淺析地鐵工程中地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計算

1、淺析地鐵工程中地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計算                        摘 要 概述了沈陽市地鐵二號線五里河站的施工方案, 同時介紹了其主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的確定和地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計算方法。    關(guān)鍵詞 明挖法; 地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu); 圓弧滑動簡單條分法     

2、  隨著我國城市交通建設(shè)的不斷發(fā)展, 地鐵已成為大中城市中緩解城市交通阻塞的最有效的交通運輸工具之一。目前已有越來越多的城市在修建地鐵工程。地鐵建設(shè)中, 其施工方法和設(shè)計方案確定的合理與否, 將直接影響到工程建設(shè)的可行性和其總投資。在條件允許的情況下, 地鐵施工時, 明挖法是最經(jīng)濟(jì)、安全和適用的方法。它投資小, 施工速度快, 場地寬敞, 便于施工。但由于城市建筑密集, 地貌復(fù)雜, 施工廠地受到限制, 因而明挖法施工的可操作性也受到一定限制。1 五里河站明挖施工方法的確定      明挖法即為采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)做圍擋,主體結(jié)構(gòu)為露天作業(yè)的一種

3、施工方法。該方法能較好地利用地下空間, 緊湊合理, 管理方便。同時具有施工作業(yè)面寬, 方法簡單, 施工安全, 技術(shù)成熟, 工程進(jìn)度周期短, 工程質(zhì)量易于保證及工程造價低等優(yōu)點。沈陽市地鐵二號線五里河站位于南二環(huán)路與青年大街交叉南側(cè), 青年大街東側(cè)的綠地內(nèi), 為渾河北岸約 200 米遠(yuǎn)處。地面以上車站周圍現(xiàn)狀為綠地和商業(yè)區(qū)待用地。地面以下有通信電纜管線。但埋深較淺, 對車站埋深不起控制作用, 因施工廠地開闊, 可采用明挖法施工方案。      明挖法施工方案工序分為四個步驟進(jìn)行: 先進(jìn)行維護(hù)結(jié)構(gòu)施工, 內(nèi)部土方開挖, 工程結(jié)構(gòu)施工, 恢復(fù)管線和覆

4、土。從施工步驟的內(nèi)容上看: 圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分是地鐵站實施的第一個步驟, 它在工程建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用, 其方案確定的合理與否將直接影響到明挖法施工的成敗, 因此根據(jù)不同現(xiàn)場情況和其地質(zhì)條件來選定與之相適用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案, 這樣才能確保地鐵工程安全, 經(jīng)濟(jì)有序的進(jìn)行。2 主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的確定      地鐵工程中常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有: 排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu), 地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土釘圍護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)基坑較線 5 米以內(nèi)及側(cè)壓力較小時,一般不設(shè)置水平支撐構(gòu)件。當(dāng)基坑較深時, 在圍護(hù)結(jié)構(gòu)坑內(nèi)側(cè)就需要設(shè)置多層多道水平支撐構(gòu)件, 其目的是為了降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變位。&

5、#160;     排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)是以某種樁型按隊列式布置組成的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)特點是整體性差, 但施工方便, 投資小, 工程造價低。它適用于邊坡穩(wěn)定性好, 變形小及地下水位較低的地質(zhì)條件。由于其防水防滲性能差,地鐵工程采用排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)時, 一般采用坑外降水的方法來降地下水, 其排水費用較大。      地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu): 是用機(jī)械施工方法成槽澆灌, 鋼筋混凝土形成的地下墻體, 其墻厚應(yīng)根據(jù)基坑深度和側(cè)土壓力的大小來確定, 常用為 8001200mm 厚。其特點是: 整體性好, 剛度大, 對周圍建筑

6、結(jié)構(gòu)的安全性影響小, 防水抗?jié)B性能良好。它不僅適用于軟弱流動性能較大的土質(zhì), 同時還適于多種不同情況的地質(zhì)條件, 但其造價高, 投資大。由于其結(jié)構(gòu)的防水防滲性能好, 采用此結(jié)構(gòu)做圍護(hù)結(jié)構(gòu)時, 一般用坑內(nèi)降水法降地下水, 其降水費用相對低。       土釘墻結(jié)構(gòu): 是在基坑開挖過程中, 將土釘置入原狀土體中, 并在支護(hù)面上噴射鋼筋混凝土面層, 通過土釘、土體和噴射的混凝土面層的共同作用形成的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)適用于淺基坑地下水位以上或經(jīng)過人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土和卵石土等。其結(jié)構(gòu)特點是提高土體的整體穩(wěn)定性, 邊開挖邊支

