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        明挖車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案合理性分析

        2020-12-29 09:44:30
        四川建材 2020年12期
        關(guān)鍵詞:粉質(zhì)泥質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)

        巫 峰

        (中交(廣州)鐵道設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 廣州 510000)

        1 工程概況

        新生圩站是南京地鐵6號線工程第17座車站,位于仙新路與規(guī)劃恒競路十字路口的西側(cè),車站的布置方向?yàn)檠匾?guī)劃恒競路東西向布置,車站大里程端與遠(yuǎn)期規(guī)劃8號線換乘。車站采用明挖順作法施工。

        車站設(shè)計(jì)為地下2層三跨島式站臺車站,車站主體的結(jié)構(gòu)型式鋼筋混凝土型框架結(jié)構(gòu)主,其中有效站臺長120 m、站臺寬度為13 m。車站兩端均為盾構(gòu)區(qū)間,根據(jù)全線工籌安排,車站小里程端上下線均為盾構(gòu)接收,大里程端上下線均為盾構(gòu)始發(fā)。車站主體基坑長236.39 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬21.7 m、深19.20~21.60 m,小里程端盾構(gòu)井寬27.7 m、深23.30~23.40 m,大里程端盾構(gòu)井寬27.5 m、深21.23~21.92 m,車站頂板覆土厚度約2.00~5.48 m。

        車站目前周邊空曠,無特別環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源。車站站位控制性因素為大里程端東側(cè)仙新路及恒競路及沿仙新路呈南北走向的規(guī)劃高架橋。仙新路和恒競路當(dāng)前路狀分別如下:前者現(xiàn)狀路寬為53 m,雙向六車道,車流量較少;后者現(xiàn)狀路寬為40 m,雙向四車道。車站主體結(jié)構(gòu)的布置情況如下:結(jié)構(gòu)邊界與仙新路規(guī)劃高架橋樁基距離為12.2 m,與高架橋橋面的距離為7.7 m。高架橋樁基直徑1.2 m,樁長8.77 m。沿仙新路東側(cè)含架空的20條工業(yè)燃?xì)?、燃油及航煤管等的金陵石化管廊,距離車站主體基坑最近約60.6 m。

        2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

        2.1 總體設(shè)計(jì)方案

        2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

        選用鉆孔灌注樁、樁間旋噴止水樁、內(nèi)支撐形式來開展車站主體基坑的作業(yè)。車站標(biāo)準(zhǔn)段選擇用Φ1 000 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁+Φ800 mm@1 400 mm雙管旋噴止水樁,冠梁為1 000 mm×1 000 mm;水平間距為9 m、800 mm×900 mm的混凝土支撐作為第一道支撐,第二道支撐為水平間距4 m、Φ609 mm、t=16 mm的鋼管支撐,雙拼45c鋼圍檁;車站小里程盾構(gòu)擴(kuò)大段選擇用Φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁+Φ800 mm@1200 mm雙管旋噴止水樁;其中水平間距為5 m、800 mm×900 mm混凝土斜撐作為第一道支撐,第二~四道為水平間距約3 m、Φ609 mm、t=16 mm的鋼管支撐;車站大里程盾構(gòu)擴(kuò)大段與遠(yuǎn)期規(guī)劃8號線換乘,由于出現(xiàn)局部不規(guī)則現(xiàn)象,因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用Φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁+Φ800 mm@1 200 mm雙管旋噴止水樁,混凝土腰梁為1 000 mm×1 200 mm,水平間距4~6.27 m、800 mm×900 mm混凝土支撐作為第一道支撐,第二道為水平間距約4~6.27 m、800 mm×1 000 mm混凝土支撐,第三道為水平間距約3 m、Φ609 mm、t=16 mm的鋼支撐;鋼筋混凝土連系梁尺寸為400 mm×600 mm,鋼系桿采用雙拼40a型槽鋼;基底采用150 mm厚C20混凝土墊層及50 mm厚細(xì)石混凝土防水保護(hù)層。

        本站主體基底以下為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖,支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌入深度參考南京地鐵已運(yùn)營線路建設(shè)經(jīng)驗(yàn),嚴(yán)格按照基坑規(guī)范來實(shí)施作業(yè),保證嵌固深度>0.2H(H為基坑深度),結(jié)合實(shí)際計(jì)算新生圩車站的支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度,計(jì)算結(jié)果為4.5~5 m,插入比約1∶0.2。保證止水旋噴樁進(jìn)入粉質(zhì)黏土層或強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖>1 m,提高止水效率。

