沈陽地鐵南京街站基坑圍護方案研究摘 要:根據(jù)沈陽地鐵南京街站基坑所處的工程、水文地質(zhì)條件,確定了選擇圍護結(jié)構(gòu)形式的主要原則,介紹了幾種常見的基坑圍護方案,著重論述了該工程采取的鉆孔灌注樁與鋼管支撐聯(lián)合作用的圍護結(jié)構(gòu)形式,供類似工程參考。關鍵詞:基坑,圍護結(jié)構(gòu),鉆孔灌注樁1 工程概況 南京街站位于南京街與中華路交叉口以東,沿中華路東西向布置,站址范圍中華路為沈陽市商業(yè)繁華區(qū),街道兩側(cè)商店、高層建筑林立、地面交通繁忙且道路較窄(20m)。車站西側(cè)為外匯商品大樓及建設銀行,北側(cè)是遼寧省總工會及工商銀行南站支行,南側(cè)均為商業(yè)建筑。車站西北端有一塊新拆遷空地及外貿(mào)商品大樓、西南端為沈陽聯(lián)營公司、東南端為正在修建的曼哈頓廣場、東北端為遼寧省建行沈陽營業(yè)部等高層。2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)2.1 工程地質(zhì) 車站建筑場地地勢平坦,西部高東部低,地表相對高差1.94m。場地地貌類型屬第四系渾河新扇。車站范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)人工填筑層(Q4ml)、第四系渾河新扇(Q41al+pl)、第四系上更新統(tǒng)渾河老扇(Q32al+pl)。各地層描述如下: 1)第四系全新統(tǒng)人工填筑層(Q4ml)。雜填土:位于中華路與南京街交匯處附近街道兩側(cè)及綠化地段,雜填土主要由碎石類土、砂類土、粘性土及建筑垃圾等組成,稍濕,松散~稍密狀態(tài);位于中華路與南京街道路部分,雜填土卵、碎石、砂類土、粘性土及建筑垃圾組成。該層上部多為0.10m~0.20m瀝青路面。 2) 第四系渾河新扇(Q41al+pl)。粉質(zhì)粘土:黃褐色~黑褐色,含有鐵錳質(zhì)結(jié)核及云母碎片,可塑狀態(tài),稍有光滑,搖振反應無,干強度中等,韌性中等。局部夾有粉、細砂。中、粗砂:黃褐色~灰褐色,級配不良,石英、長石質(zhì),含1%~19%礫石,偶見卵石,可見最大粒徑約50mm,一般上部為中砂,向下粒徑加大,逐漸變?yōu)榇稚?稍濕~飽和,中密~密實。 3) 第四系上更新統(tǒng)渾河老扇(Q32al+pl)。粉質(zhì)粘土:黃色,含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核,可塑,局部軟塑,稍有光滑,無搖振反應,干強度中等,韌性中等。局部混中砂顆粒,夾細砂薄層。2.2 水文地質(zhì) 1)地下水賦存條件及含水層性質(zhì)。該場區(qū)粉質(zhì)粘土分布較連續(xù),將該區(qū)地下水分為兩層:上層為第四系孔隙潛水,賦存于礫砂中,靜止水位6.50m~12.50m;下層水為承壓水,賦存于中、粗砂和礫砂層中。 2)地下水補給、排泄、徑流條件。該場地地下水的補給主要是大氣降水、地表人工河渠垂向滲透補給及渾河側(cè)向滲透補給,地下水水位季節(jié)性變幅在0.5m~2.0m,地下水的排泄主要為地下水向下游徑流排泄和地下水人工開采。在枯水期地下水向渾河等地表水系的排泄,同時有少量的地面蒸發(fā)排泄。場地地下水徑流條件良好,地下水流向基本是由東向西流,但由于市內(nèi)有較多的人為開采,使得局部地下水流向有所變化。3 圍護結(jié)構(gòu)方案比選3.1 選擇圍護結(jié)構(gòu)形式的主要原則 基坑圍護形式多種多樣,具體選擇時根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、基坑深度、地面建筑及道路交通情況、周邊環(huán)境等,結(jié)合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及對周邊環(huán)境保護的要求確定。所選定的圍護結(jié)構(gòu),首先應具有施工的可行性、應能滿足根據(jù)站位環(huán)境所確定的基坑保護等級對基坑水平位移和地表沉降的限制要求,在滿足上述要求的前提下,再經(jīng)技術、經(jīng)濟比較后確定最終的圍護結(jié)構(gòu)形式。