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      地鐵圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

      2017-12-12 22:03:20喻青儒宋虎
      中國科技縱橫 2017年21期
      關(guān)鍵詞:圍護結(jié)構(gòu)車站基坑

      喻青儒+宋虎

      摘 要:地鐵圍護結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段,圍護結(jié)構(gòu)的形式往往取決于地質(zhì)情況、安全風(fēng)險、經(jīng)濟合理、工期可靠以及可實施性來進行考慮。為保證地鐵圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工的科學(xué)合理、經(jīng)濟可靠,在設(shè)計或施工階段進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是有必要的。

      關(guān)鍵詞:圍護結(jié)構(gòu);地連墻;鉆孔灌注樁

      中圖分類號:S611 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-2064(2017)21-0096-03

      地鐵車站是一條地鐵線路最為重要的組成部分,合理的設(shè)計往往會對施工安全和社會效益提供比較直觀的效果。一個地區(qū)周邊環(huán)境的復(fù)雜性、施工的經(jīng)濟合理性以及基坑安全性等因素決定了地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式。國內(nèi)地鐵圍護結(jié)構(gòu)的形式有許多種,主要形式有放坡支護、地連墻、鉆孔灌注樁、SMW工法墻、咬合樁等形式,隨著工程建設(shè)水平的不斷發(fā)展以及安全要求越來越高,圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性能也越來越高。

      基坑的圍護結(jié)構(gòu)主要承受基坑開挖卸荷所產(chǎn)生的土壓力和水壓力,并將此壓力傳遞給支撐,是穩(wěn)定基坑的一種擋墻結(jié)構(gòu)。在設(shè)計階段,圍護結(jié)構(gòu)的形式往往取決于地質(zhì)情況、安全風(fēng)險等級、經(jīng)濟合理、工期可靠以及可實施性來進行考慮。

      本文以佛山軌道交通2號線其中一個車站為實例,主要探討研究地鐵圍護結(jié)構(gòu)幾種主要形式比對的相關(guān)內(nèi)容,總結(jié)該車站在優(yōu)化設(shè)計方面的經(jīng)驗,并為今后同類型地質(zhì)條件及相似外部因素的情況下提供一定的參考與借鑒。

      1 工程概況

      本文選取佛山地鐵2號線石灣站圍護結(jié)構(gòu)作為研究對象,該車站位于佛山市禪城區(qū)石灣公園旁,車站為兩層島式結(jié)構(gòu),總長度為329.788m,基坑深度約為16.1m~18.8m。根據(jù)地質(zhì)勘探揭示該處的原始地貌為丘陵地段,站址部分位于低矮山丘,部分區(qū)域基巖較高(如圖1)。

      本站點地質(zhì)從上至下主要為人工填土、粉砂(部分軟土)、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖等。站址地下水類型主要是第四系松散層空隙水和基巖裂隙水,地下水位較高,受佛山地區(qū)降雨量影響,補充水系發(fā)達,尤其是雨季降水量對地層含水量影響較大。

      2 圍護結(jié)構(gòu)比選

      2.1 方案初步選擇(如表1)

      根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-2012規(guī)定及廣東省相關(guān)技術(shù)要求,本車站基坑變形控制保護等級為一級。一級基坑支護結(jié)構(gòu)一般采用:地下連續(xù)墻、人工挖孔樁、鉆孔灌注樁等。支護結(jié)構(gòu)的選擇主要取決于車站所處站位、周圍環(huán)境、地下管線及地質(zhì)條件。

      綜合考慮車站基坑規(guī)模、所處環(huán)境、地質(zhì)及水文條件、施工安全,本站擬采用地下連續(xù)墻作為車站圍護結(jié)構(gòu),地下連續(xù)墻止水效果好,整體性好,有利于周邊建筑物安全及控制地面沉降。然而,中風(fēng)化巖層中地連墻施工成孔效率低下,考慮投資和工期籌劃等因素,將對本站采用鉆孔灌注樁+旋噴樁止水作為車站圍護結(jié)構(gòu)進行進一步比選。

      2.2 優(yōu)化方案設(shè)計

      根據(jù)地連墻及圍護樁兩種優(yōu)化方向的選擇,在安全、經(jīng)濟及工效等方面進行分析,得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)來進行圍護結(jié)構(gòu)施工圖的優(yōu)化工作,并指導(dǎo)現(xiàn)場的施工。

      方案一設(shè)計情況概述:

      第一種方案為地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)形式,設(shè)計地連墻厚度為標(biāo)準(zhǔn)0.8m,標(biāo)準(zhǔn)幅寬度為6m,墻體材料為C30水下混凝土。圍護結(jié)構(gòu)嵌固深度為0.2H(H為基坑深度),冠梁尺寸為0.8m×0.8m,支撐為1道砼支撐+2道鋼支撐。

