地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土支撐體系在高層建筑中的應(yīng)用

地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土支撐體系在高層建筑中的應(yīng)用

1施工條件1.1種工法對(duì)建、構(gòu)筑物的影響該項(xiàng)目的背景是一個(gè)大型引水項(xiàng)目。該項(xiàng)目管理線(xiàn)貫穿了重要的建筑工地和結(jié)構(gòu)，如大壩、公路、鐵路、住宅區(qū)、車(chē)間和高壓煤氣站。管道施工主要有明挖埋管、頂管及盾構(gòu)三種工法。其中明挖工法對(duì)建、構(gòu)筑物影響大,特別是穿越住宅需要大量拆遷,穿越立交樁基需改線(xiàn)繞道,穿越河道大堤需破堤或改跨越,且工期長(zhǎng);頂管工法對(duì)建、構(gòu)筑物影響小,但由于單次頂進(jìn)的距離較短,需設(shè)置大量井位,且對(duì)不良地質(zhì)適應(yīng)性差,工期較長(zhǎng);盾構(gòu)工法對(duì)建、構(gòu)筑物影響最小,井位少,穿越立交樁基、大堤迅速,且施工機(jī)械化程度高,能適應(yīng)各種不良地質(zhì),工期相對(duì)較短。所以,綜合以上各因素,該工程部分有障礙管段采用盾構(gòu)工法,本文則重點(diǎn)介紹其盾構(gòu)井基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。1.2孔隙水地下水補(bǔ)給n基坑所在場(chǎng)地主要開(kāi)挖地層由上而下分別為:(1)素填土,厚1.30m;(2)粉質(zhì)粘土,N=6.0,厚1.9m;(3)淤泥,N=3.0,厚5.4m;(4)粘土,N=3.0~4.0,厚4.0m;(5)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,N=4.0,厚1.6m;(6)細(xì)砂,N=7.0~9.0,厚3.6m;(7)中砂,N=16.0,厚1.4m;(8)粗砂,N=18.0,厚3.8m;(9)卵石質(zhì)粗砂,N=25.0~29.0,厚8.5m;(10)卵石,N=29.0,厚3.3m。開(kāi)挖的地層主要為含孔隙水的沖積砂層,孔隙水主要接受大氣降水的滲入補(bǔ)給和上游地下水徑流及周邊河涌的側(cè)向補(bǔ)給。由于孔隙水和河涌水具有密切的水力聯(lián)系,故補(bǔ)給來(lái)源充足。該基坑底所在位置為卵石質(zhì)粗砂層,滲透系數(shù)大,且具有承壓性,因此地下水對(duì)盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響極大。2設(shè)計(jì)井底板的結(jié)構(gòu)2.1基坑支護(hù)主體結(jié)構(gòu)由于該盾構(gòu)井為深基坑工程(支護(hù)深度為19.94m),內(nèi)凈尺寸較大(28.0m×14.0m),為了保證結(jié)構(gòu)安全及止水效果,基坑支護(hù)主體結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土支撐體系,詳見(jiàn)圖1。連續(xù)墻采用重合墻連接形式,即在內(nèi)外墻間設(shè)置防水隔離層,工序?yàn)橄仁┕ね?00連續(xù)墻,后施工內(nèi)600內(nèi)襯墻及支撐,內(nèi)襯墻及支撐采用逆做法。2.1.1簡(jiǎn)化計(jì)算模型該盾構(gòu)井基坑結(jié)構(gòu)分析時(shí)需考慮圍護(hù)及支撐體系的空間整體協(xié)同作用。根據(jù)參考文獻(xiàn),在滿(mǎn)足精度的前提下可以將計(jì)算模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,即把墻作為豎直連續(xù)單向板,取單位長(zhǎng)度作為一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算,配筋時(shí)適當(dāng)增加水平方向的鋼筋。本設(shè)計(jì)采用理正深基坑軟件對(duì)圍護(hù)墻進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算時(shí)考慮施工過(guò)程中土方開(kāi)挖先后工況、地面超載(q=20kPa)重型設(shè)備吊裝荷載的影響,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。