南京地鐵西延線ＳＭＷ圍護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究

1、    南京地鐵西延線圍護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究      摘要以南京地鐵中勝站的深基坑為背景,對圍護的設(shè)計、施工、監(jiān)測等內(nèi)容展開了探討和研究,闡述了含水地層中圍護的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞巖土工程;基坑支護;工法;地鐵       南京地鐵西延線工程中勝站位于南京市河西新區(qū),處于規(guī)劃中的緯九路(道路寬65)南側(cè),橫跨中勝路(道路寬42)及規(guī)劃河道布置。車站下穿中勝路及規(guī)劃河道段為單層雙跨結(jié)構(gòu),中勝路兩側(cè)為2層4跨結(jié)構(gòu)。車站總長(外包)201.0;總寬(外包):

2、兩端為27.2、中間單層部分為17.0;總高(外包):兩端為12.36,中間單層部分為7.51。采用明挖順作法施工,圍護結(jié)構(gòu)。1 基坑圍護方案比選1.1 地質(zhì)情況及周邊條件      中勝站車站范圍內(nèi)土層較單一,主要為123軟塑狀亞粘土及24流塑狀淤泥質(zhì)亞粘土,飽含地下水,但透水性差,地下水類型為潛水?；由罴s12,周邊條件好,為耕地、河塘、簡易民居(規(guī)劃拆除)。規(guī)劃緯九路紅線與車站凈距1.7。對變形及噪聲要求不苛刻,為二級基坑。1.2基坑圍護方案介紹      根據(jù)地質(zhì)情況及周邊條件,可供選擇

3、的基坑圍護結(jié)構(gòu)有:放坡開挖、鉆孔咬合樁、工法。      (1)放坡開挖工藝簡單,施工方便,施工速度快;結(jié)合井點降水可以在軟土中施工,要求坡率較緩。但基坑較深時需多級放坡,多級井點降水,每級坡間需有3左右平臺,因此,施工占地面積、土方開挖量、降水范圍及費用都較大,拆遷范圍大,并可能與周邊其它工程施工有沖突。      (2)鉆孔咬合樁為鋼筋混凝土樁與素混凝土樁間隔并咬合,施工方便安全,施工技術(shù)成熟,防水效果好,可兼做永久結(jié)構(gòu),便于與車站抗浮措施統(tǒng)一考慮。與常見排樁+止水帷幕比較,可節(jié)省止水帷幕。

4、但施工工藝要求高,如作為車站使用階段抗拔樁綜合考慮比較經(jīng)濟。      (3)工法結(jié)構(gòu)止水性好,強度可靠,適合于軟土地層,施工速度快,噪聲低,對周圍環(huán)境影響小。內(nèi)插型鋼可回拔再利用,經(jīng)多次攤銷較經(jīng)濟。適用于13以內(nèi)的基坑。但是,不宜兼作永久結(jié)構(gòu),不能作為抗拔樁參與車站使用階段抗浮。1.3 圍護結(jié)構(gòu)方案比較      在經(jīng)過綜合比較后,認為鉆孔咬合樁與工法兩種圍護結(jié)構(gòu)較合適。      車站圍護結(jié)構(gòu)作了上述2個方案綜合比較(見表1)。方案一,采用8

5、00鉆孔咬合樁,咬合厚150,圍護結(jié)構(gòu)兼作車站永久結(jié)構(gòu)參與車站使用階段的受力與抗浮。內(nèi)襯墻厚度為:地下1層400,地下2層500。308防水鋼筋混凝土。方案二,采用工法,用850深層攪拌樁,咬合厚250,間隔插入700×300型鋼。圍護結(jié)構(gòu)作為臨時結(jié)構(gòu),在施工階段受力。內(nèi)襯墻厚度為:地下1層500,地下2層600。308防水鋼筋混凝土。型鋼在結(jié)構(gòu)回筑完成后拔出,可多次攤銷,重復(fù)利用。兩方案圍護結(jié)構(gòu)嵌入深度均為8;豎向2道鋼管支撐,水平間距4;端頭廳支撐設(shè)臨時立柱。1.4 圍護結(jié)構(gòu)確定      依據(jù)車站的功能要求,確定車站基坑長201

