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        U型槽結(jié)構(gòu)聯(lián)合圍護(hù)樁在非對稱抗浮中的應(yīng)用

        2019-10-26 07:36:04黃海松羅佳文
        城市道橋與防洪 2019年10期
        關(guān)鍵詞:柱網(wǎng)抗浮車輛段

        黃海松,戴 陽,黃 華,徐 剛,羅佳文

        (1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,廣東 廣州 510230;2.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,湖北 武漢 430010)

        0 引 言

        在城市道路建設(shè)進(jìn)程中,下穿通道因其自身優(yōu)點(diǎn)(占地少、景觀性好等),正被大量的設(shè)計(jì)工作者所選擇。同時(shí)中國南部具有降雨量充沛,且富水區(qū)域分布較廣,地下水位較高等特點(diǎn)。因此,在土地日趨緊張的情況下,具有變形小、剛度大、防止路面下沉和開裂、防水效果優(yōu)良等優(yōu)勢的封閉式路塹U型槽結(jié)構(gòu)形式被廣泛應(yīng)用于下穿通道的建設(shè)。

        然而,下穿通道往往位于地表以下,除需滿足其結(jié)構(gòu)的地基承載力、工后沉降要求外,結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定性也是影響項(xiàng)目成敗的重要因素之一。目前,工程界抗浮措施主要有配重抗浮(增加結(jié)構(gòu)自重、增加外側(cè)底板懸挑長度等)、降水抗浮、錨固抗浮(抗拔樁、抗浮錨桿等)、泄水引流抗?。ㄔO(shè)置反濾層)。

        鑒于此,筆者以某車輛段TOD(即公共交通為導(dǎo)向的開發(fā))周邊同步道路項(xiàng)目為實(shí)例,對在富水軟土區(qū)域U型槽結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)的受制因素進(jìn)行初步探討。同時(shí),基于國內(nèi)學(xué)者研究[1~5]的基礎(chǔ)上,提出了U型槽結(jié)構(gòu)聯(lián)合基坑圍護(hù)樁關(guān)于非對稱抗浮的設(shè)計(jì)措施,以期為類似工程的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

        1 工程概況

        項(xiàng)目位于廣東省某市,車輛段TOD一級土地開發(fā)項(xiàng)目采用首層架空的框架結(jié)構(gòu)上蓋方案設(shè)計(jì),首層主要為汽車停車庫層;二層為車輛段層,三層蓋體上為物業(yè)開發(fā)。周邊同步道路包含一條城市主干路,紅線寬36 m,行車速度40 km/h,雙向6車道,南北向,U型槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里程范圍k0+50~K0+270,受到道路線形的要求,U型槽結(jié)構(gòu)橫斷面除標(biāo)準(zhǔn)段外,包括漸變段和加寬段。

        根據(jù)車輛段巖土工程報(bào)告(詳勘),地面高程在2.3~3.50 m,勘察期間初見水位埋深0.00~3.50 m;穩(wěn)定地下水位埋深 0.10~4.10 m,水位高程-2.51~2.44 m,地下水年變化幅度約1.5 m。土層由上自下分層如下:<1-1>素填土:濕,松散,均勻性差,平均層厚1.16 m。<2-1A>淤泥:灰黑色,流塑狀,平均層厚3.12 m,平均3.1擊。<2-2>淤泥質(zhì)粉細(xì)砂:灰黑色,松散狀,飽和狀態(tài),平均層厚4.78 m,平均7.0擊。<2-4>粉質(zhì)黏土:灰黃色,主要為可塑狀,局部軟塑狀,平均層厚3.39m,平均9.1擊。<5N-1>粉質(zhì)黏土:黃褐色,可塑狀,平均層厚3.69 m,平均11.2擊。<5N-2>粉質(zhì)黏土:黃褐色,硬塑狀,平均層厚3.44 m,平均21.3擊。<6>全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖:灰白色,平均厚度4.01 m,平均35.5擊,Ⅴ類。<7-2-1>強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖:紫紅色,碎石狀,平均厚度3.62m,平均52.7擊,Ⅴ類。物理力學(xué)參數(shù)見表1。

        2 受制因素分析

        鑒于車輛段蓋下段U型槽結(jié)構(gòu)型式已經(jīng)過專家評審,方案采用U型槽結(jié)構(gòu)型式,且邊墻橫截面型式為階梯型,抗浮除采用底板外側(cè)懸挑外,還采用Φ100 cm鉆孔灌注樁(L=30 m)進(jìn)行抗拔。隨著外部條件的變化,U型槽結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)受到如下主要因素的影響:

        表1 物理力學(xué)參數(shù)表

        (1)車輛段TOD柱網(wǎng)

        目前,車輛段TOD柱網(wǎng)方案已穩(wěn)定,柱網(wǎng)沿著道路紅線邊及中間分隔帶內(nèi)布設(shè)。同時(shí),道路正處二層車輛段進(jìn)出線的“咽喉”區(qū)域,柱網(wǎng)無法進(jìn)行變更設(shè)計(jì),樁基承臺及下部工程樁可做微調(diào)。道路與柱網(wǎng)布置關(guān)系平面見圖1。

        圖1 道路與柱網(wǎng)布置關(guān)系平面圖

        需要提醒的是,在蓋下段U型槽西側(cè)(臨近車輛段樁基承臺),沒有條件設(shè)置U型槽結(jié)構(gòu)邊墻的外側(cè)懸挑。

        (2)綜合管廊

        根據(jù)最新上位輸入條件,該道路下面需增設(shè)綜合管廊(尺寸凈寬為3.2 m×3.0 m),覆土要求不少于3 m。目前蓋下段綜合管廊平面布設(shè)在道路右半幅(西側(cè)),見圖2。