        根據(jù)新生圩車站實(shí)際情況發(fā)現(xiàn),車站主體明挖段難以達(dá)到抗浮要求,要采取必要的抗浮措施,具體是在車站頂板設(shè)置600 mm×600 mm壓頂梁或者在車站底板設(shè)置Φ1000 mm、長11 m抗拔樁,因?yàn)楸菊疽呀?jīng)設(shè)置了臨時(shí)立柱樁,可以直接選擇臨時(shí)立柱樁作為抗拔樁。

        3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性分析

        3.1 車站深基坑涉及地層分析

        新生圩站基坑深度較大,開挖涉及的土層和巖層類型較豐富且厚度不均,普遍不具備良好的工程性質(zhì),經(jīng)開挖后易發(fā)生邊坡塌滑現(xiàn)象。具體而言,②1層粉質(zhì)黏土的工程性質(zhì)較好,但開挖擾動(dòng)性較大、自穩(wěn)性一般;開挖深度范圍內(nèi)還存在另一地層粉質(zhì)黏土,其工程性質(zhì)更為良好,可維持穩(wěn)定的狀態(tài)。

        各類巖層的性質(zhì)具有差異性,其中強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖呈現(xiàn)出較為明顯的破碎狀,遇水易發(fā)生軟化現(xiàn)象,開挖期間暴露于外界的時(shí)間較長,存在較大的塌滑概率。雖然中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖強(qiáng)度高,但還是會(huì)出現(xiàn)局部破碎的問題。結(jié)合勘察報(bào)告和現(xiàn)場的地質(zhì)資料分析發(fā)現(xiàn)巖層傾角為38°、方位角為5°。伴隨開挖作業(yè)的持續(xù)推進(jìn),巖層與基坑南側(cè)臨空面將發(fā)生作用,其結(jié)果是形成不利組合。對此,開挖過程中應(yīng)做好監(jiān)測工作,及時(shí)掌握基巖的實(shí)際情況并采取相適應(yīng)的處理措施,保證基坑開挖施工的安全性[1-2]。

        基坑開挖土層具體為①2素填土、②1層粉質(zhì)黏土、②1層粉土粉質(zhì)黏土,其中①2層素填土土質(zhì)不均,普遍分布,局部厚度大、工程性質(zhì)差,開挖后易出現(xiàn)邊坡塌滑;②1層粉質(zhì)黏土,可塑性較高、自穩(wěn)性不高;另一地層粉質(zhì)黏土,硬塑,工程性質(zhì)好、自穩(wěn)性較好,不易出現(xiàn)坍塌和變形問題。

        基坑開挖巖層是強(qiáng)~中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖,具體包括強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。其中強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖形態(tài)為碎塊狀,部分呈現(xiàn)短柱狀,強(qiáng)度較高,但遇水易軟化,基坑開挖暴露時(shí)間較長時(shí)局部易塌滑;中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖,強(qiáng)度高,局部破碎處容易出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象。在進(jìn)行基坑開挖施工時(shí),西側(cè)巖層大面積暴露,巖層與基坑南側(cè)臨空面會(huì)相互影響,形成不利組合。開挖施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對基巖開挖面的監(jiān)視,及時(shí)跟蹤出露基巖的產(chǎn)狀和構(gòu)造特征,避免其對基坑安全產(chǎn)生不利影響[3]。

        3.2 車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

        根據(jù)《南京地鐵六號線工程新生圩站巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》,得到基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),見表1。

        表1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)表

        3.3 設(shè)計(jì)荷載取值

        1)地層土壓力:素填土、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖均采用水土合算,設(shè)計(jì)參數(shù)已在表1列出。

        2)水壓力:基坑外側(cè)水位按地面以下0.5 m考慮,內(nèi)側(cè)為基坑底標(biāo)高以下0.5 m考慮。

        3)地面超載:按20 kN/m2計(jì)算。

        4)施工荷載:通常情況下,混凝土支撐上的施工荷載以5 kN/m考慮,且在鋼支撐上不能施加荷載。

        3.4 計(jì)算方法的選擇

        1)選擇增量法來計(jì)算內(nèi)力,具體的計(jì)算軟件是“理正深基坑支護(hù)F-SPW 7.0版”。

        2)土的水平抗力系數(shù)按m法確定。

        3)選擇用增量法計(jì)算主動(dòng)土與被動(dòng)土壓力,具體的模式為“矩形分布荷載模式”。

        4)選擇用瑞典條分法來進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算。

        3.5 計(jì)算分析

        選擇標(biāo)準(zhǔn)段剖面計(jì)算為例,車站主體基坑安全等級為一級,支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.1,標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬21.7 m,基坑深度為19.55~20.39 m。為保證基坑安全,計(jì)算采用最不利鉆孔D6S16Z37,在此條件下對標(biāo)準(zhǔn)段剖面進(jìn)行計(jì)算分析,詳細(xì)的結(jié)果如下。

