数据如果不可靠，那么也就没有必要监测了，所以可靠性原则是其中所必须考虑的最重要的原则。为了确保可靠性，首先就是设备方面，必须可靠。一般来说，机械式测试仪器比电子式可靠性更加高，所以在使用电测仪器之时，不能根据单一的结果得出结论，这时候必须将数据其它测式仪器进行

比较；同样重要的是，在监测期间对于测点的保护必须到位。

(2)多层次监测原则

多层次监测原则包含4点：主要对位移方面进行监测，但是并不能忽视其他方面的监测，需要综合考虑其它物理量监测；主要以仪器监测为主，辅之以巡检的方法；仪器的选择上以机测式仪器为主，同样与电测式仪器相互校验比较，如果从保障监测可靠性的角度考虑，需要考虑使用多种原理的方法和不同仪器；至于监测网的布设，一般考虑在这么几个方面，分别是地表、基坑土体内部及邻近建筑物，在以上几个地方进行布点从而对周围形成一定覆盖的监测网。

(3)重点监测关键区的原则

基坑某个部位的稳定性一般来说是各不相同的，主要影响因素便是支护的方法，但是即使是同样的支护方法，不同部位的稳定性也是不同的。一般说来，若是某个地方的稳定性偏差，那么这个部位就容易形成失稳并且造成塌方事故，对周围的建筑物有相当大的危险。因此，在设计的时候，就应该重点标出稳定性较差的不为，并且将其列为关键地点，进行重点监测，一旦发现数据失常，需要及时采取措施，防止事故的发生。

(4)方便实用原则

监测虽然说是服务于施工，但是在施工的过程中要尽量避免监测的干扰，所以对于监测系统的安装和使用要做到便捷实际。

(5)经济合理原则

一般情况下，大部分的基坑都是临时的，所以监测时间都不是很长，而且监测的范围也不是很大，从经济适用的角度来讲，在设计的时候应尽量考虑实用而低价的仪器。

3.4 监测系统的布置

3.4.1 基坑支护结构变形监测网的布置

变形监测网的布置一般需要考虑几个方面，便是不能违背周边环境和施工环境，在支护结构中的观测点首先需要观测到，与此同时必须考虑监测网的强度，对于监测网控制点的稳定性同样不能忽视。 3.4.2基坑支护结构监测点的设置

对于监测点的设置需要考虑众多因素，首先便是基坑支护结构的形状、材料，第二便是基坑开挖采取的施工方法，第三便是因地制宜，考虑当地的工程地质情况。一般来说，监测点都是选取在敏感的变形区域，根据基坑大小来确定布设监测点的个数，一般情况下，每边至少设置3个监测点。 3.4.3沉降监测网的设置

控制网一般由三个以上的水准点组成，布置之时需要考虑以三点：

(1)尽可能地远离，一般在距基坑50m以外，避免因基坑开挖，而引起的控

制点沉降。

(2)控制点需要保证牢固可靠，所以这时候就必须尽可能避免因基坑自身问题引起的点位沉降。

(3)对于观测路线的设计必须利于监测和观察，控制点之间的距离要适中。 3.4.4沉降监测点的设置

沉降监测点的设置一般在基坑支护结构顶部进行设置，同时还应该在拟建筑物四周角处、大转弯处、沉降缝、主楼桩型不同的两侧、地质条件有变化的明 显区段内进行设置，一般情况下，沉降监测点间距10～15m。

3.5监测方法与仪器

3.5.1支护结构水平位移与沉降位移监测

目前，对于支护结构的水平位移监测与沉降位移监测是使用仪器监测，比如经纬仪、测距仪、水准仪、全站仪等高精度测量仪器来测量，测量的物理量一般是角度、边长，根据这些所测的的数据的变化来测定变形。

