五路口站基坑设计总说明

设计总说明本文以黄土地区西安地铁一号线五路口车站为依托，进行了支护结构设计、降水设计、监测方案设计以及施工组织设计。1设计依据（1）《西安市地铁一号线五路口车站岩土工程勘察报告》（2）《五路口车站地质纵剖面图》（3）《五路口站二期平面布置图》（4）《围护结构平面布置图》（5）《岩土工程手册》（6）《建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)》2工程概况地铁一号线五路口车站是西安市地铁一号线与四号线的换乘站，位于东、西五路与解放路的十字口处，沿一号线所在东、西五路呈东西向跨路口设置，西接北大街站，东接朝阳门站。车站西北象限为铁路国际旅行社，东北象限为民安大厦，东南象限为裕华商场、万达商场等建筑物,西南象限为陕西省机械设备成套局。五路口站沿一号线的东、西五路为地下两层，四号线沿解放路南北方向布置，设于地下三层。采用T字岛-岛换乘。车站西端分界里程（终点里程）Z(Y)DK617.270，东端分界里程Z(Y)DK16+778.830有效站台中心里程Z(Y)DK16+697.300，车站全长161.56米，标准段宽22.9米，扩大段宽28.25米，车站共设3个出入口、一个紧急疏散口和2组风亭。根据钻孔和探井揭露，该工程场地的地层主要为第四系堆积物，即由全新统人工填土（Q4ml）、上更新统风积（Q3eol）新黄土、残积古土壤（Q3el）、洪积（Q3pl）粉质黏土组成。表2.1部分岩土的物理力学参数岩土分层重度)//(3mkN黏聚力kPac/内摩擦角）（/1-1杂填土Ⅱ16.010151-2素填土Ⅱ19.021313-1-1-新黄土（水上）Ⅱ17.32922.53-1-2新黄土（水下）Ⅱ19.431223-2古土壤Ⅱ20.235203-4粉质粘土Ⅲ20.74221地下水潜水位埋深9.40～11.60m，水位高程391.27～393.92m，潜水含水层厚度大于50m。Ø1200@1500mm钻孔灌注桩；中间临时立柱采用Ø1500@6000mm的钻孔灌注桩，桩身混凝土等级为C30。地基土的自重湿陷系数𝛿𝑠均小于0.015（表2.2），该场地为非自重湿陷性黄土场地。湿陷性土层分布深度为12m左右。表2.2黄土湿陷性程度划分湿陷程度非湿陷性黄土湿陷性黄土湿陷性轻微湿陷性中等湿陷性强烈𝛿𝑠0.0150.015𝛿𝑠≤0.030.03𝛿𝑠≤0.07𝛿𝑠0.07地震液化判断深度为20m，20m以内无液化土层。且该车站无地裂缝通过。3支护结构方案设计3.1基坑支护方案的比较深基坑的支护方法种类很多，各种支护结构的施工工艺也各不相同，实际具体工程中采用何种支护方法还必须结合基坑开挖深度、岩土性质、基坑周围场地情况及施工条件等因素综合考虑确定。规程JGJ120-2012中介绍了几种支护结构，并切还给出了各种支护结构包含的基坑侧壁安全等级，开挖深度及地下水情况的适用条件，具体见表3.1。表3.1支护结构选型表结构型式适用条件排桩或地下连续墙1.适用基坑侧壁安全等级一、二、三级2.悬臂式结构在软土场地中不宜大于m53.当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加载水帷幕或地下连续墙水泥土墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级2.水泥土桩施工范围内地基承载力不宜大于kPa1503.坑深度不宜大于m6土钉墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地2.基坑深度不宜大于m123.当地下水位高于基坑底面时，应采用降水或截水措施逆作拱墙1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级2.淤泥或淤泥质土场地不宜采用3..拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/84.基坑深度不宜大于m125.地下水位高于基坑底面时，宜采用降水或截水措施放坡1.基坑侧壁安全等级宜为二、三级2.施工场地应满足放坡要求3.可独立或与上述其他结构结合使用4.