      方案二設(shè)計情況概述(比選方案):

      第二種方案為旋挖樁(旋噴樁止水帷幕)+內(nèi)支撐的形式,鉆孔樁樁徑為1m,樁間距為1.2m,鉆孔樁材料為C30水下混凝土。樁間旋噴樁采用600@450mm咬合式進行止水,樁底伸入到不透水層為止?;拥闹卧O(shè)計與方案一基本一致。

      2.3 方案對比分析

      2.3.1 結(jié)構(gòu)安全性能驗算比對

      計算的方式方法:(1)計算分析采用荷載-結(jié)構(gòu)模式,模擬施工及回筑階段結(jié)構(gòu)的受力及變形特點。圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力按彈性地基桿系有限元法計算分析,模擬開挖、支撐的實際施工過程。(2)圍護結(jié)構(gòu)采用荷載結(jié)構(gòu)模式,按荷載"增量法"進行計算。(3)圍護結(jié)構(gòu)僅作為臨時基坑支護用。(4)圍護結(jié)構(gòu)滿足整體穩(wěn)定性、抗滑移、抗傾覆、及基底土體的抗隆起和抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算要求。(5)計算分析對象為縱向每延米的連續(xù)墻,并選擇最不利位置(側(cè)土壓最大處)進行計算。

      依據(jù)詳細勘察階段巖土工程勘察報告的結(jié)果和參數(shù),選取標(biāo)準(zhǔn)段對基坑支護相對不利的地勘鉆孔進行計算。(如圖2、圖3)

      根據(jù)計算結(jié)果發(fā)現(xiàn),在該種地質(zhì)條件下,地連墻與鉆孔樁在受力及安全穩(wěn)定方面均能滿足車站結(jié)構(gòu)在最不利情況下的施工需求。

      2.3.2 止水效果

      因該站點臨近周邊建構(gòu)筑物,對地表沉降控制要求非常高,圍護結(jié)構(gòu)的止水效果與地表沉降緊密關(guān)聯(lián)。地連墻形式的圍護結(jié)構(gòu)連接緊密,止水效果較好。鉆孔樁加止水樁的形式止水效果主要依靠樁間的止水效果,在實際施工過程中可能因?qū)Φ刭|(zhì)判斷不準(zhǔn)有可能在夾層位置存在止水效果較差的情況。實際施工過程種,兩種圍護結(jié)構(gòu)形式均有可能出現(xiàn)漏水的情況,但漏水的情況均能夠在后續(xù)土方開挖過程中進行解決,對周邊影響可以減到最小。

      2.3.3 工期比較(如表2)

      按照以往工程及同類型工程經(jīng)驗,地下連續(xù)墻施工采用“液壓抓斗成槽機+沖擊鉆孔機”組合模式時,針對巖面以上的粉細砂、粘土層,采用液壓抓斗成槽機,成槽速度:0.5幅/天/組;針對<6>、<7>、<8>號全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化巖層,采用沖擊鉆孔機,成槽速度:0.5幅/天。鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆機時,成孔速度:3~4孔/天/機。

      2.3.4 造價對比(如表3)

      方案一總價:3467.9萬;方案二總價:3240.2萬;方案二造價減少227.7萬。

      3 結(jié)語

      (1)通過對各種指標(biāo)的對比分析,在該站點地質(zhì)條件總體較好,從安全可靠、經(jīng)濟最優(yōu)以及工效等方面綜合考慮,選擇第二種圍護結(jié)構(gòu)體系更能體現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的理念。(2)該站點圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的成果,在后續(xù)同類型地質(zhì)條件及周邊環(huán)境下的地鐵車站及民用建筑基坑設(shè)計中有可借鑒的意義。(3)不同施工工藝對工效的影響非常大,工效分析應(yīng)根據(jù)實際條件、周邊環(huán)境以及投入的設(shè)備性能綜合進行總結(jié)比對。目前鉆孔樁以及地連墻施工的設(shè)備有多種,對于不同地層選取不同的設(shè)備應(yīng)做充分的論證和分析。(4)圍護結(jié)構(gòu)體系主要是來保證土體的壓力及水土的流失不對基坑及周邊建構(gòu)筑物造成安全方面的影響,優(yōu)化設(shè)計過程中應(yīng)對支撐體系及基坑土體中水的流失進行合理的設(shè)計。(5)投資項目中設(shè)計優(yōu)化工作對節(jié)省投資來說是一項系統(tǒng)的工作,對管理者來說應(yīng)有充分的認識,并促進投資項目的健康發(fā)展。

      參考文獻

      [1]劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997,18-23.

      [2]楊龍才,周順華.南京某地鐵深基坑圍護結(jié)構(gòu)方案的比選研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2006,2(3):453-458.

      [3]張新,連長江.明挖地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[J].廣東建材,2009,25(6):25-26.endprint

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