总的来说，工程测量之中，测量的仪器就是水准仪和经纬仪或全钻仪。 水准仪用于测量地面施工时候的沉降、还有测量周边建筑物的标高来测定其施工之后的沉降。

经纬仪主要还是用来量测地形或构筑物的施工控制点坐标及施工中的水平位移。

全钻仪是一种全能的测量仪器，它可以说是水准仪和经纬仪结合体，同时拥有两者的功能。

3.5.2基坑周边沉降位移监测

对于基坑周边沉降的监测，可采用电子水准仪DNA03，它的操作很简单，并且得到的数据也是很准确的。 3.5.3围护结构深层侧向变形监测

在深基坑工程施工中，我们在了解了围护结构外部的水平位移之后，同样需要对基坑内部的位移情况了如指掌。对为了满足种种监测需求，一般采用测斜仪进行测量。

测斜仪是一种对于围护结构内部水平位移的测量一般来说是比较准确的。测斜仪在基坑工程中一般量测以下参数：(1)打桩或基坑开挖所引起的土体水平位移；(2)围护桩、围护墙或其他围护结构的水平位移；(3)地下室垂直墙面的水平位移。

测斜仪有两种形式，分别为活动式和固定式，在基坑开挖支护监测中常用活动式测斜仪。使用方法就是在开挖之前先将有四个相互垂直导槽的测斜管埋入支护结构或被支护的土体。测量的时候，将活动式测头放入测斜管，使测头上的导

向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中，沿槽滚动，活动式测头便可以在这种情况下测出水平位移变化。

3.5.4土压力和孔隙水压力监测

基坑工程周围土体会对围护结构产生水平力，这便是侧土压力，它是由土体自重应力、附加应力及水压力等共同组成的一种对围护结构的力，因此土压力决定着围护结构的稳定性和安全性。

影响边坡稳定的一个重要因素便是孔隙水压力，地基所受到的压力与地下水的排水情况直接影响着孔隙水压力。从中可以看出压力值的监测是基坑监测中必不可少的一个组成部分，需要极其重视。

就目前而言，国内常用的压力传感器根据其工作原理可以分为四种，它们分是钢弦式、差动电阻式、电阻应变片式和电感调频式。钢弦式压力传感器的稳定性高，适用面广，并且适合水土压力的长期观测。 3.5.5围护结构内应力监测

对于支护结构内应力监测通常是在各种支护结构的代表性位置布设监测点，比如在地下连续墙的主受力钢筋上布设钢筋应力计，以此来监测地下连续墙在施工过程之中其上的内力变化。一般情况下，最好使用振弦式钢筋应力计。

振弦式钢筋应力传感器具有很多有点，比如抗干扰能力强、对温度不敏感、零漂移、对绝缘要求低、数据准确、使用寿命相当长，适合在不好的环境下，尤其适应长期的监测。

3.5.5地下水位监测

地下水位的监测不可忽略，因为基坑周边的地下水位直接影响这基坑工程的稳定性，所以不管是什么深基坑，认为水位变化监测是必须的。对于地下水位监测可采用钢尺水位计，在监测步骤上是将在钢尺水位计的水管中放入水位计测头，一旦测头碰到水，讯响器就会立即开启，此时，读取测量钢尺与管顶两者之间的距离，根据管顶高程来计算地下水位的高程。

3.6监测数据处理

深基坑施工监测中，因为监测的种类众多，所以数据方面也是各种各样。量测数据通常是与时间相对应的一个连续函数，但是在实测时并不可以不停地取值，只能在相同的时间间隔内进行取值，如何通过样本数据对整体的数据进行分析推算，这是我们在得到数据之后，首相面临的一个问题；这些还不够，因为测量的误差，或者其他各种不稳定因素的存在，我们需要对大量观测数据整理检验，去除不合理的数据，然后才能进行分析研究。

3.7监测成果分析与评价

在深基坑的监测之后，一般通过各种去伪存真，得到相对准确的数据之后，这时候就需要对这些数据进行分析了，若是发现问题，就要及时处理并且防止这类情况的再次发生。

基坑工程监测成果分析与评价一般有以下几个方面： （1）对沉降和沉降速率进行分析； （2）绘制位移随时间变化的曲线； （3）对各项监测数据的所得出的结果进行比对分析并且判断数据的合理性； （4）根据所得数据，运用数值模拟的方法，对基坑施工期间的结构位移变化进行预测。

