廣州東山口站圍擋墻支護結構設計

廣州東山口站圍擋墻支護結構設計

1車站圍擋結構東山口站位于廣州市中山街北側。東端位于中山街與農(nóng)林東街之間。西端靠近東山口五叉路口，車站南側建筑密集。車站內地形起伏變化較大,中間高,東西兩端低,北面高,南面低,施工圍擋距結構僅1～2m,施工場地極為狹窄。位于車站西北角的燕子樓的樁基,距車站圍護結構僅0.5m。詳見圖1。車站處于黃花岡臺地,上部浮土為第四系沖、洪積層,主要為雜填土、淤泥質粘土、粉質粘土等,下伏基巖為上白堊系上大朗山組粉砂巖、泥質粉砂巖、含砂礫巖和礫巖,基坑范圍內基巖分為強、中、微風化巖,強風化巖可以用挖掘機直接開挖,中風化巖由于堅硬,強度大,需要采用打眼爆破方式進行開挖?；訓|西長292m,南北寬21.3～26.91m,開挖深度13.4～20.89m,開挖土石方總量約13萬m3,其中石方量約3萬m3。2設計與施工成本的結構設計與計算2.1支護結構的布置基坑開挖的土體支護選用護壁樁,施工完畢后作為永久結構的一部分,與側墻共同受力。護壁樁插入底板位置以下,對微風化、中風化和強風化巖深度分別為2.5m、3.5m和4.5m。如底板以下仍為土層,則插入深度加長。隨著基坑向下開挖,從上到下共設置3道鋼管水平支撐,支撐沿基坑的縱向水平距離為5.4m,支撐為?730的鋼管,壁厚分15mm和10mm兩種,支撐的端部與爪形托架相連,托架主要由3根?250、厚10mm的鋼管組成,分別撐住相鄰的3根護壁樁。在架設水平支撐時,用千斤頂施加300kN的預壓力。2.2地下主副產(chǎn)物網(wǎng)側墻內的網(wǎng)噴不斷按照結構的實際埋深與兩側土層的實際分層情況確定巖土介質的計算參數(shù),結構構件的力學參數(shù)則根據(jù)實際截面大小及所用材料確定,方案中護壁樁的直徑為?1200mm,間距1800mm,考慮護壁樁的施工澆筑條件可能較差,對其變形模量Ec乘折減系數(shù)0.8。不考慮樁與側墻襯砌之間的網(wǎng)噴砼的作用。最低地下水位埋深取0.5m。地表處緊靠車站北側側墻,有已建的多層房屋,在驗算時則包括已建房屋重量對車站結構的影響,每層房屋折合成15kN/m2,對一般的6～7層房屋為90～105kN/m2。這些房屋基礎的埋深不清,保守地將其作用于地表來考慮。施工支護結構所受的荷載除土壓力外,包括兩側地表處有20kN/m2施工荷載。計算施工支護時,由于降低了地下水,不考慮地下水的側壓力。計算分析采用土工專用的PLAXIS有限元分析程序。對施工支護按照施工順序,計算出自上而下開挖并逐一設置支撐,以及自下而上構筑永久結構并逐一拆除支撐的每一階段的內力與變形,從中尋求最不利的階段,以及施工過程中護壁樁與支撐所經(jīng)歷過的最大內力與最大變形。2.3建構和施工第二道水平支撐取最不利的車站東段進行分析。此處基坑北側土體按高出南側5.5m計算,距離北側護壁樁4m遠處有已建的6層房屋。按最不利的地表荷載分布,即北側離樁4m以遠處作用均布荷載90kN/m2,在樁與房屋之間的4m寬地表則作用施工荷載20kN/m2;因整個支護此時向南位移,南側地表荷載將起到有利作用,取值為零。由于北側地面高出南側5.5m,在三道水平支撐之上再設置一道斜撐,以控制頂端的水平位移。此外對所有支撐考慮300kN的預應力。計算步驟為:(1)架設斜撐及第一道水平支撐,開挖至5.5m深;(2)架設第二道水平支撐,再開挖至10m深;(3)架設第三道水平支撐,在開挖至14.5m深;(4)在開挖至19m深;(5)建造底板,拆除第三道水平支撐;(6)建造樓板,拆除第二道水平支撐。