2.1.2有限元分析及計(jì)算支撐、圍檁體系結(jié)構(gòu)主要承受?chē)o(hù)墻傳遞的水平荷載及變形,本設(shè)計(jì)思路是將每一道支撐及圍檁視為平面框架,把上一步圍護(hù)墻設(shè)計(jì)中得到的彈性支座反力作為平面框架的均布荷載,并利用均質(zhì)彈簧來(lái)模擬圍護(hù)墻對(duì)圍檁的約束,采用桿系有限元法對(duì)平面框架進(jìn)行內(nèi)力及變形分析。本設(shè)計(jì)采用SAP2000有限元軟件進(jìn)行支撐及圍檁的計(jì)算,由上至下的每一道平面框架的均布荷載分別為144.34kN/m、570.24kN/m、764.19kN/m,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。該圖只表示了荷載為764.19kN/m時(shí)平面框架的荷載及變形,其余可線(xiàn)性推出。2.2出洞加固體設(shè)計(jì)盾構(gòu)始發(fā)是事故的多發(fā)階段,尤其當(dāng)場(chǎng)地為飽和砂層時(shí),這是由于在鑿除盾構(gòu)出洞口的圍護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí),由于洞口內(nèi)外存在較大的水頭差且土體滲透系數(shù)大,洞口土體極易發(fā)生管涌,嚴(yán)重時(shí)土體會(huì)失穩(wěn)坍塌,隨之引起基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞,所以出洞加固對(duì)于盾構(gòu)井設(shè)計(jì)及施工是一個(gè)比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。出洞加固體的設(shè)計(jì)主要包括工法和尺寸兩方面內(nèi)容:(1)在工法選擇方面。據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),在飽和砂層,尤其是中粗砂層,必須選用三管旋噴樁,選擇其它工法按目前的施工管理水平很難保證封堵質(zhì)量。(2)在尺寸設(shè)計(jì)方面。a.加固體的最小尺寸應(yīng)按滿(mǎn)足土體強(qiáng)度驗(yàn)算及機(jī)械設(shè)備要求的最小尺寸確定,根據(jù)參考文獻(xiàn)、,復(fù)合地基土體抗剪指標(biāo)φp=30°,cp=0.36MPa,所以當(dāng)加固土體寬度時(shí),端頭加固體在主動(dòng)土壓力下不會(huì)破壞;而按目前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)械,一般當(dāng)b≥6m時(shí),盾構(gòu)機(jī)的注漿可以保證封堵盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中所產(chǎn)生于加固體和連續(xù)墻結(jié)合部中的涌砂通道,所以本設(shè)計(jì)認(rèn)為盾構(gòu)加固體寬宜取為6m。b.為防止盾構(gòu)始發(fā)磕頭,本設(shè)計(jì)利用三管旋噴樁加固洞口下部4m范圍內(nèi)土體。c.為保證有效覆蓋厚度及地面大型起重設(shè)備要求,并考慮到工法限制,本設(shè)計(jì)利用三管旋噴樁加固洞口上部4m范圍內(nèi)土體,并利用水泥攪拌樁接著加固至地面。2.3修井及工作平臺(tái)盾構(gòu)井在盾構(gòu)施工完成后需要根據(jù)工藝要求進(jìn)行設(shè)備安裝,如管道閥門(mén)安裝、設(shè)置檢修井及工作平臺(tái)等。本設(shè)計(jì)思路是要充分利用原有盾構(gòu)井基坑結(jié)構(gòu)承擔(dān)輸水管道運(yùn)營(yíng)后的長(zhǎng)期荷載,所以在設(shè)計(jì)內(nèi)支撐時(shí)除了要考慮管道安裝需要的空間,還要在盾構(gòu)井基坑構(gòu)件相應(yīng)位置預(yù)留鋼筋,以便設(shè)置滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)期需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置的橫梁及樓板。3設(shè)計(jì)施工分析的可行性綜合以上內(nèi)容,本文得出結(jié)論如下:(1)盾構(gòu)井基坑結(jié)構(gòu)分析根據(jù)不同工況,采用不同的方法分別對(duì)圍護(hù)墻及支撐體系進(jìn)行計(jì)算分析是可行的,既減少了三維計(jì)算分析的工作量,也包絡(luò)了所有工況引