6、、寬1727.2、深約12,根據(jù)本站的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、基坑變形控制要求、施工作業(yè)空間等因素,按工程類比法和理論計算,確定圍護結(jié)構(gòu)采用850樁,間隔插入700×300型鋼,內(nèi)支撐采用609、=12鋼管支撐,水平支撐間距4,豎向設(shè)2道支撐。在端頭廳基坑設(shè)臨時立柱,由4200加綴板焊接而成。柱間設(shè)臨時橫梁,采用220。支撐搭于臨時橫梁上。腰梁采用240加綴板焊接而成。樁頂作冠梁,冠梁寬0.9,高0.6。樁嵌固深度8.0,圍護結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯墻之間設(shè)柔性防水層形成重合墻結(jié)構(gòu), 圍護結(jié)構(gòu)作為臨時結(jié)構(gòu)承擔土壓力,內(nèi)襯結(jié)構(gòu)承擔使用階段水土壓力。2 圍護結(jié)構(gòu)的實測變形分析  &

7、#160;   地下工程施工引起的地表沉降很多是由于深層土體變形造成的,深層土體位移可以分為水平位移和垂直位移,深層土體變形反映到地表有一個滯后的過程。因此,如能及時掌握深層土體的運動,在必要時采取適當?shù)谋Ｗo措施,即可保證地下工程施工和周圍環(huán)境安全。支護系統(tǒng)的撓曲變形包括圍護結(jié)構(gòu)在水平方向上的撓曲變形和支撐桿件在垂直方向上的撓曲變形,圍護結(jié)構(gòu)的撓曲變形通過測斜儀進行測量。工程實施時,在圍護結(jié)構(gòu)中埋設(shè)了深層土體水平位移觀測(土體測斜)點,間距5060,測斜管深度與基坑圍護結(jié)構(gòu)的深度相當,每根測斜管深22。     以中勝車站1(車站西部

8、1號風(fēng)井段)為例,說明施工過程中的不同工況下測斜曲線變化形式。1處于車站基坑最早開挖的1號風(fēng)道處,這時支撐體系采用原來的2道鋼支撐,在無支撐條件下,最初一次開挖的深度達3,因此該測斜點的最初位移量達42,隨著及時安裝支撐,1很快進入穩(wěn)定變形階段。      1測斜點的位移關(guān)系曲線如圖2所示。從圖中可看出,隨著基坑開挖深度的不同,測斜最大值出現(xiàn)的位置也相應(yīng)不同。1點以3月18日的數(shù)據(jù)作為初測基準,在此基礎(chǔ)上計算位移;中勝車站1號活塞風(fēng)道在3月23日一次性開挖3,沒有及時施加第1道鋼支撐,當日測斜1數(shù)據(jù)反映出該處深層土體水平位移最大值為45.45,

9、發(fā)生在地表以下3.5位置,此處冠梁產(chǎn)生了較大的裂縫,周圍地表也有明顯的裂縫出現(xiàn);3月24日,1號風(fēng)道開挖到4.5的深度,當日測斜最大值為48.52,出現(xiàn)在3.5的地方,下午加第1道鋼支撐2根;25日的數(shù)據(jù)與前一天相比,圍護樁整體向外位移,是由于鋼支撐對柔性的圍護樁產(chǎn)生作用和前一天移走基坑開挖時堆放在基坑兩側(cè)的土而對基坑卸載的結(jié)果;直到3月30日基坑沒有開挖,有向坑內(nèi)的少量位移,這是由于相鄰基坑繼續(xù)開挖和近兩天下雨;4月6日開挖到6左右,隨著1號風(fēng)道基坑的繼續(xù)開挖,圍護結(jié)構(gòu)變形相對變大,當天測斜最大位移在4處,這時圍護結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)有較大位移;4月27日,基坑開挖到底,深度12左右,變形很大,測斜最

10、大值122.73,發(fā)生在9的地方,如此大的變形與設(shè)計不太相符,后來設(shè)計施工等多方現(xiàn)場分析具體情況,對車站的支撐進行了增加,實踐證明對支撐方案的修改是正確和必要的?；娱_挖結(jié)束,隨后每天測斜最大值出現(xiàn)的位置很穩(wěn)定,都是9處,整個圍護結(jié)構(gòu)的變形也逐漸趨于穩(wěn)定。1號風(fēng)道架設(shè)2道支撐,第1道頂在冠梁上,第2道頂在6處的型鋼橫梁上,2道支撐對圍護結(jié)構(gòu)的水平位移有制約作用,這在測斜曲線圖中已有明顯反映,但這種約束作用對測斜最大值出現(xiàn)的位置并無顯著影響。由此可見,深層土體水平位移的最大位移值出現(xiàn)的位置是由基坑開挖深度及支撐的位置決定的,大約出現(xiàn)在開挖深度3 4處。3圍護結(jié)構(gòu)的實施體會  

