简析地铁车站超深基坑的围护结构设计.doc

1、1简析地铁车站超深基坑的围护结构设计【摘要】本文介绍上海某地铁车站工程概况及水文地质条件、工程地质与水文地质、基坑理论设计值，最后分析了地铁车站超深基坑围护结构的设计方法。 【关键词】地铁车站；超深基坑；围护结构；设计 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 城市地铁工程在不断的兴建,因此带来很多的深基坑工程。因为受到周围边界条件以及控制因素的影响,地铁基坑的形式远远超出了标准的模式,基坑的深度在不断的加深,这样就不断的增加了基坑围护工程的风险。在地铁车站建设中，怎么选择科学合理的支护方案,在设计围护结构时,围护结构在施工过程的安全，以及周围建筑物和地下管线的安全如何保证？

2、这些问题都是基坑工程的技术人员需要思考的问题，因此本文对地铁车站超深基坑的围护结构设计进行一些分析。 二、工程概况及水文地质条件 1、工程概况 研究的地铁车站深基坑，南北走向设置，在车站设置了 4 个进出口通道，在车站两端都设置了新风井、排风井、活塞机械风道和风亭。基坑所在地的地面标高基本在 383.56 米到 383.87 米之间。 2、水文地质条件 2通过探测，该地区地下水稳定水位埋深度在 14.26 米到 15.37 米之间，稳定地下水位标高在 368.48 米到 369.61 米之间。假设建场地地下水重点在冲、洪积砂层里面，有很大的水量，那潜水含水层底板大概在70 米到 80 之间。因

3、为该地区抽降灌溉非常频繁，因此地下水位跟周围地段相比比较低，所以存在一定的侧向补给的情况。该地区设置的防水位是地面下 12.3 米。各土层主要物理力学指标综合建议值如表 1 所示。 三、工程地质与水文地质 1、工程地质 该站场区内各土层特性概述见下图。 1 层 填土。上层含有大量的碎石、砖块等,下层主要含量为黏性土。 2 层 浜土。没有钻穿。含多量黑色有机质,夹碎砖、碎石等建筑产生的垃圾。 层 褐黄灰黄色黏土。介于可塑和软塑之间,土质保持均匀状态,含氧化铁条纹及铁锰质颗粒,含有部分的少量粉性土,下部土质慢慢变软。 层 灰色淤泥质粉质黏土。流塑,土质不均匀,含云母,夹有薄层粉砂。1 层 灰色淤泥

4、质的黏土。稍密,均匀,含云母,夹有薄层粉砂,土质较均匀,底部含有大量的贝壳渣滓。 2 层 灰色砂质粉土。流塑,有云母、腐植质和贝壳渣滓,其中有薄层黏性土,含有部分粉砂团块。 1-1 层 褐灰色黏土。软塑,有钙质颗粒、半腐植质、有机质,其中3含有粉质黏土。 1-2 层 褐灰色粉质黏土。软塑,含钙质颗粒、半腐植质、有机质。 3 层 灰色粉质黏土。可塑,含云母、少量钙质颗粒、黑色腐植质,其中含有薄层粉砂,含有部分砂质粉土。 4 层 灰绿色粉质黏土。可塑,含氧化铁条纹及铁锰质颗粒,含有部分粉性土。 1 层 灰绿灰色砂质粉土。介于中密和密实之间,含云母,含有粉砂和少量的黏性土。 2 层 灰黄青灰色粉细砂

5、。没有钻穿,密实状态,饱和,均匀,颗粒变成了石英、长石、云母等,部分地方掺杂了很薄层的黏性土。 2、地下水位埋深深度控制在 0、50 米到 1、50 米之间。 四、基坑理论设计值 本工程采用 SAP84 软件计算，结构按施工过程采用“增量法”进行受力分析，开挖期间围护结构作为支挡结构，承受全部的水土压力及路面荷载，使用阶段和主体结构一起承载。施工阶段受力分析模拟了施工过程，遵循“先变位，后支撑”的原则，在计算中计入结构的先期位移值及支撑变形，采用弹性有限元法进行结构计算，地基对结构的作用采用分布水土压力及一系列不能受拉的弹簧进行模拟，最终的位移及内力值为各阶段累加值。使用阶段将结构视为底板置于

6、弹性地基上的平面框架进行分析。模型计算结果见图 3。 图 2 围护结构剖面图与计算结果（每沿米标准值） 4地下连续墙体位移变形最大值出现在底板已构筑，拆换第三道支撑时，为 18.3mm。支撑轴力设计值详见表 2。 表 2 支撑轴力设计值 车站基坑围护结构选型与设计 1、围护结构选型 该站在山路下面,地面交通十分发达,同时地下管线很复杂,基坑附近有高架桥, 还有 1 栋 20 层高的楼房。车站基坑标准段深约 271875 米,端头井处深约 291738 米,属于一级环境保护的等级。想要使得基坑的安全获得保障,同时还要尽量不能影响到周边管线及建筑物,施工周期也要相应的缩小,所以使用地下连续墙来作为