3.8监测报警临界值

在工程监测中，每一项监测数据都有监控报警值，而这个监控报警值的确定是根据工程的实际情况、周边环境和设计计算书来确定的，监控报警值十一个重要的判定标准，是表示一定范围内的允许值，从而来判断基坑的安全性，以此来决定是否需要对已经设计好的施工方法进行调整，若是确实有问题，就需要立即处理。因此，必须事先对周边环境，地质情况和设计计算书进行充分研究，从而确定各种监控报警值，才能保证后续监测数据的顺利分析从而指导实际施工。

4 工程实例与分析

4.1地层概况

该项目地处长江三角洲南翼滨海平原，地基土均属第四系相松散沉积物，主要组成是粘性土、粉性土及砂土，其中与基坑围护结构设计有关的工程地质物理力学参数见表1。

4.2 基坑工程概况与监测

基坑平面形状为不规则多边形，基坑面积大概是13448 平方米 ，围护结构周长大概为 557 m。本工程一般区域(底板边线)的开挖深度为9.20 m，坑边集水井及电梯井处开挖深度10.20 m ～11.80 m。基坑大部分采用 SMW 工法加二道钢筋混凝土支撑、北侧局部采用钻孔灌注桩的围护形式，并且施加二道钢筋混凝土支撑。

根据工程实际，结合当地周边环境情况，需要监测围护墙顶变形，围护墙体变形，基坑外水位变化，选择合适的监测点，采用各种电子仪器进行监测。

4.3 数据分析处理

4.3.1 围护墙顶变形

仔细观察图 1，图2，可以看出本工程在基坑开挖过程中基坑围护墙顶的垂直位移与水平位移变形的情况，可以看到两者都没有达到警报值，分别达报警值(±20 mm) 的40%，30%。通过监测得到的结果，可以得到结论，在基坑挖土达到第二道支撑以下时，围护墙顶的垂直与水平位移变形都不算很大，处在可以接受的稳定范围之内。

4.3.2 围护墙体变形

观察图3，根据之前设计的警报值，再对比监测所得的数据，可以看出在基坑开挖过程中基坑围护结构墙体的最大侧向位移变形最大值可达其报警值(30 mm)的 70%。由此表明，该工程基坑围护结构墙体刚度在稳定范围之内，其侧向位移变形不打，可以认为安全。

4.3.3 基坑外水位变化

观察图4，随着开挖的进行，基坑周边的地下水位总体来说是在逐渐下降。注意到 SW7 孔水位的累计下降已超过报警值(1000 mm)。从监测结果可以看到，在局部地区水位下降过于严重，超过警报值，需要采取一定的措施。

4.4 工程结论和建议

该工程的围护墙顶的最大垂直与水平位移变化量始终保持在±6 mm以内， 地下水位监测点， SW7 孔超过报警值，其他测孔的地下水位基本都是在-1.0m以内，属于正常水平。

2)该工程基坑围护结构体系，第二道支撑以下刚度一般较低，当第三次挖土时，为尽可能减少围护墙深部变形幅度，应严格控制基坑围护墙向坑内方向水平位移变形对周边工程环境保护对象的变形影响。

3)建议在今后施工时应严格采取下列施工措施: a． 在第三次挖土时，应严格执行基坑降水

设计方案，务必将坑内地下水位降至开挖面 1.0m以下，以确保开挖前地基土有足够的强度;

b． 在第三次挖土时，应尽可能充分利用好基坑施工的时空效应。

5 结论

基坑开挖在考虑工期问题之时，首先需要考虑到的应该是不基坑本身的安全与稳定，若是没有这个必要前提，那么整个工程也就无法真正完成，必将造成不可挽回的人员与经济损失。

需要保证基坑施工的安全与稳定，不可避免地就需要运用到监测技术保护周边环境，营造良好的施工环境。

基坑开挖主要会引起的一些变形现象包括围护结构的变形、坑底隆起和深基坑周围地层移动。

基坑开挖会引起深基坑周围地层移动，主要是因为坑底的隆起和围护结构的位移，尤其需要注意的是明显的空间效应和时间效应。对基坑监测方案设计中的监测目的、监测设计原则、监测项目的确定、监测系统的布设、监测方法与仪器、监测数据处理、监测成果分析与评价、监测报警临界值等方面进行了较详细的论述并提出了自己的看法，并且论述了监测数据的分析处理的重要性。结合以上的研究成果，结合工程实际，对于得到的监测数据进行了分析与评价，并且与警报值进行了详细对比，从而指导基坑施工，为其提供了安全保障。

