淺析地鐵工程中地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算

1、淺析地鐵工程中地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算                        摘 要 概述了沈陽市地鐵二號(hào)線五里河站的施工方案, 同時(shí)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(jì)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(dòng)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(yùn)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(jì)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(shí), 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(shí)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(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。沈陽市地鐵二號(hào)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(duì)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(gè)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(shí)施的第一個(gè)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(shí),一般不設(shè)置水平支撐構(gòu)件。當(dāng)基坑較深時(shí), 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(duì)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(diǎn)是整體性差, 但施工方便, 投資小, 工程造價(jià)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(shí), 一般采用坑外降水的方法來降地下水, 其排水費(fèi)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(diǎn)是: 整體性好, 剛度大, 對(duì)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(dòng)性能較大的土質(zhì), 同時(shí)還適于多種不同情況的地質(zhì)條件, 但其造價(jià)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(shí), 一般用坑內(nèi)降水法降地下水, 其降水費(fèi)用相對(duì)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(diǎn)是提高土體的整體穩(wěn)定性, 邊開挖邊支

7、護(hù), 不占用獨(dú)立工期, 施工安全快捷。設(shè)備簡單, 操作方便, 造價(jià)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(fèi)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。基坑情況見圖一。3 地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算

8、      在地鐵工程中, 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(duì)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(yàn)算, 基坑底突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算, 墻身的受壓、受彎、受剪承載力驗(yàn)算, 支撐構(gòu)件的承載力和其穩(wěn)定性驗(yàn)算, 同時(shí)還要進(jìn)行地下水位的控制計(jì)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(jì)算的同時(shí)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(jì)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(diǎn)穩(wěn)定計(jì)算法和圓弧滑動(dòng)簡單條分法設(shè)計(jì)的。由

9、于其方法計(jì)算繁瑣, 為此采用了同濟(jì)啟明星軟件來完成的計(jì)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(shí)墻身嵌固于土內(nèi)的最大深度值。本地鐵工程項(xiàng)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(jì)算時(shí)考慮地面超載 20kPa。ik 內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值為 30。      計(jì)算

10、時(shí)取一米墻寬為計(jì)算單元, 下面為墻身嵌固深度的計(jì)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(jì)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(jì)算3.3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)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(jì)算, 見下圖 2       單層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)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(diǎn)至墻底的距離;            Tc1支點(diǎn)力;            hT1支點(diǎn)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(diǎn)至墻底的距離。      多層支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算見圖三:cikli+(qobi+i)cositgik- k(qobi+i)sini0      式中 cik、ik最危險(xiǎn)滑動(dòng)面上第

14、 i 土條滑動(dòng)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(xiàng)系數(shù), 應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)

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(jì)算;             i第 i 土條弧線中點(diǎn)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(shí)的破裂面半徑。3.4 結(jié)構(gòu)支點(diǎn)內(nèi)力計(jì)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(jì)算3.5 墻身截面強(qiáng)度計(jì)算: 應(yīng)符合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)      通過計(jì)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(jì)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(jì)算時(shí)考慮地面超載 20kPa。4 結(jié)束語      本文闡述了沈陽市地鐵二號(hào)線五里河站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的確定