        1)整體穩(wěn)定驗(yàn)算:整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=6.353。

        2)抗傾覆安全系數(shù):

        Ks=Mp÷Ma。

        式中,Mp為被動(dòng)土壓力對樁底抗傾覆彎矩,如果是內(nèi)支撐支點(diǎn)力,那么要考慮內(nèi)支撐所具有的抗壓力;對比分析錨固力和抗拉力,得到錨索和錨桿的支點(diǎn)力取值。Ma為主動(dòng)土壓力對樁底的傾覆彎矩。計(jì)算結(jié)果如下:

        工況1:Ks=47.953≥1.250

        工況2:Ks=52.598≥1.250

        工況3:Ks=38.578≥1.250

        工況4:Ks=42.849≥1.250

        工況5:Ks=21.299≥1.250

        工況6:Ks=23.782≥1.250

        工況7:Ks=14.768≥1.250

        工況8:已存在剛性鉸,不計(jì)算抗傾覆

        工況9:已存在剛性鉸,不計(jì)算抗傾覆

        工況10:已存在剛性鉸,不計(jì)算抗傾覆

        工況11:已存在剛性鉸,不計(jì)算抗傾覆

        工況12:已存在剛性鉸,不計(jì)算抗傾覆

        工況13:已存在剛性鉸,不計(jì)算抗傾覆

        綜合分析上面的計(jì)算結(jié)果可得出工況7的安全系數(shù)最小,但工況7安全系數(shù)Ks=14.768≥1.250,滿足規(guī)范要求。

        3)抗隆起驗(yàn)算

        (1)遵循逐層驗(yàn)算的原則,以支護(hù)底部抗隆起計(jì)算入手,計(jì)算過程和結(jié)果如下:

        其中支護(hù)底部抗隆起系數(shù)Ks=46.736≥1.800,滿足規(guī)范和要求。

        (2)選用圓弧條分法來進(jìn)行坑底抗隆起計(jì)算,計(jì)算過程和結(jié)果如下:

        Ks=8.456≥2.200,坑底抗隆起穩(wěn)定性滿足。

        4)嵌固深度。選擇用圓弧滑動(dòng)簡單條分法來分析和計(jì)算嵌固深度,圓心(-109.683,97.308),半徑=146.626m,對應(yīng)的安全系數(shù)Ks=2.468≥1.350。嵌固深度有:計(jì)算值h0=0.000m,采用值ld=4.500m,當(dāng)前嵌固深度:0.000m。

        按照支護(hù)規(guī)范,多點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)ld至少達(dá)到0.2H,嵌固深度為4.500m。

        5)嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗(yàn)算。

        工況1:Ps=1633.979≤Ep=57368.555

        工況2:Ps=1633.979≤Ep=57368.555

        工況3:Ps=552.744≤Ep=45047.004

        工況4:Ps=610.667≤Ep=45047.004

        工況5:Ps=236.359≤Ep=25162.373

        工況6:Ps=264.337≤Ep=25162.373

        工況7:Ps=106.567≤Ep=12470.981

        工況8:Ps=106.567≤Ep=12470.981

        工況9:Ps=256.662≤Ep=12470.981

        工況10:Ps=256.662≤Ep=12470.981

        工況11:Ps=163.728≤Ep=12470.981

        工況12:Ps=163.728≤Ep=12470.981

        工況13:Ps=189.379≤Ep=12470.981

        式中,Ps為擋土構(gòu)件嵌固段上的基坑內(nèi)側(cè)土反力合力,kN;Ep為擋土構(gòu)件嵌固段上的被動(dòng)土壓力合力,kN。

        分析數(shù)據(jù)可得出,工況1至工況13的土反力都符合要求。

        3.6 驗(yàn)算結(jié)果匯總

        依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012),車站主體一級基坑各項(xiàng)驗(yàn)算安全系數(shù)及驗(yàn)算結(jié)果見表2。

        表2 車站主體基坑各項(xiàng)驗(yàn)算參數(shù)安全系數(shù)

        4 結(jié)束語

        綜上所述,南京6號線新生圩站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案較為科學(xué)合理,目前該基坑正處于施工開挖階段,從監(jiān)測結(jié)果看基坑處于安全可控狀態(tài)?;诒敬螌χ苓叚h(huán)境較好的典型明挖車站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案合理性進(jìn)行分析,希望為類似工程提供一定的參考。

        [ID:010638]

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