朱益龍 閆小杰 徐乃芳
(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司,浙江 寧波 315000; 2.中國(guó)電建集團(tuán)華東院勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 寧波 315000)
連續(xù)墻支護(hù)一般采用鋼絲繩和液壓抓斗成槽設(shè)備,也有用多頭鉆和切削輪式成槽設(shè)備的。槽段采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁灌注水下混凝土使其形成混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)。為加強(qiáng)支護(hù)能力一般采用鋼橫撐和錨桿拉緊連續(xù)墻共同受力的方式。連續(xù)墻不僅能承受較大的荷載同時(shí)具有隔水的作用。
以地下3層站車站為例,主體結(jié)構(gòu)形式為雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)外皮寬22.1 m,車站覆土埋深約為3.0 m。車站主體挖深約25.69 m,車站底板主要落于④2b黏土層。采用明挖順作法施工,各層土質(zhì)參數(shù)詳見(jiàn)表1。
表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)
設(shè)計(jì)荷載:
結(jié)構(gòu)自重:鋼筋混凝土重度:γ=25 kN/m3;
水平壓力:水平壓力施工階段對(duì)于黏性土地層采用水土合算,對(duì)于砂性土地層采用水土分算;使用階段均按水土分算。基坑周邊的地面超載按30 kPa計(jì)。
以最不利端頭井的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和施工數(shù)據(jù)為例。
端頭井圍護(hù)型式為1 000 mm厚地下連續(xù)墻,采用明挖順作法施工,其中第一道和第五道采用鋼筋混凝土支撐,支撐之間的間距為9 m;第二道和第四道鋼支撐以及換撐采用φ609壁厚16 mm鋼支撐,鋼支撐之間的間距為3 m,第三、六、七道鋼支撐采用φ800壁厚16 mm鋼支撐,支撐間距為3 m,使用啟明星計(jì)算軟件模擬基坑受力情況,建立計(jì)算模型(如圖1所示)。
圖中土體的各項(xiàng)參數(shù),如粘聚力、內(nèi)摩擦角等相對(duì)應(yīng)于表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行折減0.9計(jì)算。
坑底抗隆起計(jì)算模型如圖2所示。
下滑力:7 988.5 kN/m;
抗滑力:15 475.7 kN/m;
每延米墻體抗滑力:0.0 kN/m;
安全系數(shù):2.19,要求安全系數(shù):2.2。
墻底抗隆起計(jì)算模型如圖3所示。
坑內(nèi)側(cè)向外25.7 m范圍內(nèi)總荷載:26 921.3 kN/m。
驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力:29.5 kPa;內(nèi)摩擦角:13.4°。
安全系數(shù):2.48,要求安全系數(shù):2.5。
整體穩(wěn)定計(jì)算模型如圖4所示。
滑?。簣A心(8.12 m,-0.00 m),半徑:55.75 m,起點(diǎn)(-47.63 m,0.00 m),終點(diǎn)(57.60 m,25.69 m),拱高比0.785;
下滑力:12 473.51 kN/m;
土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力:17 202.74 kN/m;
土釘/錨桿抗滑力:0.00 kN/m;
樁墻的抗滑力:0.00 kN/m;
安全系數(shù):1.34。
坑底抗隆起計(jì)算模型如圖2所示。
下滑力:8 481.5 kN/m;
抗滑力:16 643.0 kN/m;
每延米墻體抗滑力:0.0 kN/m;
安全系數(shù):2.22,要求安全系數(shù):2.2。
墻底抗隆起計(jì)算模型如圖3所示。
坑內(nèi)側(cè)向外25.7 m范圍內(nèi)總荷載:27 897.5 kN/m;
驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力:29.5 kPa;內(nèi)摩擦角:13.4°;
安全系數(shù):2.53,要求安全系數(shù):2.5。
整體穩(wěn)定計(jì)算模型如圖4所示。
滑?。簣A心(6.88 m,-0.00 m),半徑:57.54 m,起點(diǎn)(-50.67 m,0.00 m),終點(diǎn)(58.37 m,25.69 m),拱高比0.792;
下滑力:13 030.63 kN/m;
土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力:18 380.49 kN/m;
土釘/錨桿抗滑力:0.00 kN/m;