在各施工階段支撐的軸力中,第二道水平支撐軸力最大,達1574kN,樁的最大彎矩為北樁1242kN·m、南樁943kN·m,樁徑均為?1200mm。體系內的最大變形和內力均發(fā)生在第(5)階段,即澆筑完底板并拆除第三道支撐之后,體系變形如圖2所示,右樁頂?shù)乃轿灰萍s為19mm,左樁頂?shù)淖畲笪灰圃谄渲胁繛?3.5mm,樁內力見圖3。從圖2可見,地表沉降僅3mm左右,不構成對地面房屋的威脅。北側樁的最大位移13.5mm,在許可值之內。南側樁的最大位移雖然稍大些,但發(fā)生在頂端且反向擠壓土體側,故不致產(chǎn)生危害。鋼管支撐在同一基坑內,上下三道支撐受到的最大軸力也不同,負荷最大的是第二道支撐,其次是第三道支撐,最上面支撐受力最小。為了節(jié)約材料,將支撐分成兩種壁厚尺寸,用于不同受力地段。對于δ=15mm鋼管,承受最大壓力為2100kN,自重引起的附加彎矩約170kN·m,考慮端部偶然偏心,取偏心距為200mm,有偶然偏心彎矩420kN·m,其可能的作用方向一般與自重引起的附加彎矩相反,按有關規(guī)范算得鋼管中的計算應力為210MPa,符合要求。對于δ=11mm鋼管,承受最大壓力為1000kN,算得鋼管計算應力不足140MPa,低于允許強度設計值215MPa。從計算結果可見,車站的多數(shù)地段用?800mm的灌注樁也能滿足強度及變形要求,施工中統(tǒng)一采用?1200mm灌注樁。在側邊有已建房屋及基坑較深(>16m)和土質較差的區(qū)段配筋率稍高。3基礎邊坡開挖和試運行3.1基坑橫向開挖(1)根據(jù)東山口站的地形、地質條件和周邊環(huán)境的特點,基坑開挖由中間開溝,自上而下分階段開挖,臺階式施工,自東西向兩端推進,從東西兩端出土。為減少裝載的倒運環(huán)節(jié),采用汽車直接下坑,挖掘機開挖后直接裝入自卸汽車運輸為主的開挖方法。(2)由基坑鋼支撐上下排的標高確定上下分階段標高。(3)在基坑橫向開挖上事先考慮兩種開挖方案:先開挖中間部分后開挖南側(地勢較低),再開挖北側(地勢較高);先開挖南半部分,后開挖北半部分。在施工過程中根據(jù)監(jiān)測結果,調整橫向上的開挖方案。(4)加強開挖過程中的監(jiān)控量測,掌握開挖過程中圍護結構的變形速率和力學動態(tài),了解施工對周圍環(huán)境的影響,監(jiān)測資料及時整理,反饋信息,用以不斷調整開挖速度和開挖方案,指導施工,嚴防超挖,力求把基坑開挖對周圍環(huán)境的影響,減少到最低程度。3.2挖掘過程3.2.1主基坑開挖邊挖邊開挖南段部分開挖,由兩端向中間塹溝形式相向開挖,隨后北半部分開挖時,自中間溝槽開始分別向東西兩側相背開挖,邊挖邊支撐。采取這種開挖方式,除了考慮北側電信管線改移的時空關系外,另一個重要原因就是北側地形高,建筑物高而密集,基坑周圍土體壓力較大,南側地勢較低,而且緊靠中山一路南側道路(相距2m多),基坑周圍土體壓力較小,后開挖北半部分可以減少其暴露時間,減少基坑收斂。第一階段開挖順序見圖4。3.2.2基坑開挖系統(tǒng)在第一階段開挖完畢后,由兩端向中間開挖斜溝,至第二階段底部標高,東西方向拉通,在拉通的中間部位橫向拉橫溝,自橫溝開始向東西兩端相背開挖第4部分。當?shù)?部分兩個相背的工作面距離達到30m左右時,又從中間向第三階段下挖橫溝,即開挖第5部分至基坑底。這樣就形成了兩獨立的開挖系統(tǒng),每個系統(tǒng)上下兩個或三個臺階,可以交替開挖,也可以齊頭并進,同步開挖,保持超前關系10～15m,每個獨立的系統(tǒng)布置2～3臺挖掘機同時作業(yè)。