3.2 南京街站基坑的主要特點 南京街站主體標準段為地下兩層,開挖深度約16.9m,盾構(gòu)端頭井處開挖深度約18.9m,基坑開挖深度較深,由于周邊建筑物多并且比較重要,因此,車站主體基坑圍護結(jié)構(gòu)安全等級為一級,基坑環(huán)境保護等級為一級,地面最大沉降量不大于0.15%H(H為基坑開挖深度),圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移不大于0.2%H且不大于30mm;即地面最大沉降量25.35mm(標準段),28.35mm(端頭井段);圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移30mm(標準段),30mm(端頭井段)。3.3 常見基坑圍護方案 根據(jù)南京街站工程情況及基坑特點,車站基坑可采用的圍護結(jié)構(gòu)形式主要有地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、SMW工法樁、鉆孔咬合樁、TRD工法樁等。 地下連續(xù)墻位于飽水軟弱地層,如飽水砂層、飽和的淤泥土層等。在此類土層中地下連續(xù)墻既可以控制土壓力,又可以有效地阻隔地下水,同時還可以作為車站結(jié)構(gòu)的一部分,因此在軟土地區(qū)得到廣泛應用。 鉆孔灌注樁是采用排樁樁墻來擋土和防水,實現(xiàn)基坑的圍護,具有較廣的土層適用范圍。該工法在北京、廣州、深圳、沈陽等地鐵工程中都有應用。 SMW工法樁是在水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼或其他種類的勁性材料,來增強水泥土攪拌樁抗彎、抗剪能力。以其做成的基坑圍護結(jié)構(gòu)同時具有較好的防水功能,在6m~10m深的基坑中具備技術優(yōu)勢,與地下連續(xù)墻相比,SMW工法樁施工速度快,施工占地少,無污染。同時由于型鋼可以拔出回收,造價低廉。因此,此方法在上海和南京地鐵車站的出入口基坑圍護中得到廣泛應用。 鉆孔咬合樁是近年來開發(fā)的一種基坑圍護結(jié)構(gòu)新工法,采用全套管鉆機成孔,相鄰樁采用素混凝土和鋼筋混凝土間隔布置并相互咬合排列。與其他類型灌注樁相比具有不坍孔、成樁質(zhì)量好、防水效果好、成樁效率高、造價低、施工無污染等優(yōu)點,在軟土地層,尤其在富水軟土地層中施作圍護結(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)勢。該技術已在深圳地鐵金益區(qū)間等明挖基坑施工中成功應用,并已推廣應用于杭州等地區(qū)的基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工。
3.4 南京街站基坑圍護方案 1)方案簡介。根據(jù)上述分析,南京街站主體標準段采用Φ1000@1300mm鉆孔灌注樁,樁長為23.0m,樁底穿透粉質(zhì)粘土層,插入中、粗砂層或礫砂層中。端頭井段采用Φ1000@1300mm鉆孔灌注樁,樁長為26.0m,樁底穿透粉質(zhì)粘土層,插入礫砂層中。橫撐采用Φ600鋼管,壁厚t為14mm,16mm,橫撐水平間距一般為3.5m左右,橫撐布置應避開主體結(jié)構(gòu)立柱。標準段豎向采用三道支撐,盾構(gòu)井處豎向采用四道支撐。 2)計算軟件。本設計采用北京理正軟件設計研究院的深基坑軟件(V5.22)進行計算。 3)荷載及組合。a.永久荷載。結(jié)構(gòu)自重按實際重量計算,鋼筋混凝土重度按25kN/m3計; 側(cè)壓力除砂層按水土分算外,其他粘性土層均按水土合算;靜水壓力采用全水頭(勘探期間的穩(wěn)定高水位)進行計算。 b.可變荷載。施工期間基坑側(cè)面超載一般按20kPa計,盾構(gòu)端頭井側(cè)面超載按30kPa計。 4)計算結(jié)果。支撐及鉆孔灌注樁內(nèi)力及位移包絡圖如圖1所示。