当地下水位高于坡脚时，应采用降水措施支护结构可按上表选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙、土钉墙、放坡或采用上述型式的组合型式，同时还应该考虑结构的受力特点和空间效应，选择有利于支护结构材料受力性状的支护型式。对于软土场地通常可采用深层搅拌、注浆、间隔或全部加固等方法对局部或整个基坑底土进行加固，或采用降水措施提高基坑内侧被动抗力。3.1.1排桩或地下连续墙支护结构排桩包括钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩以及人工挖孔桩等；支护形式主要包括：①列式排桩支护:适用边坡土质较好、地下水位较低的基坑，可利用土拱作用，采用稀疏的钻孔灌注桩或挖孔桩作为支护结构；②续排桩支护:：在软土中通常是不能形成土拱的，支护桩则应该采用连续密排，并在桩间做树根桩或注浆防水，或者采用钢板桩、钢筋混凝土板桩密排。③组合式排桩支护：在地下水位较高的软土地区，可以采用钻孔灌注桩排桩与水泥搅拌桩防渗墙组合的支护形式。对于开挖深度小于6米的基坑，当无法采用重力式深层搅拌桩，这个时候可采用600mm密排钻孔桩，桩后则使用用树根桩防护，或者也可采用打入预制混凝土板桩或钢板桩的方法，然后再在板桩后注浆或加搅拌桩防渗，顶部设圈梁和支撑；对于开挖深度为6～10米的基坑，通常常采用桩径为800～1000mm的钻孔桩，后面加深层搅拌桩或注浆防水，并设置2～3道支撑，对于开挖深度大于10米的基坑，则可采用地下连续墙加内撑的方法，也可采用800～1000mm大直径钻孔桩加深层搅拌桩防水，设置多道支撑。地下连续墙围护呈封闭状态，在基坑开挖后，支上内支撑或是锚杆，就能够起到挡土围护的作用，并且该围护结构使深基坑工程的施工更加方便。尤其是今天的地下连续墙已经发展到既是基坑施工时的封闭的挡土围护结构，又可以作为拟建工程主体结构的侧墙，即两墙并作一墙。地下连续墙，按照不同的施工材料，可以分为钢筋混凝土连续墙和水泥土地下连续墙。其施工工艺具有如下优点：（1）地下连续墙的墙段刚度较大，整体性好，因而围护结构和地基的变形都比较小，既可用作于超深基坑的围护结构，也可用于地下主体结构的侧墙；（2）该围护方式使用各种地质条件。一般遇到砂石地层时，或当围护结构进入风化岩层时，钢板桩难以施工，这时却可以采用放入成槽机构施工的地下连续墙结构；（3）能够降低工程施工时所带来的环境影响。施工时振动少，噪声低，对周围邻近的建筑物、构筑物和地下管线影响较小，比较容易控制沉降和变形；（4）施工时可进行逆筑法施工，不仅有利于加快施工进度，同时还可以降低造价。地下连续墙整体刚度大、防渗性能好，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种底层条件和复杂的施工环境，特别是是基坑底面以下有深层软粘土，承载力不够，嵌固深度很大的情况下。但是地下连续墙的造价要高于钻孔灌注桩和深层搅拌桩的造价，因此必须结合基坑开挖深度，土质情况和周围环境情况的因素，通过技术经济对比方案认为经济合理才可采用。通常来说，当在软土层中场地条件的基坑开挖深度大于10米，周围建筑物对沉降与位移要求较高。当围护结构用作主体结构的一部分，或采用逆筑法施工时，可采用地下连续墙。3.1.2水泥土墙支护水泥土墙（cement-soilwall）是指由水泥土桩相互重叠搭接形成的壁状、栅格状或拱状等形式的重力式围护结构，利用墙体自重及嵌入基坑底面下的嵌固深度对基坑侧壁土体进行支护。既可单独作为一种支护方式使用，，也可在受到某些条件限制时与混凝土灌注桩、预制桩、钢板桩等相结合，形成组合式支护结构，同时还可作为其他支护方式的止水帷幕。水泥土墙主要的组成构件是：水泥与土桩。水泥土桩有两种，它们分别是采用水泥土搅拌法（cementdeepmixing）形成的搅拌桩和高压喷射注浆法（jetgrouting）形成的旋喷桩。由于造价问题，在基坑支护结构中，通常较多地采用搅拌桩，只有在遇到搅拌桩难以施工的地层时才使用旋喷桩。