第二、第三階段開挖順序詳見圖5。這樣既可以有效地降低基坑的收斂速度,又能保證基坑的的開挖進度,為下一步主體結構的施工和整個工程進度創(chuàng)造有利條件。此外,當基坑開挖到東西兩個端頭時,為確保東西兩個端頭的(特別是緊鄰東山口五叉路口西端頭)穩(wěn)定性,暫由挖掘機卸土至帽梁標高以下4m左右處,暫時不挖,以平衡端頭土體側壓。待附近段的墻板柱框架結構完全達到設計強度后,在西端鄰近段主體結構頂板中間和西端帽梁中間部位之間架設一道與基坑橫向支撐一樣的縱向支撐,在東端帽梁和鄰近部位南北側圍護樁頂部帽梁之間安設臨時八字撐(I40工字鋼)。在安設好兩個端部的加強支撐后,利用兩端已預先安設好的龍門架系統(tǒng),用吊斗將土石方吊運到鄰近段主體結構的頂板上,作為道路回填土。3.3鋼支撐的鋪設與維護基坑的支護形式首先要滿足如下功能:(1)基坑開挖時和車站主體結構鋼筋混凝土施工前保護圍護結構的穩(wěn)定。(2)有效地控制基坑收斂和位移。(3)便于基坑土石方的開挖。(4)確保在支撐拆除時,不至于對主體結構產(chǎn)生影響。根據(jù)圍護結構內力分析和工藝技術原則,經(jīng)過多種方案比較,采用了3樁1主撐、每個主撐兩端有3個次撐、每個次撐分別支撐1條樁的形式,鋼支撐的形式詳見圖6,其水平間距為5.4m,基坑在豎向分別設2排或3排,在車站西部基坑北側緊鄰圍護結構(相距僅0.5m)有一幢七層樓宇,為確保其安全性,在它的附近采用豎向架設3排鋼支撐的支護方式。這樣基坑南北兩側的所有圍護樁在基坑開挖后都有2～3排支撐,確保了基坑的穩(wěn)定和安全。東山口站周圍建筑物密集而且高大,鋼支撐的加工與架設對圍護結構的穩(wěn)定至關重要。首先應保證鋼支撐的加工質量,控制加工后鋼支撐軸線的偏心度在10mm內,鋼支撐法蘭盤接頭處的螺栓要經(jīng)過嚴格的檢驗后才能使用,法蘭盤用螺栓對接后再在法蘭盤接頭處上下左右四個邊用鋼板(δ=12mm)加以焊接,這是保證鋼支撐穩(wěn)定工作的前提。鋼支撐在架設前還須準確放出支撐點位置,保證鋼支撐與墻面垂直。每道鋼支撐架設后用鋼絲繩吊拉在預埋圍護帽梁上的吊鉤上。鋼支撐架設時嚴格按設計要求,每撐增加預應力100～300kN。在基坑開挖過程中,鋼支撐應隨著工作面的開挖,隨挖隨支,但架設過早會影響施工機械的運作,設置過晚則危及基坑安全。實際做法是,當基坑開挖至鋼支撐設計位置下1m時,先不挖基坑兩側土體,而從中間挖6m左右寬、4～5m深的槽后,立即架設鋼支撐,在鋼支撐安裝完畢后,再挖除兩側土體,這樣施工既保證了機械的作業(yè)空間,又有效地保證了圍護結構的穩(wěn)定。4施工對環(huán)境的影響基坑的監(jiān)測工作隨著車站主體結構的封頂而結束,取得監(jiān)測最后結果。4.1收斂值的確定車站沿基坑縱向布置的12條南北收斂測線,有11條測線收斂值在允許范圍(小于50mm)內,只有一條測線D19-1累計收斂值達68mm。4.2地面地表沉降基坑兩側及東西端地表沉降均在允許值(30mm)內,其中最關鍵地段基坑西部北側燕子樓段的C47,C48,C49三點地表沉降在3.45mm范圍內,遠遠小于允許值(30mm)?；又胁哭r(nóng)林大廈南C26,C36,C37,C38四個觀測點累計沉降值為4～21mm,小于允許沉降值。4.3建筑物的沉降對基坑北側燕子樓、農(nóng)林物資大廈、農(nóng)林街道辦事處、百好門招待所等幾幢樓宇或房屋的觀測,傾斜非常微小。這些建筑物累計沉降值變化在2～4.5mm,遠遠小于允許沉降值(30mm)。從基坑開挖到主體結構竣工一年多時間內,這些建筑物的裂縫沒有