7、围护结构，其厚度为 1200 毫米,同时用来作为使用阶段的侧墙跟内衬墙一起。 2、围护结构设计 研究的该深基坑长度是 225.7 米，标准段的基坑宽度是 24.9 米，深度在 14.7 米到 15.6 米之间，节点的深度是 21.7 米。施工技术是明挖顺作，基坑主体围护结构使用型号为 1 000 毫米和1 500 毫米的钻孔灌注桩加上钢管内进行支撑，使用挂网喷射混凝土来作为桩间土，使用钢筋混凝土冠梁来作为桩顶，截面 bh=1.0 m0.8 米 和 1.2 m0.8 m。研究截面处基坑围护结构布置图见图 4。 图 3 基坑围护结构布置图 1、连续墙入土深度及基坑稳定性检算 5在设定地下墙的入土深

8、度时要对车站所处环境条件、地质条件、围护结构的抗隆起、抗滑移、抗倾覆及稳定性等因素进行考虑,同时综合了上海地区软土深基坑的施工经验来进行确定:在标准的车站路段，其围护结构的地下墙厚度为 112 米，深度为 48 米,开挖的深度是 271875 米,入土的深度 201125 米,基坑宽度为 1818 米,入土深度比 K=01722,地下连续墙墙趾位于1 粉质黏土层；在车站端头的井围护结构的地下墙厚度为112 米，深度是 51 米,开挖深度为 291738 米,入土深度 211262 米,基坑宽度为 24195 米,入土深度比 K=01715,地下连续墙墙趾位于2 层。 按照该地区上基坑工程设计规

9、程相应规定，以及针对城市轨道交通设计的相应规范来进行检算,在车站基坑内，验算各项稳定性，都要满足一级基坑的要求。 2、支撑体系 针对地铁基坑的围护结构,必须要有稳定的结构体系来形成内支撑,这样围护墙才能拥有支撑保障,在承载力、变形、稳定性和周边环境保护方面才能达到相应的要求。该车站基坑深度差不多有 30 米,属于一级环境保护等级,使用一些钢筋混凝土支撑加上部分钢支撑的形式来形成支撑体系。 针对 17 层高楼实行保护的话,在车站内有些标准段使用逆做法来进行施工,在对深度方向进行设置时使用 9 道支撑,采用钢筋混凝土来进行第 1 道支撑,作为中板结构的是第 3、5、7 道支撑,第 2、4、6、8、

10、9 道为 609 mm 单拼或双拼钢管支撑。 车站两端明挖段沿基坑深度方向设置 9 道支撑。端头井处斜撑的预6埋件可采用装配式的预埋钢板接头,以保证支撑的下移时间控制。第1、3、5、7 道为钢筋混凝土支撑,第 2、4、6、8、9 道为 609mm 单拼或双拼钢管支撑,其中第 3、5、7 道为钢筋混凝土支撑结构。在设计钢筋混凝土支撑时综合了内部结构板跟混凝土支撑,这样就能有效的把施工过程中的对立点给消除。车站围护结构横剖面布置入图 4 所示。 图 4 某地铁车站围护结构横剖面(单位:mm ) 3、地基加固与坑内降水 该基坑因为开挖得很深,所以具有很大的位移,要把坑底土体抗力进行提升的话,在坑底实

11、行地基加固，用网格式高压旋喷桩的方式,在标准段加固深度为坑底以下 3、0 米。端头井加固深度为坑底以下 4、0 米。主体结构范围内的第 3、5 道钢筋混凝土支撑处于1 层流塑状土层中,为加强地基承载力,每道钢筋混凝土支撑底部以下采用裙边+抽条旋喷加固,加固深度 3m。 4、围护结构计算 在施工过程中基坑围护结构使用地下墙,计算时按照各开挖工况按竖向弹性地基梁来进行，同时考虑围护结构的先期位移值和支撑的变形情况,计算原则是先考虑变形,然后考虑支撑对结构进行分析计算。 六、结束语 针对超深基坑围护结构的设计，要把工程造价进行合理预算，同时还有计算施工工期，同时还有考虑到环境保护的原则,深基坑工程具

12、有复杂的动态性能, 因此在施工过程中要加强监测，同时还有及时的反馈和7处理监测数据，最终使得基坑的围护结构达到科学、合理和安全的要求。参考文献： 1 孔河清. 论监理工作中的平行检验J. 河南建材. 2013(02) 2 郭振华. 某现浇楼板大面积裂缝产生原因及防治措施J. 山西建筑. 2013(15) 3 郭振华. 高层住宅楼不合理立面造型的危害及防治措施J. 山西建筑. 2013(10) 4 李永奎. 关于虹吸式屋面雨水排水系统天沟溢流问题的探讨及改进建议J. 建筑施工. 2011(07) 5 张方,汪博,韩晓健. 健康监测系统在隧道结构中的应用研究J. 山西建筑. 2011(32) 6 李海光. 中心城区建设大型商业建筑对邻近地铁保护的施工技术研究与应用J. 建筑施工. 2011(09)