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        上海地鐵內(nèi)江路站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2013-09-04 01:46:14李曙光劉志祥
        關(guān)鍵詞:路站端頭圍護(hù)結(jié)構(gòu)

        李曙光,劉志祥

        (1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院,鄭州 450001;

        2.北京康順通工程項(xiàng)目管理有限公司,北京 100176)

        1 工程概況

        上海市軌道交通12號線內(nèi)江路站位于楊浦區(qū)愛國路與規(guī)劃長陽路交叉路口東側(cè),呈東西向布置,車站全長164.4 m。站位為棚戶拆遷區(qū)(圖1),場地東北側(cè)距1號出入口附屬結(jié)構(gòu)21 m外有白洋淀綠苑小區(qū)7層磚混結(jié)構(gòu)樓房1幢;西南方向距3號出入口附屬結(jié)構(gòu)23 m外有建設(shè)新苑小區(qū)14層框架結(jié)構(gòu)樓房1幢;緊鄰站位東側(cè)有白洋淀地下人防工程1處;沿既有愛國路有φ800 mm鋼筋混凝土雨水管1根、φ150 mm和φ300 mm鑄鐵給水管各1根,管線距離車站約10 m。

        圖1 內(nèi)江路站平面位置

        車站主體采用雙柱三跨地下兩層結(jié)構(gòu),4個(gè)附屬外掛為地下一層(局部設(shè)電纜夾層)結(jié)構(gòu),根據(jù)車站總體布置情況,確定施工順序?yàn)?先施作主體結(jié)構(gòu),后施作附屬結(jié)構(gòu)。主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段深約17.5 m、寬21.5 m,端頭井深19.4 m、寬24.6 m,基坑保護(hù)等級為二級;4個(gè)附屬基坑深約11 m,4號附屬基坑局部因設(shè)置電纜夾層深約12.5 m,基坑保護(hù)等級均為二級。

        站位緊臨黃浦江,場地內(nèi)地層主要為流塑狀淤泥質(zhì)黏土(圖2),地下水位埋深約1 m,其中⑦1層為承壓水層,承壓水水位埋深3.0~11.0 m,并呈幅度不等的周期性變化。

        圖2 站位地質(zhì)剖面(單位:m)

        內(nèi)江路站基坑較深,地質(zhì)條件極差。參照上海地區(qū)類似工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[1-3],該車站主體基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的設(shè)計(jì)方案,內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用疊合墻體系,即地下連續(xù)墻在基坑施工期間作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),在后期使用階段和內(nèi)襯墻一起作為主體受力結(jié)構(gòu)。附屬基坑采用樁+內(nèi)支撐的支護(hù)體系。

        2 主體基坑設(shè)計(jì)

        2.1 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)計(jì)算

        車站主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約17.5 m,寬約21.5 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻,400 mm厚內(nèi)襯墻,初擬連續(xù)墻插入比為0.85,墻趾位于⑦1層。基坑豎向設(shè)置5道內(nèi)支撐,其中第1道為800 mm×800 mm鋼筋混凝土支撐,其余4道為φ609 mm(t=16 mm)鋼管支撐;橫向按照混凝土支撐間距約6 m、鋼支撐間距約3 m的原則布置。

        根據(jù)疊合墻的受力特點(diǎn),對于地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)在基坑開挖階段采用總量法計(jì)算,在內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑階段采用內(nèi)力增量分步疊加法計(jì)算,另考慮各種工況下疊合墻體系的內(nèi)力包絡(luò)值對連續(xù)墻和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。場地土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

        表1 場地土層物理力學(xué)指標(biāo)

        對地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)施工階段的受力分析,采用SAP84有限元程序建立荷載-結(jié)構(gòu)模型,并取表1中固結(jié)快剪 c、φ 值的0.7 倍進(jìn)行計(jì)算[4~8],模型如圖3 所示。

        將開挖及回筑施工分為10個(gè)荷載步驟,分別為:(1)基坑開挖到第1道支撐底部;(2)安裝第1道支撐并開挖到第2道支撐處,超挖控制在支撐中心線以下約0.6 m;(3)安裝第2道支撐并開挖到第3道支撐處;(4)安裝第3道支撐并開挖到第4道支撐處;(5)安裝第4道支撐并開挖到第5道支撐處;(6)安裝第5道支撐并開挖到基坑底部;(7)澆筑底板并拆除第5道支撐;(8)澆筑中板并拆除第3、4道支撐;(9)澆筑頂板并拆除第2道支撐;(10)拆除第1道支撐。地層參數(shù)見表1,連續(xù)墻結(jié)構(gòu)各階段的變形和彎矩內(nèi)力詳見圖4、圖5。