樁墻的抗滑力:0.00 kN/m;
安全系數(shù):1.36。
坑底抗隆起計(jì)算模型如圖2所示。
下滑力:7 988.5 kN/m;
抗滑力:14 663.8 kN/m;
每延米墻體抗滑力:0.0 kN/m;
安全系數(shù):2.04,要求安全系數(shù):2.2。
墻底抗隆起計(jì)算模型如圖3所示。
坑內(nèi)側(cè)向外25.7 m范圍內(nèi)總荷載:26 921.3 kN/m;
驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力:27.9 kPa;內(nèi)摩擦角:12.7°;
安全系數(shù):2.34,要求安全系數(shù):2.5;
起點(diǎn)(-47.60 m,0.00 m),終點(diǎn)(57.65 m,25.69 m),拱高比0.785。
整體穩(wěn)定計(jì)算模型如圖4所示。
滑弧:圓心(8.16 m,-0.00 m),半徑:55.76 m;
下滑力:12 472.89 kN/m;
土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力:16 212.65 kN/m;
土釘/錨桿抗滑力:0.00 kN/m;
樁墻的抗滑力:0.00 kN/m;
安全系數(shù):1.3。
坑底抗隆起計(jì)算模型如圖2所示。
下滑力:8 481.5 kN/m;
抗滑力:15 790.0 kN/m;
每延米墻體抗滑力:0.0 kN/m;
安全系數(shù):2.18,要求安全系數(shù):2.2。
墻底抗隆起計(jì)算模型如圖3所示。
坑內(nèi)側(cè)向外25.7 m范圍內(nèi)總荷載:27 897.5 kN/m;
驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力:27.9 kPa;內(nèi)摩擦角:12.7°;
安全系數(shù):2.39,要求安全系數(shù):2.5。
整體穩(wěn)定計(jì)算模型如圖4所示。
滑?。簣A心(6.91 m,-0.00 m),半徑:57.55 m,起點(diǎn)(-50.64 m,0.00 m),終點(diǎn)(58.40 m,25.69 m),拱高比0.792;
下滑力:13 029.58 kN/m;
土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力:17 337.53 kN/m;
土釘/錨桿抗滑力:0.00 kN/m;
樁墻的抗滑力:0.00 kN/m;
安全系數(shù):1.32。
1)基坑安全等級(jí)為一級(jí),車站基坑變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí),重要性系數(shù)1.1。
2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)力和變形計(jì)算,可沿區(qū)間縱向取單位長(zhǎng)度按彈性地基梁計(jì)算,坑內(nèi)開(kāi)挖面以下地層對(duì)墻體的約束采用一系列彈簧支座模擬。
3)地面最大沉降量不大于0.1%H(H為基坑開(kāi)挖深度),圍護(hù)墻最大水平位移不大于0.14%H,坑底抗隆起Ks≥2.2,墻底抗隆起系數(shù)不小于2.5。
對(duì)上述各個(gè)工況的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總,同時(shí)和規(guī)范所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比,詳見(jiàn)表2。
表2 計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)
實(shí)際工程中對(duì)于擾動(dòng)土并沒(méi)有明確的計(jì)算方法,本文采用對(duì)土體參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p的方法,來(lái)模擬實(shí)際工程中已經(jīng)擾動(dòng)的土體,并通過(guò)加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗土體的擾動(dòng),通過(guò)同濟(jì)啟明星的計(jì)算結(jié)果和原工程數(shù)據(jù)的比較得出以下結(jié)論:1)擾動(dòng)土體對(duì)工程有很大的影響,通過(guò)加長(zhǎng)地墻,一定程度上可以加強(qiáng)基坑的穩(wěn)定性和安全性,但在實(shí)際工程中需要考慮工程造價(jià)和實(shí)際施工的難度,并不能無(wú)限制的加長(zhǎng)地墻長(zhǎng)度;2)在計(jì)算的過(guò)程中沒(méi)有考慮到“窄坑效應(yīng)”,需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步的確定土體的特征,來(lái)確定最優(yōu)的地墻插入比。