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翻译部分

中文译文

物理建模

当霜冻敏感的土壤遇到温度低于冰点的土壤孔隙水时，土体将转移到一种冻结状态。如2.3节所述，这个过程一直在多个实验进行了广泛的研究。在一般情况下，冰冻或冻土具有良好的物理特性和机械性能。

据一些研究人员的研究，在Harris(1993)， Andersland and Ladanyi(1994)和Jessberger and Jagow-Klaff (2001)，冻土的行为被认为比以前所认识的更强更硬。尽管水可能在部分冷冻区流动，但是冻土体依旧被认为是不透水的，特别是如果存在不同地层的冻土，它们可以阻断水的流通(MageauMorgenstern，1979)。由于这些原因，人工地层冻结(AGF)可以考虑作一种有效的改进措施。

一般在需要一个高水平的安全环境或地质条件比较困难或有相关建设要求的情况下，会采用人工地层冻结法。因为冻结土壤的有利物理特征和机械属性使这个应用成为可靠和对环境与精神都友好的施工方法。在2.1节中描述的强度增加性能是可以预料到的，因为冰矩阵土壤颗粒的聚集会增加凝聚力。此外，由于堵塞使得渗透率明显下降和流动路径的冰晶增长。这形成一个强大和不透水冻土的土体从而使得施工在安全的环境下工作。

然而，这些有利条件都伴随着一些缺点。由于在孔隙中存在地下水结冰，预计水的体积将增加9%，这将不可避免地导致土体表面的水平冻胀现象。一旦热平衡已经实现并保持一个较长的时间，冰透镜的形成和增长可能大大有助于总的隆起(Orth (1986年);Unold(2006))。这种不断推进的隆起称为次级冻胀是除了变形之外的主要部分。差分冻胀可能导致损伤，如图4-1a所示。此外，冰融化后的土体的有利影响在冻结过程的可能变成一个非常不利的土壤条件这是由于减少了在重要的解冻点的强度性能（见图4-1b）。

在冻土地区像阿拉斯加，加拿大和俄罗斯，冻土工程师应用不同类型的基础房屋、桥梁和其他结构以防止这些不利的情况(沃尔瑟姆，2009)。

预防基本膨胀变形结果是不可能的，因为水的相变是冷冻过程的主要特征。另一方面，在理论上有规律控制冻结温度可以减少甚至防止次级冻胀(周等人 。2009)。如5.3.5节中进行的描述，通过测试证明了这个结果。

第2和3章的文献综述已经很好地给出了对于冻结过程及其对土壤的影响的理解。然而，一些问题仍然没有得到解决或没有得到一个令人满意的回答。因此，为了找到这些问题的答案而进行了一些实验。实验方法是4.1节中给出的。在这部分制定了几个研究的问题。执行试验一个新的冻结需要安装新的设备，这是在4.2节中描述的。这个设置允许一维冰冻深度在任何类型的土壤渗透，，也会有μCT扫描检测的可能性和冰透镜与三轴测试的可能性。系统的性能和可靠性是在4.3节讨论的。实验给出的测试程序在4.4节，其次是一些基本的μCT扫描和三轴测试。最后一章是在4.7节。

4.1实验方法

尽管规定一定的理论方法并且遵循这种理论以最小化总冻胀，这种方法可能并不适用于实践中，某些建筑活动要求至少土壤平均温度的在土体和因此冻结的温度的限制范围内。在这种情况下冰透镜可能会形成。由于这个原因，本论文的目标之一是确定某些特征的形成和冰透镜的发展。在前两章的概述相关文献。基于执行的研究，到目前为止，这些项目的重点是在冻结过程中土体的变形行为。数值模型能够通过广泛的计算来预测土体变形这一过程中的每一个时刻。然而，这些模型在准确性上存在一些分歧，因为冰透镜形成过程的理论背景是不清楚的详细(见2.5节)。，包括物理和数值分析的变化机械性能的模型是更罕见的(Qi 等人 。，2006)。只有少量的人员已经挖到这个相对较新的话题，导致只有一个相当小的数据集，甚至不足以组成一个精确的数值模型。