        根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》(DGJ08—109—2004)[5]10.4.1 條,基坑保護(hù)等級為計(jì)算最大水平位移33.4 mm≤52.5 mm,滿足規(guī)范對二級基坑的控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然,該算法并未考慮基坑施工的“時(shí)空效應(yīng)”[3],基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最終變形跟施工工藝、工序及施工節(jié)奏有很大關(guān)系。

        另外,根據(jù)啟明星軟件對坑底抗隆起穩(wěn)定性以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及穩(wěn)定性計(jì)算的結(jié)果,將標(biāo)準(zhǔn)段基坑地下連續(xù)墻插入比優(yōu)化至0.81。

        車站主體結(jié)構(gòu)端頭井基坑開挖深度約19.4 m,寬約24.6 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻,600 mm厚內(nèi)襯墻,連續(xù)墻插入比為0.82?;迂Q向設(shè)置6道內(nèi)支撐,其中第1道為800 mm×800 mm鋼筋混凝土斜撐,其余5道為φ609 mm(t=16 mm)鋼管斜撐。二級時(shí),圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.3%H(H為基坑 開挖深度)。此處,連續(xù)墻

        圖3 地下連續(xù)墻荷載-結(jié)構(gòu)模型

        圖4 地下連續(xù)墻變形

        2.2 主體結(jié)構(gòu)計(jì)算

        因站位地下水位較高,基坑施工期間需采取降水作業(yè),結(jié)構(gòu)施工完成并回填土后,達(dá)到該階段的最不利狀態(tài)(自重工況)[9],考慮的荷載有土壓力、覆土重、結(jié)構(gòu)自重、地面活載、站廳及站臺層活載。隨著地下水位逐步升高,結(jié)構(gòu)底板承受的浮力逐漸加大,達(dá)到該階段的最不利狀態(tài)(浮力工況),考慮的荷載有土壓力、覆土重、結(jié)構(gòu)自重、底板承受的浮力。地鐵正常運(yùn)營時(shí),也是必須計(jì)算的受力狀態(tài)(運(yùn)營工況),考慮的荷載有土壓力、覆土重、結(jié)構(gòu)自重、底板承受的浮力、地面活載、站廳及站臺層活載。

        沿車站縱向選取1 m帶寬的橫向平面框架建立計(jì)算模型,底板豎向邊界條件為GAP單元(只受壓力不受拉力的彈簧),連續(xù)墻位于底板以下部分設(shè)置水平向土彈簧邊界。另對前述3種狀態(tài)分別計(jì)算并取彎矩包絡(luò)值如圖6所示。

        綜合前述施工階段、使用階段內(nèi)力計(jì)算結(jié)果,即可對疊合墻體系中地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

        圖6 標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及彎矩包絡(luò)圖(單位:kN·m)

        2.3 內(nèi)支撐體系設(shè)計(jì)

        2008年11月15日杭州地鐵湘湖站基坑坍塌,大家在調(diào)查原因、吸取教訓(xùn)之時(shí)[10],認(rèn)為若第1道采用鋼筋混凝土支撐,則可以承受一定的拉力,那么引起的破壞可能會小一些。鑒于此,內(nèi)江路站基坑均采用鋼筋混凝土支撐作為第1道撐。主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段及端頭井支撐豎向布置詳見圖7、圖8;主體基坑第1道支撐平面布置詳見圖9。標(biāo)準(zhǔn)段鋼支撐不設(shè)圍檁,直接撐在地墻上;端頭井處大多為斜撐,鋼管斜撐焊接在地下墻的預(yù)埋鋼板上。鋼支撐的預(yù)加力按照支撐軸力計(jì)算值的70%施加。

        內(nèi)支撐的拆除順序:標(biāo)準(zhǔn)段基坑在澆筑底板并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第5道撐;繼續(xù)澆筑側(cè)墻和中板再拆除第3道撐;隨后澆筑側(cè)墻、頂板并拆除第2、4道撐;最后回填土,拆除第1道撐。端頭井基坑在澆筑底板后拆除第6道撐;其余5道支撐在澆筑頂板后一起拆除。