7、護(hù), 不占用獨立工期, 施工安全快捷。設(shè)備簡單, 操作方便, 造價低。      五里河站由于其施工場地開闊, 地下土質(zhì)以砂層為主, 其土質(zhì)穩(wěn)定性好, 變形小, 但此站距離渾河近地下水位高, 如果采用排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)坑外降水方案降水量過大, 降水費用太高, 且該站地鐵的標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為 32.45m, 基坑較深。故采用防水性能較好的地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)較排樁結(jié)構(gòu)而言能更安全合理, 降水方式為坑內(nèi)降水。由于車站基坑較深, 其坑上圍護(hù)墻上設(shè)置了六道水平支撐桿件, 以防邊坡側(cè)壁位移過大, 影響主體結(jié)構(gòu)的正常施工?；忧闆r見圖一。3 地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計算

8、      在地鐵工程中, 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計是依據(jù) 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120- 99 國家規(guī)范來進(jìn)行的。它不僅要對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行土體穩(wěn)定性和墻底抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算, 基坑底突涌穩(wěn)定性驗算, 墻身的受壓、受彎、受剪承載力驗算, 支撐構(gòu)件的承載力和其穩(wěn)定性驗算, 同時還要進(jìn)行地下水位的控制計算。并應(yīng)結(jié)合沈陽市的具體情況來進(jìn)行。在滿足規(guī)范計算的同時首先應(yīng)確定墻身嵌固于基坑下的埋置深度。其次再確定墻身斷面及配筋, 由于五里河站圍護(hù)結(jié)構(gòu)為受多層水平支撐的結(jié)構(gòu)。計算方法依據(jù)建筑基坑支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中單質(zhì)點穩(wěn)定計算法和圓弧滑動簡單條分法設(shè)計的。由

9、于其方法計算繁瑣, 為此采用了同濟(jì)啟明星軟件來完成的計算。此方法的基本原理為連續(xù)墻受多層水平支撐作用處于不同工況的情況下, 墻身所圍護(hù)的邊坡土體應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時墻身嵌固于土內(nèi)的最大深度值。本地鐵工程項目中施工工序共有 22 種工況形式。      五里河站工程概況: 標(biāo)準(zhǔn)斷面基坑開挖深度h=23.45m, 基坑寬度 20.8m, 采用厚度為 800mm 的地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu), 墻長度為 41.3m, 墻頂標(biāo)高為 0m。計算時考慮地面超載 20kPa。ik 內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值為 30。      計算

10、時取一米墻寬為計算單元, 下面為墻身嵌固深度的計算。                             3.1 基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值 eajk      依據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程第 3.4.1 條款進(jìn)行計算3.2 基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值 epjk &#

11、160;    依據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程第 3.5.1 條款進(jìn)行計算3.3 整體穩(wěn)定性驗算      依據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程第 4.1.1 條款進(jìn)行的計算, 見下圖 2       單層支點支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算公式為:hpEpj+Tc1(hT1+hd)- 1.20haEai0      式中Epj墻以上基坑內(nèi)側(cè)各土層水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值 epjk 的合力之和;     &#

12、160;      hp合力Epj 作用點至墻底的距離;            Tc1支點力;            hT1支點至基坑底面的距離;            hd嵌固深度;   

13、         Eai墻以上基坑外側(cè)各土層水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值 eaik 的合力之和;            ha合力Eai 作用點至墻底的距離。      多層支點支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算見圖三:cikli+(qobi+i)cositgik- k(qobi+i)sini0      式中 cik、ik最危險滑動面上第

14、 i 土條滑動面上土層的固結(jié)不排水(快)剪粘聚力、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值;             li第 i 土條的弧長;             bi第 i 土條的寬度;             k整體穩(wěn)定分項系數(shù), 應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗確定,當(dāng)無經(jīng)驗時

15、可取 1.3;             i作用于滑裂面上第 i 土條的重量, 本工程按 20kpa 土重計算;             i第 i 土條弧線中點切線與水平線夾角;             q0地面荷載標(biāo)準(zhǔn)值; 

16、60;           R土體破壞時的破裂面半徑。3.4 結(jié)構(gòu)支點內(nèi)力計算: 依據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程第 4.2.3 條款進(jìn)行計算3.5 墻身截面強(qiáng)度計算: 應(yīng)符合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計      通過計算并結(jié)合沈陽地區(qū)的具體情況確定五里河站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻身的嵌固深度為 17.85M。墻身的截面及配筋依據(jù) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010- 2002 及墻身的受載狀態(tài)確定。五里河站主體圍護(hù)墻總高為41.35m,坑開挖深度23.45m, 嵌入土內(nèi)深度為 17.85m, 墻壁厚 800mm的連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu), 計算時考慮地面超載 20kPa。4 結(jié)束語      本文闡述了沈陽市地鐵二號線五里河站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的確定