        圖2 道路與綜合管廊布置關(guān)系平面圖

        可見,因綜合管廊的存在,原設(shè)計(jì)方案在蓋下段采用Φ100 cm鉆孔灌注樁(L=30 m)進(jìn)行抗浮的設(shè)計(jì)方案顯然不能適應(yīng)現(xiàn)在的外部條件。

        (3)基坑支護(hù)

        本項(xiàng)目基坑支護(hù)范圍包含綜合管廊、U型槽結(jié)構(gòu)、部分道路紅線范圍內(nèi)的承臺、雨水泵房、污水管基坑等內(nèi)容,基坑深度約7.55~10.37 m,主要采用@1200Φ1000 mm灌注樁+鋼筋混凝土支撐的支護(hù)型式,基坑外側(cè)采用單排Φ850 mm三軸水泥攪拌樁作為止水帷幕,見圖3。

        圖3 道路與基坑支護(hù)關(guān)系平面圖

        可見,圍護(hù)樁的布設(shè)同樣受制于車輛段柱網(wǎng)下承臺及下部工程樁,原則上圍護(hù)樁距承臺的距離控制1.5 m范圍外,但為了確保圍護(hù)樁的盡可能的順直,局部地方存在小于1.5m且大于1 m的情況。

        3 抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算

        當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí),應(yīng)對建筑物基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)物進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算,且抗浮穩(wěn)定系數(shù)不宜小于1.05。抗浮穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式[6]如下:

        式中:Kf為抗浮穩(wěn)定系數(shù);G為U型槽結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施自重;γ為荷載分項(xiàng)系數(shù),一般取0.9;K為浮力折減系數(shù);Ff為地下水壓對U型槽結(jié)構(gòu)的浮力。

        其中,K可根據(jù)地方工程經(jīng)驗(yàn)確定。無經(jīng)驗(yàn)時(shí),對于一般粘性土地基取0.9,對于砂類土、碎石類土及解理裂隙發(fā)育的巖石地基取1.0,解理裂隙不發(fā)育的巖石地基取0.5。

        由式(1)不難發(fā)現(xiàn),抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算思路較為簡潔明晰。結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算按最不利情況,當(dāng)不考慮側(cè)壁摩阻力時(shí),其抗浮安全系數(shù)應(yīng)大于1.05。

        在無上述受制因素的U型槽標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段,U型槽為敞口結(jié)構(gòu),人行道標(biāo)高為2.5 m,首層場坪標(biāo)高為3.0 m,采用配重抗浮的設(shè)計(jì)方法,即在U型槽結(jié)構(gòu)墻趾外側(cè)懸挑,且設(shè)置C20素混凝土壓重層,可滿足抗浮要求。

        但是,蓋下段U槽結(jié)構(gòu)西側(cè)已無條件設(shè)置墻趾外側(cè)懸挑措施。按最不利工況考慮,即地下水位取至場坪標(biāo)高,考慮U型槽自重、素砼壓重層、側(cè)溝及蓋板、路面層重、中央綠帶填土重,東側(cè)墻趾外側(cè)懸挑的填土壓重,但不考慮西側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置墻趾,經(jīng)計(jì)算,抗浮安全系數(shù)1.04小于1.05,故U型槽仍需要增加抗浮措施。

        4 設(shè)計(jì)方案

        基于以上受制因素的分析,設(shè)計(jì)思路為:東側(cè)采用傳統(tǒng)的墻趾向外懸挑配重抗浮,考慮U型槽邊墻階梯型斷面,西側(cè)則在階梯處采用“倒扣”配重,即利用基坑圍護(hù)樁自重進(jìn)行抗浮,冠梁兼作壓頂梁??紤]結(jié)構(gòu)整體抗浮,U型槽腳趾外側(cè)懸挑土配重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圍護(hù)樁自重,經(jīng)計(jì)算,U型槽結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定系數(shù)Kf為1.072,滿足大于1.05的抗浮要求。

        “倒扣”配重的結(jié)構(gòu),即U型槽西側(cè)外邊墻與圍護(hù)樁冠梁間采用素混凝土填充,與側(cè)墻一同澆筑,填充厚度b隨側(cè)墻深度變化。非對稱U型槽結(jié)構(gòu)斷面及A大樣見圖4。

        圖4 非對稱U型槽橫斷面及A大樣圖(單位:mm)

        因此,非對稱U型槽結(jié)構(gòu)(西側(cè)側(cè)墻無墻趾,東側(cè)側(cè)墻有墻趾)非對稱抗浮設(shè)計(jì)方案應(yīng)運(yùn)而生。

        施工質(zhì)量保證措施:(1)必須按有關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范與規(guī)程進(jìn)行驗(yàn)收,驗(yàn)收合格后方可進(jìn)一步工序;(2)做好檢驗(yàn)與監(jiān)測,完善資料,及時(shí)報(bào)警,超標(biāo)及時(shí)應(yīng)急;(3)做好支護(hù)樁頂冠鋼筋梁接駁器(套筒)的預(yù)留;(4)做好U型槽結(jié)構(gòu)與支護(hù)樁冠梁后澆帶施工組織方案。

        5 結(jié)語

        筆者通過對上述某車輛段TOD周邊同步道路項(xiàng)目實(shí)例的分析,在富水軟土區(qū)域內(nèi)采用了非對稱U型槽結(jié)構(gòu)聯(lián)合基坑圍護(hù)樁進(jìn)行非對稱抗浮的設(shè)計(jì)方法是可行的,為類似工程設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)意義。該項(xiàng)目正處施工階段,非對稱抗浮設(shè)計(jì)方法的實(shí)施在某種程度上將實(shí)現(xiàn)了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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