济南西客站市政配套工程站前广场基坑工程设计优化研究研究报告委托单位：济南市勘察测绘研究院完成单位：山东大学完成地点：济南完成时间：2010年8月课题负责人：徐帮树主要完成人：徐帮树刘日成王育奎蔚立元公铭报告编写人：刘日成、王育奎报告审核人：徐帮树目录第一章绪论 (4)1.1 研究依据 (4)1.2 工程概况 (4)1.3 场地工程环境 (5)1.4 周边施工影响 (5)1.5 工程地质与水文地质条件 (5)1.5.1 工程地质条件 (5)1.5.2 地形地貌及水文地质条件 01.6 支护体系（详见施工图） 01.7 降水设计（详见施工图） (2)1.8 研究内容 (4)第二章计算原理 (6)2.1 FLAC3D计算原理 (6)2.2 FLAC3D优点 (7)2.3 FLAC3D的本构模型 (8)2.4 FLAC3D计算中的问题 (9)2.5 渗流原理 (10)2.6 锚杆单元原理 (13)第三章支护方案变形规律研究 (16)3.1 计算目的 (16)3.2 计算说明 (16)3.3 方案一 (20)3.4 方案二 (28)3.5 方案一和方案二对比分析 (34)3.6 方案三 (35)3.7 方案四 (42)3.8 方案三和方案四对比分析 (47)3.9 方案五 (49)3.10 本章小节 (56)第四章降水设计方案优化研究 (58)4.1 降水方案设计概况（初步设计） (58)4.2 研究内容 (58)4.3 计算方案 (59)4.4 计算参数及范围 (59)4.4.1 计算范围 (59)4.4.2 网格划分 (60)4.4.3 计算参数 (61)4.4.4 边界条件 (61)4.5 计算结果及分析 (62)4.5.1 每种工况下的降水漏斗曲线 (62)4.5.2 不同工况下的相同观测点地下水位值对比曲线 (66)4.5.3 不同工况下的渗流矢量与孔隙水压力云图 (67)4.6 本章小节 (74)第五章总结 (75)附表各种工况下的关键点地下水位值 (77)附表1 不设止水帷幕时各观测点地下水位值（m） (77)附表2 止水帷幕深18m时各观测点地下水位值（m） (79)附表3 止水帷幕深21m时各观测点地下水位值（m） (81)附表4 止水帷幕深24m时各观测点地下水位值（m） (83)附表5 止水帷幕深27m时各观测点地下水位值（m） (85)附表6 止水帷幕深30m时各观测点地下水位值（m） (87)第一章绪论1.1 研究依据（1）济南西客站站前广场岩土工程勘察报告（初勘），济南市勘察测绘研究院，2009年5月。
（2）济南市西客站站前广场深基坑工程初步设计文件，济南市勘察测绘研究院，2009年8月。
（3）《济南市西客站站前广场深基坑降水方案设计优化研究》合作意向书，济南，2010年4月。
（4）《济南西客站站前广场基坑工程方案设计优化研究建议书》，济南市勘察测绘研究院和山东大学岩土与结构工程研究中心，2010年3月。
（5）关于《站前广场基坑工程方案设计优化研究建议书》的意见，济南西客站市政配套工程设计总体组——山东省建筑设计研究院，2010年4月。
（6）《济南西客站站前广场抽水试验报告》，济南市勘察测绘研究院，2009年9月。
（7）《西客站片区场站一体化（站区配套设施）工程东广场基坑边坡支护》，济南市勘察测绘研究院，2010年7月。
（8）《西客站站前广场基坑工程地下水控制》，济南市勘察测绘研究院，2010年6月。
1.2 工程概况济南西客站是京沪高铁沿线五个始发站之一，济南西客站市政配套工程是济南市为配合高铁站正常使用而配套建设的工程。