根據(jù)上面計算結(jié)果看,標準段圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為17.63mm,最大設計軸力分別為:第一道539.27kN,第二道2575.64kN,第三道2252.88kN。端頭井處圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為19.65mm,最大設計軸力分別為:第一道359.06kN,第二道2390.74kN,第三道2574.69kN,第四道1609.21kN,當拆除第三道支撐時,應進行支撐倒換,換撐設計軸力為2052.78kN。經(jīng)驗算,圍護結(jié)構(gòu)滿足強度、整體穩(wěn)定性和變形等要求。4 結(jié)語 從上述分析可以看出,在沈陽地區(qū)用明挖法修建地鐵時,只要設計參數(shù)得當,采用鉆孔灌注樁與鋼管支撐聯(lián)合作用的圍護結(jié)構(gòu)形式是比較可行的。參考文獻:[1]GB50157-2003,地鐵設計規(guī)范[S].[2]GB50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].[3]JGJ120-99,建筑基坑支護技術規(guī)程[S].[4]GB50007-2002,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].[5]JGJ79-2002,建筑地基處理技術規(guī)范[S].
3.4 南京街站基坑圍護方案 1)方案簡介。根據(jù)上述分析,南京街站主體標準段采用Φ1000@1300mm鉆孔灌注樁,樁長為23.0m,樁底穿透粉質(zhì)粘土層,插入中、粗砂層或礫砂層中。端頭井段采用Φ1000@1300mm鉆孔灌注樁,樁長為26.0m,樁底穿透粉質(zhì)粘土層,插入礫砂層中。橫撐采用Φ600鋼管,壁厚t為14mm,16mm,橫撐水平間距一般為3.5m左右,橫撐布置應避開主體結(jié)構(gòu)立柱。標準段豎向采用三道支撐,盾構(gòu)井處豎向采用四道支撐。 2)計算軟件。本設計采用北京理正軟件設計研究院的深基坑軟件(V5.22)進行計算。 3)荷載及組合。a.永久荷載。結(jié)構(gòu)自重按實際重量計算,鋼筋混凝土重度按25kN/m3計; 側(cè)壓力除砂層按水土分算外,其他粘性土層均按水土合算;靜水壓力采用全水頭(勘探期間的穩(wěn)定高水位)進行計算。 b.可變荷載。施工期間基坑側(cè)面超載一般按20kPa計,盾構(gòu)端頭井側(cè)面超載按30kPa計。 4)計算結(jié)果。支撐及鉆孔灌注樁內(nèi)力及位移包絡圖如圖1所示。根據(jù)上面計算結(jié)果看,標準段圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為17.63mm,最大設計軸力分別為:第一道539.27kN,第二道2575.64kN,第三道2252.88kN。端頭井處圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為19.65mm,最大設計軸力分別為:第一道359.06kN,第二道2390.74kN,第三道2574.69kN,第四道1609.21kN,當拆除第三道支撐時,應進行支撐倒換,換撐設計軸力為2052.78kN。經(jīng)驗算,圍護結(jié)構(gòu)滿足強度、整體穩(wěn)定性和變形等要求。4 結(jié)語 從上述分析可以看出,在沈陽地區(qū)用明挖法修建地鐵時,只要設計參數(shù)得當,采用鉆孔灌注樁與鋼管支撐聯(lián)合作用的圍護結(jié)構(gòu)形式是比較可行的。參考文獻:[1]GB50157-2003,地鐵設計規(guī)范[S].[2]GB50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].[3]JGJ120-99,建筑基坑支護技術規(guī)程[S].[4]GB50007-2002,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].[5]JGJ79-2002,建筑地基處理技術規(guī)范[S].