文献综述已经很好地给出了对于冻结过程及其对土壤的影响的理解。然而，一些问题仍然没有得到解决或没有得到一个令人满意的回答。因此，本研究项目集中找到以下问题的答案:

冷边温度对于一个给定的温暖一面温度的影响是什么？

原始冻胀有望跟随时间的非线性发展，自温度剖面的发展呈现出非线性行为。最初的温度变化迅速，但后来当温度梯度变小，温度变化缓慢，最终达到热平衡。为了看到霜渗透速率的差异，其最终的深度，和平衡时间，多个样品进行了不同的冷端温度，- 5 - 10℃，和15℃。

次级冻胀是有限的吗？ 除了前面的话题，最有趣的是确定次级冻胀的最大限度和不同冷端温度随着时间的进展。

冻结渗透如何发展？

为了使力让在冻结前渗入土壤和形成冰透镜会让样品受到恒定的冷端温度。样品采用μCT扫描，在固定的时间间隔内扫描检查冻深，破碎和冰透镜的发展。冷冻后解冻的过程采用相同的方法。

是否有可能通过改变冷端温度的顺序影响冰透镜的增长可能？

周期性变化的冻结温度T c给出一个恒定的温暖的温度，最后的冰透镜的增长可以被限制。因为这个镜头是规范的次级隆起，这种方法应该能够限制总冻胀，提供振幅?T和周期?U冷端温度的正确选择。太小的值会导致没有或只是有限的增长，太大值导致在其他深度新的冰透镜形成（Zhou等人。，2009）。

冰透镜体的生长如何影响解冻的土壤的力学和物理性能？

任何土壤的物理和力学性能冻结之后会得到提高，但在某一点土壤会解冻。三轴试验确定了这些特性的变化，特别是软土的不排水抗剪强度和渗透性。

4.2实验装置

到目前为止一些研究已经进行了一维土壤的冻结（例如德国和摩根eigenbrod（1980）；（1996）；（1998）；viklander unold Zhou等人（2006）。（2009）；Pimentel等人。（2010））。在这些研究中使用的实验装置是本文系统设计最为基础的部分。图4-2给出的是新的简化的可视化设备。

简而言之，这个设置可以用于在冻结的底部加热提取样品(3)高质量的保温(7)保护的一维行为冻结的过程。冰晶体的生长是由储层(10)上提供的样品。由于冷冻安装实际的设计是比较复杂的，更详细的体现在在本节的其余部分。 4.2.1套管样品准备

土样测试是建立在一个圆柱形的有机玻璃套管(2)内喷灌和外直径分别为50毫米和60毫米。为了能够以最小的干扰的把土壤样品从套管取出，套管会在其整个长度200mm地方被切成两半。三个o型环使得两部分保持在一起是为了防止在冻结过程中试样的侧向膨胀。由于防止变形的土壤只能产生轴向膨胀，从而导致表面上的突起。

套管的水密性是通过一个乳胶套固定在套管上，防止孔隙水流动管外侧的两个部分走到一起。套筒的底部水紧紧地连接到一个圆柱形的50 mm直径和高度的30毫米的铜插头，如图4 - 3所示。这个插头的功能是双重的:(1)确保水密连接样本的底部(2)另一端套叠在管的上端与一个o形环的固定确保传输的热量从样品到冷冻剂。(见图4-4b)。 4.2.2样品容器

样品是由μCT扫描仪于另一个房间扫描，这在运输过程中防护措施所必要的。这些都是由这是由两层装置URSA XPS保温(7)总尺寸是194 mm x 194 mm x 194 mm(长x宽x高)套管样品，由木底(6)，中间(8)和顶板(9)组成。高质量绝缘导热系数为0.034 W /(m·K)，导致在绝缘最低的地方68毫米厚度的最小热阻R为2.00(m 2·K)/ W