该项目包括东广场地下工程、过街地道工程、北综合体、南综合体、人防工程、轨道交通1、6号线土建预留工程等单体工程，共同形成站前广场，南北长约470 m，东西长约346 m，位于站西路以东，济西东路以南，站东路以西，站前路以北的围合区域。
站前广场基坑工程挖深大部分13m，北区酒店综合楼双塔和南区高层办公楼区域挖深15.9m，预埋地铁1号线挖深16.61m～21.41m，基坑支护范围约470m×350m。
根据建设单位开工安排，基坑开挖前南、北广场清除自然地面下约1.5m填土，地铁1#线外伸段部分清除2.0m填土，填土清除范围为基坑开挖上口线外扩一倍基坑开挖深度，因此基坑边坡支护结构按挖深12.5m～15.0m设计。
本设计为东广场基坑工程的支护结构设计。
1.3 场地工程环境站前广场西侧紧邻京沪高铁主站房，主站房西侧为高铁路基。
站前广场西侧预留济南轨道交通6号线地下结构外墙距高铁路基约为85m，站前广场西南角距拟建公交枢纽约为50m。
其余各侧均为拆迁场地，无地下管线和既有建（构）筑物。
1.4 周边施工影响2011年3月31日济南轨道交通1、6号线预埋工程与站前广场同时达到±0.000标高，意味济南轨道交通1、6号线预埋工程与站前广场同时建设。
据了解，2010年5月公交枢纽开工，站前广场建设将与公交枢纽基坑同时施工。
2010年8月高铁路基铺轨，自2010年8月站前广场建设期间需保证高铁路基"零沉降"。
1.5 工程地质与水文地质条件1.5.1 工程地质条件勘区地层上部为第四系全新统河流冲积成因的软可塑粘性土、局部夹中、粗砂、卵石土，下部为第四系更新统山前冲洪积成因的粘性土，夹砂土及卵石土，钻探深度范围内地层可分为9层，自上而下分述如下：①填土：分布于场地表层，分为素填土（①层）和杂填土（①1层）。
①素填土：黄褐色，可塑，湿，含少量砖屑、灰渣。
主要分布于该层中下部。
①1杂填土：杂色，成分主要为建筑垃圾，砖块、灰渣等，结构松散，位于该层上部。
层厚：0.50～6.20 米，层底标高： 24.26～30.06米。
②粉质粘土：褐黄色，局部黄褐色，可塑，湿，含铁锰氧化物，无摇振反应，刀切面较光滑，干强度和韧性中等。
层厚：0.40～5.00 米，层底深度：1.20～5.50米，层底标高： 21.61～25.11米。
③粉土：褐黄色，中密，湿，含氧化铁斑点，摇振反应迅速，刀切面粗糙，干强度和韧性低。
层厚：0.30～4.30米，层底深度：2.50～7.80米，层底标高： 22.69～28.49米。
④粉质粘土：褐黄色、灰黄色，可塑，湿，含铁锰氧化物，无摇振反应，刀切面较光滑，干强度和韧性中等。
层厚：3.40～9.90 米，层底深度：7.30～13.90米，层底标高： 17.44～21.56米。
⑤粉质粘土：浅棕黄色，可塑，湿，含铁锰氧化物，少量姜石，无摇振反应，刀切面较光滑，干强度和韧性中等。
该层内主要有4个亚层，分述如下：⑤1粉质粘土：灰黄色，可塑，含铁锰氧化物、少量姜石，无摇振反应，刀切面较光滑，干强度和韧性中等；局部地段姜石含量可达15～25%,为粉质粘土混姜石。
⑤2砂层：主要为中砂，浅棕黄色，中密，矿物成分为石英、长石，局部为中密粗砂、卵石土。
砂层中局部地段为砂粒钙质胶结砂岩，钻探取样呈碎块或短柱状。
⑤3粘土：浅棕黄色，可～硬塑，湿，含铁锰氧化物，少量姜石，无摇振反应，刀切面光滑，干强度和韧性高。