        3 附屬基坑設(shè)計(jì)

        4個(gè)外掛附屬基坑均為地下一層結(jié)構(gòu)(局部含電纜夾層),其均采用φ800 mm@950 mm(局部落深處采用φ900 mm@1050 mm)排樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),圍護(hù)樁插入比約為1;鑒于地下水位較高,在排樁外采用φ850 mm@600 mm水泥土三軸攪拌樁作為止水帷幕?;迂Q向設(shè)置3道支撐,第1道均為鋼筋混凝土支撐(支撐平面布置詳見圖9),其余為φ609 mm(t=16 mm)鋼管支撐,東南角2號出入口附屬基坑因面積較大,第2道撐也采用鋼筋混凝土支撐。

        支撐的拆除順序?yàn)?澆筑結(jié)構(gòu)底板并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第3道鋼支撐;然后澆筑側(cè)墻,并在設(shè)計(jì)位置架設(shè)換撐和拋撐(從底板處上拋25°),之后再拆除第2道撐;澆筑剩余側(cè)墻及頂板,最后回填土,拆除第1道支撐。

        圖7 標(biāo)準(zhǔn)段基坑支撐布置剖面(單位:mm)

        圖8 端頭井基坑支撐布置剖面(單位:mm)

        圖9 內(nèi)江路站基坑第1道支撐平面布置

        4 基坑降水

        鑒于場地地下水位較高,主體基坑較深,地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)插入了⑦1承壓水含水層,根據(jù)內(nèi)江路站地質(zhì)詳勘資料進(jìn)行計(jì)算可知:主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段與端頭井坑底土抗突涌穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求,標(biāo)準(zhǔn)段基坑承壓水水位需要降至-11.0 m以下;端頭井處承壓水水位須降至-13.6 m以下,施工中通過監(jiān)測承壓水頭確定深層降水的實(shí)施。4個(gè)附屬基坑開挖施工期間僅需抽降潛水即可滿足要求。

        5 地基加固

        因場地土層強(qiáng)度極低,根據(jù)計(jì)算需要,在基坑開挖前應(yīng)對坑底土體進(jìn)行高壓旋噴樁復(fù)合地基加固。主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段采用抽條加固的方式,抽條加固體尺寸為3 m(寬)×3 m(深),間距3 m;端頭井采用裙邊+抽條相結(jié)合的加固方式。另外,還須對主體基坑陽角外土體適當(dāng)加固。

        4個(gè)附屬基坑采用裙邊+抽條相結(jié)合的加固方式,裙邊加固體尺寸為3 m(寬)×4 m(深)。

        6 結(jié)論

        針對站位場地主要為富水軟土地層的特點(diǎn),該車站主體基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,這種結(jié)構(gòu)體系具有剛度大、整體性好、抗?jié)B性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前內(nèi)江路站主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完工,4個(gè)附屬結(jié)構(gòu)也已完成3個(gè),工程進(jìn)展順利,說明支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案合理,可供類似工程借鑒。

        [1]王衛(wèi)東,王建華.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)、分析與實(shí)例[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

        [2]叢藹森.地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)施工與應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社,2001.

        [3]劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

        [4]袁明武.SAP84微機(jī)結(jié)構(gòu)分析通用程序[M].北京:北京大學(xué)出版社,1992.

        [5]上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院.DGJ08—109—2004 城市軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范[S].上海:上海市建設(shè)工程標(biāo)準(zhǔn)定額管理總站,2003.

        [6]馮世進(jìn),陳曉霞,高廣運(yùn),等.迭代增量法分析地下連續(xù)墻的受力性狀[J].巖土力學(xué),2009,30(1):226-230.

        [7]袁慶利.某地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012(2):81-84.

        [8]李剛.地鐵車站深基坑地下連續(xù)墻變形特征分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(6):100-103.

        [9]龔杰,梁偉,張自根.三維有限元模型在復(fù)雜車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的成功嘗試[J].地下工程與隧道,2001(4):17-22.

        [10]張曠成,李繼民.杭州地鐵湘湖站“08.11.15”基坑坍塌事故分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2010,32(1):338-342.

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