样品管和绝缘放在底板组成的多胶合板盘子的尺寸为194mm X 194mm×30mm的圆形开口中间，创造空间的铜插在样品的底部外壳。与尺寸相同的两胶合板顶板防止套管轴向移动坚决按XPS块底板最小化空气间隙。顶部和底部板固定用四个M6螺栓。样品容器的最终尺寸194mm x 194mm x 245mm（长x宽x高）。 4.2.3 .冷冻剂

为了使土样温度在冰点以下，一些热量在最初提出的样品中必须被删除。重要的是，要移除热量，比热容，最初和最后的温度，是材料被冻结，。对于有限尺寸的样品，传统机械冻结单位完全可以提供足够的冷却能力的。因此，一个使用小热电热泵(4)(参见图4-6a)，它是利用珀尔帖效应的效果。珀尔帖效应由两施加电压产生温度差连接到半导体材料样品电极。必要时在小范围内将热量从一种介质转移到另一个这种现象可能是有用的。在珀尔帖效应的设备中，电极通常由具有优良的导电性金属。电极之间的半导体材料之间产生不同的两路口材料，产生一对热电偶。电压是应用于电极压力使得电流通过半导体，热能流动的电荷载

体。

单个模块的尺寸是相当小的:这个使用的元素被设置为50毫米x 50 毫米 x 3.5毫米。每个单一的元素连接到自己的电源，从而体现该元件两侧之间的温度差。只要冻结温度高于电荷20结合10 A的电流被施加到元件上所需的最低温度，导致在该元件的两侧达到68℃温差。但在实际观察实践工作中最大温差46℃，虽然底部样品的实际冻结温度由于高几从而导致在珀尔帖元件和样品接触点之间的效率损失更多细节解释在4.3节。此外，实际温度取决于由于表面缺陷在散热器/珀尔帖效应和接口铜塞/珀尔帖效应的效率损失。因此，两个接口是提供热热复合导热系数为0.9 W /(m·K)增加的热量用来提高样品底部通过铜塞和系统的效率。如果温度低于所需温度、珀尔帖效应元件将由软件控制自动关闭电源。通过计算机实时温度监控测量了底部带有温度传感器的样品。

为了得到在珀尔帖效应下冷冻侧的冷冻温度，热侧会连接到散热器（5）进行有效率的散热。考虑到200 W的高通量要删除，所以需要高耐热性的冷却剂热阻。0.05℃/ W的电阻被应用于约-20℃温度的水冷散热器(见图4-6b)，从而对环境温度增加10℃。为了提高系统样品的有效性样品被冻结的人工气候室的恒定的温度约为13.4℃。在此设置中一个200 W珀尔帖模块就足以达到所需的温度然而在样品中，多个元素的连接会得到更大的冻结样本。应该强调的是散热器的故障将导致珀尔帖元件的自我毁灭，因为模块内的温度失控了。因此，如果温度将超越一个特定的预定义极限值，前面提到的软件也将关闭系统。

原则上可以获得所需的冷边的温度设置。然而，事实上由于模块结合使得高电流反复开启和关闭，一段时间后，模块可能因此变坏。因此，是在电源和模块之间放置一个电阻器以减少模块的负载。 4.2.4 主要站

主站作为冻结单位的基础板和对样品容器提供保护。冻结单位连接到一个木质底板，其尺寸为320 mm x 300 mm x 18 mm。板中间的木头块可以对散热器的抽油机提供支持。该风机底座固定在板的背面。六个容器彼此之间的距离可以消除其他干扰波对样品的测量(见图4)。

每个样品的冻胀测量通过三丰公司绝对电子数显ID-C 543 - 494 b指标来测量，这是挂在一个金属支架上除了主要地位站期间的为了减少干扰的样品容器之一。有些隆起的测量是通过一个简单的指标直接连接到数据记录器进行连续测量。为了防止指标渗透到上层的解冻土层，将薄的轻量级不锈钢板的样品放在第一位。尽管金属板对于水流入和流出来说很小，但是对于传播负载指标已经足够了。