⑤4泥钙质胶结砾岩：浅棕黄色，呈泥钙质胶结，钻探岩芯呈碎块状或短柱状，零星分布。
层厚：11.50～20.80 米，层底深度：22.00～31.00米，层底标高： -0.83～8.23米。
⑥粘土：浅棕黄色，硬塑，湿，含铁锰氧化物及其结核，少量姜石，无摇振反应，刀切面光滑，干强度和韧性高。
该层内主要有2个亚层，分述如下：⑥1粉质粘土：浅棕黄色，硬可塑，湿，含铁锰氧化物，无摇振反应，刀切面较光滑，干强度和韧性较高。
⑥2砾岩：浅棕黄色～棕黄色，泥、钙质胶结，钻探岩芯呈硬块状。
层厚：1.60～10.00米，层底深度：29.00～34.50米，层底标高： -4.48～根据周边类似基坑施工经验，结合基坑规范规程及相关文献，考虑全封闭止水帷幕内土层的降水作用和勘察报告土层相关指标的实验方法，经与勘察单位协调沟通，将土层抗剪强度指标标准值（粘聚力C、内摩擦角φ）上调10%，作为基坑支护设计力学参数：1.5.2 地形地貌及水文地质条件拟建场地位于黄河、小清河冲积平原的边缘相，场地以北有小清河，以东有腊山河。
整个场地地形开阔，地势较平坦，勘探期间测得场地自然地面标高为29.35～31.04米。
场区水文地质单元位于西郊玉符河隐伏冲积扇前缘砂、砂砾石富水区。
地下水类型为第四系孔隙潜水。
主要由大气降水和地下水渗流补给。
勘探期间属平水期，在钻孔中测得地下水静止水位埋深3.40～4.76米，相应标高25.67～26.50米，水位随季节性变化较大，变化幅度1.00～2.00米。
1.6 支护体系（详见施工图）（1）北、南广场基坑支护1-1剖面：挖深约12.5m，1:0.8放坡。
采用分阶放坡的土钉墙支护型式，设置五道土钉，挂网喷砼；加强段采用预应力锚杆和土钉墙结合的复合土钉墙支护，设置二道土钉、三道预应力锚索，挂网喷砼；（2）北区酒店综合楼双塔和南区高层办公楼区域、预埋地铁1号线外伸端南北侧2-2剖面：挖深约15.0m，1:0.8放坡。
采用分阶放坡的土钉墙支护型式，设置六道土钉，挂网喷砼；加强段采用预应力锚杆和土钉墙结合的复合土钉墙支护，设置二道土钉、四道预应力锚索，挂网喷砼；（3）预埋地铁1号线外伸端东侧（横穿站东路，邻近临时道路）3-3剖面：挖深约15.0m，1:0.5放坡。
采用预应力锚杆及土钉墙结合的复合土钉墙支护，设置七道土钉、三道预应力锚索，挂网喷砼；（4）预埋地铁1号线站前广场内的基坑，在站前广场开挖深度12.5m的基础上，再下挖2.61m～7.41m，采用1:0.4～1:1坡率，挂网喷砼，见剖面设计4-4、5-5、6-6；（5）预埋地铁6号线站前广场内的结构，与站前广场同步建设，地铁6号线地下工程施工形成的一阶基坑东侧边坡将挖除，南、北侧将与站前南、北广场基坑边坡连接。
保留先期施工一阶基坑南、北侧部分边坡，按1：1.5坡率挖除南、北两侧一阶基坑形成的边坡，挂网喷砼。
（6）主要结构材料水泥--P.042.5普通硅酸盐水泥钢筋--φ：HPB235 强度标准值fyk=235N/mm²Ф：HRB335 强度标准值fyk=335N/mm²：HRB400 强度标准值fyk=400N/mm²钢绞线--φs15.2 强度标准值fptk=1860N/mm²锚孔注浆材料--水泥浆，强度不低于M20喷射混凝土--强度等级C20（7）主要参数1）土钉土钉长度6.0～15.0m，钻孔直径130mm，杆体材料20、28。
取六根土钉做基本实验，获取土钉承载力设计值。
2）预应力锚杆（索）锚杆长度12.0～15.0m，钻孔直径150mm，杆体材料φs15.2（钢绞线）。