11、    (1)現(xiàn)場實測圍護結(jié)構(gòu)位移與計算結(jié)果有一定差距,說明結(jié)構(gòu)的計算理論還需進一步完善。支撐數(shù)量的不足會直接影響圍護效果,經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)測反饋的信息指導(dǎo),在實際施工中及時進行了設(shè)計變更,12深的基坑從原來的2道變?yōu)?道支撐體系,有效地保證了基坑工程的安全。工法優(yōu)越性是明顯的,但必須建立在施工完的圍護樁是完好無損的前提下。       在實際工程中,由于攪拌深度不夠、不及時加支撐或支撐強度不足造成圍護樁體在水平方向上的變形過大,在整體變形不一致時,都會使排樁產(chǎn)生裂縫,隨著基坑開挖,圍護樁在滲水過多時會危及到基坑的安全,

12、進而影響整個工程進度,必須高度重視。在飽和軟粘土中開挖基坑,地下水位很高時,圍護結(jié)構(gòu)周圍流線和等勢線很集中,容易造成基坑底部的滲流破壞,所以設(shè)計圍護結(jié)構(gòu)插入深度時,必須考慮抵抗?jié)B流破壞的能力,具有足夠的滲流穩(wěn)定安全度。對于矩形圍護結(jié)構(gòu)的基坑來講,角點處具有更高的水壓力,容易發(fā)生滲流失穩(wěn)。      (2)中勝車站基坑范圍內(nèi)地下水資源主要有2種:地下潛水與深層土體中的承壓水。當基底有承壓水,開挖基坑到一定程度時,承壓水的水頭壓力能頂破或沖毀基坑底板,造成突涌。從而造成邊坡失穩(wěn)和整個地層懸浮流動,同時承壓水頭也將降低。承壓水頭下降的結(jié)果使含水層組(

13、含水砂層本身以及上下部的飽和粘性土層)的孔隙水壓力以不同速率降低,而使顆粒骨架的粒間壓力(即有效應(yīng)力)增加,產(chǎn)生含水層組的壓密,其結(jié)果在地表反映為地面沉降;不同地點的地層結(jié)構(gòu)、巖性特點以及承壓水頭下降的歷時和大小,決定該地點的沉降范圍、幅度以及沉降速率,并且大多數(shù)的沉降變形表現(xiàn)為非彈性的永久性變形。由于車站范圍內(nèi)部分地層的承壓水頭過高,極有可能造成基坑“突涌”危險,經(jīng)過實測數(shù)據(jù)與多方論證后,采取在基坑圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)施工深26降壓井,這一舉措的實現(xiàn)有效地保證了后面基坑的順利開挖。      (3)測斜數(shù)據(jù)表明,圍護結(jié)構(gòu)水平位移最大值出現(xiàn)的位置和基坑

14、開挖深度有關(guān),最大值一般位于開挖基坑深度的3/4處。      (4)由測斜監(jiān)測反映出該圍護樁施工不規(guī)范時,變形較大。工法屬于柔性支護,要求施工時“先撐后挖”,如果在基坑開挖過程中,對圍護結(jié)構(gòu)支撐不及時,暴露時間過長,就會產(chǎn)生變形過大的后果,嚴重時影響到主體結(jié)構(gòu)的施工,而施工單位為了搶工期或由于基坑挖土方便,往往不完全按規(guī)范施工,很容易造成局部變形過大。4結(jié)語      從中勝車站基坑工程的實踐結(jié)果來看,圍護結(jié)構(gòu)在南京地鐵西延線軟土地層深基坑工程中的應(yīng)用是成功的。工法圍護樁止水效果明顯,在支撐時間與支撐數(shù)量保證的情況下樁體與支撐能共同承擔周圍的土層壓力,水泥土中的型鋼在主體結(jié)構(gòu)施工完成并達到設(shè)計強度