水泥土墙与其他支护方式相比，具有如下优点：（1）施工时没有振动、噪声、泥浆废水污染，对环境影响小；（2）施工操作方便，成桩工期短，且造价较低；（3）基坑开挖不需要支撑拉锚，坑外也不需要井点降水；（4）隔水防渗性能良好，基坑内外允许有水位差；（5）基坑内空间宽敞且干燥整洁，有利于文明施工和安全生产，且方便后期结构施工；（6）基坑周围的地基变形小，对相邻建筑物和地下设施影响小；（7）挡墙顶面允许设置路面行驶施工车辆，而路面结构又可增加挡墙刚度；（8）同一墙体可设计成变截面、变强度、变深度；（9）能够缩短总体工期；（10）可就近利用粉煤灰等工业废料作为固化剂的外渗剂。3.1.3土钉支护土钉支护是近几年来发展起来的一种新型支护结构，用于基坑开挖和边坡稳定。它是由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层组成的类似于重力式挡墙的挡土结构，并且以此来抵抗围护墙后传来的土压力和其他外力荷载，从而达到开挖基坑时基坑稳定或边坡稳定。土钉支护一般是通过钻孔，插筋，注浆来设置的，但是有时也可以通过直接地打入较粗的钢筋或型钢形成土钉。土钉主要分为钻孔注浆土钉和打入式土钉两类。钻孔注浆土钉是目前工程中最常用的土钉类型。打入式土钉的优点是不需要预先钻孔，施工速度快。与其他支护结构相比，土钉支护的优点主要体现在：（1）能够合理的利用土体的自身承载能力，将土体作为支护结构不可分割的一部分；（2）结构轻、柔性大，并且有良好的抗震性能和良好的延性；（3）施工设备比较简单，并不需要大型的机械器具和复杂的施工工艺；（4）施工方便快速，不需单独占用场地；（5）工程造价低，土钉支护工程造价比其他支护形式的工程造价一般至少低1/3～1/2左右。土钉支护的缺点以及局限性主要就是基坑的变形较大。由于土钉支护是一种被动支护形式，只有土体发生变形时才会使土钉受力，因此基坑的变形相对较大。土钉支护不适用于对基坑变形有严格要求的基坑支护工程，采用土钉支护的基坑深度也不宜太大。土钉支护主要是适用于地下水位以上，或者是经过人工降水后的人工填土，以及粘性土和弱胶结砂土。土钉在无胶结砂层，砂砾卵石层和淤泥质土中成孔困难，因此在该类土层条件下不宜采用土钉支护。通过众多工程经验来看，土钉支护的基坑破坏一般都是由于水的作用，水侵蚀土体，使土体产生软化，引起整体或局部破坏。因此规定采用土钉支护的工程必须做好降水，并且它不能用来作为挡水结构。3.1.4逆作拱墙支护逆作拱墙是众多基坑支护结构中的一种，根据基坑的平面形状，通常采用全封闭拱墙，包括抛物线拱、圆拱、椭圆拱，有时也可以采用以上各拱墙与其他支护形式的组合支护形式，而在施工时常采用逆作法或半逆作法，因此将这种基坑支护结构称为逆作拱墙。逆作拱墙适用于黏性土、砂土和软土地区，不适用于饱和软土及淤泥质土。基坑开挖深度不宜大于12m。逆作拱墙具有优点如下：（1）结构受力合理：由于逆作拱墙其拱式结构的工作原理，能将垂直于拱截面的水平土压力产生的弯曲拉力转化为沿拱轴线截面方向的轴向压力，使拱墙本身的竖向截面只受压力而不受弯。同时土体也起土拱作用，相应地也会减少一定的土压力。（2）结构安全可靠：由于拱的内力主要受轴向压力作用，弯矩比较小，这样就能充分发挥混凝土抗压强度高的特性。而拱在垂直方向上是分层地自上而下施工，因此土压力也是分层地作用在各道拱圈上。（3）施工方便：拱的施工非常方便，可与挖土同步交叉进行，单独占用的工期很少，施工像做混凝土地梁一样方便，故施工速度快。（4）造价较低：由于截面主要承受压力，弯矩小，能充分发挥混凝土材料受压强度高的特性，可节约大量钢材。同时由于没有嵌固深度要求，而需要设置的支撑也不需要在全高度上都设置，仅需设置在基坑开挖深度的中间段。3.1.5内支撑支护内支撑的最大缺陷就是占据基坑内的空间，造成挖土和主体结构施工困难，干扰施工进度并影响工期；随着主体结构的施工进展，在由下至上逐步拆除支撑时，还有可能进一步增加周围土层的位移。表3.2钢支撑和现浇钢筋混凝土支撑的优缺点材料优点缺点钢结构支撑自重小，安装和拆除方便，可重复使用，可随挖随撑，能很好地控制基坑变形，一般情况下可优先考虑采用钢支撑。安装节点比较多，当构造不合理或施工不当时，很容易造成节点变形而导致基坑过大的水平位移，施工技术水平要求高。混凝土结构支撑具有较大的平面刚度，适用于各种复杂平面形状的基坑，现浇节点不会产生松动