广州地铁深基坑支护设计讲稿(前地铁会议讲义)

广州地铁深基坑广州市地下铁道设计研究院广州地铁深基坑支护一、广州地铁车站深基坑支护介绍六、关于水、土压力的设计和认识二、深基坑类型综述三、围护结构嵌固深度七、环境影响预估设计问题四、钢支撑设计与施工五、锚杆的设计与施工八、信息化设计和施工九、深基送审要求十、问题讨论和认识一、广州地铁车站深基坑支护介绍1、一号线地下车站围护结构汇总2、广州地铁二号线车站围护结构汇总3、广州地铁三号线车站围护结构汇总围护结构型式车站名总长（m）所占比例（%）地下连续墙芳村（600北端）、黄沙（600）、长寿路（600）、公园前（B区，800）205225人工挖孔桩园形花地湾（西侧）、芳村（南端）、陈家祠、公园前、烈士陵园、东山口、杨箕、体育西路、体育中心427850矩形西门口（1000x1300）4545钻孔灌注桩农讲所（1200）、东山口（1200）、杨箕（部分1000）84110放坡开挖（边坡防护）花地湾（东侧）、芳村（南端）、公园前（A区）5418土钉支护广卅东站和折返线（基坑12-17.2米深）16021.一号线车站围护比较2.二号线车站围护比较围护结构型式车站名总长（m）所占比例（%）地下连续墙海珠广场站（厚800，深24.5、26.5，通道600厚）71210人工挖孔桩园形鹭江、中大、晓港、江南西、公园前、火车站（局部）、纪念堂、越秀公园（北端）213030矩形客村站、市二宫、三元里143820钻孔灌注桩琶州站、磨碟沙、纪念堂（北端）、越秀公园（南端）127818水泥土地锚复合支护新港东站71010土钉墙支护赤岗站（15.76）、广卅火车站（15.6）、三元里(局部)83212围护结构型式车站名总长（m）所占比例（％）地下连续墙赤岗塔站、沥滘站、厦滘站、市桥站、天河客运站、五山站282733.6%人工挖孔桩广州东站、林和西站、体育西路站、珠江新城站、客村站、汉溪站、华师站、岗顶站、石牌桥站349541.5%钻孔灌筑桩大塘站、大石站、番禺广场站175920.9%重力式挡墙与放坡汉溪站3404.0%3.三号线车站围护结构比较表二.广州地铁各种基坑支护类型介绍1地下连续墙2人工挖孔桩3钻（冲）孔灌注桩4土钉墙支护5水泥土墙和水泥土地锚复合支护6组合式支护结构设计7地铁车站支护结构与内衬的经济分析支护结构围护结构支撑结构挡土挡水结构挡土+挡水结构挡土结构地下连续墙密排挖孔桩密排搅拌地钻孔桩+旋喷桩钻孔桩+搅拌桩钻孔桩+止水围幕间隔桩土钉墙钢结构支撑钢筋混凝土支撑锚杆、锚索支撑逆作法施工广州地铁常采用的支护结构可按以下类型划分1地下连续墙1)适用地质条件各种软弱地层。以淤泥类软土、饱和砂层为主的地层及周围有重要建筑物的情况。2)地下墙的优点①结构的整体刚度和防渗性（止水效果）好；②如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，连续墙可较好的控制软土地层的变形；③常作为主体结构的一部分来考虑；采用机械化作业，施工条件好。3)地下墙的缺点①仅作为临时挡土结构时成本较高；②在遇到岩层时成槽困难，施工慢，需先冲孔（槽壁孔＜5MPa岩石）；③泥浆易污染环境；对施工机具要求高。4)广州地铁应用地下墙情况①一号线：芳村站、黄沙站、长寿路站、公园前站（节点处）；②二号线：海珠广场站；③三号线：市桥站、厦滘站、沥滘站、赤岗塔站、五山站、天河客运站。海珠广场站地下连续墙海珠广场站地下连续墙海珠广场站地下连续墙海珠广场站地下连续墙海珠广场站地下连续墙三号线市桥站地下连续墙三号线市桥站地下连续墙三号线厦滘站地下连续墙三号线厦滘站地下连续墙三号线沥滘站地下连续墙三号线沥滘站地下连续墙三号线赤岗塔站地下连续墙三号线赤岗塔站地下连续墙三号线五山站地下连续墙三号线五山站地下连续墙三号线天河客运站地下连续墙三号线天河客运站地下连续墙5)地下连续墙的设计要点①槽段宽度一般为5m或6m，与支撑布置相匹配。当近侧地面荷载较大或周围环境保护要求较高时，可采取高导墙、加大泥浆比重或将槽段宽度减小等措施。②常用接头型式：1．直接连接构成接头2．使用接头管建成的接头3．使用接头箱建成的接头4．十字钢板接头5．工字钢板接头6．用隔板建成的接头7．预制构件建成的接头8．其它型式接头广州地铁采用了两种接头传统的锁口管接头和工字形钢板接头。黄沙站和长寿站采用锁口管接头，芳村站和公园前站、海珠广场站采用工字形钢板接头。三号线六个车站全采用锁口管接头。从现场的调查情况来，不论是施工的难易程度还是防水效果，工字形钢板均明显优于锁口管接头，但工字形钢板接头用钢量较大。十字刚性接头：对于软土地基，为保护连续墙的整体刚度，应设置刚性连接接头，常用的刚性接头形式有一字型和十字型穿孔钢板接头。如图3-14。为上海地铁二号线工程常用的钢性接头型式。接头钢板立面（尺寸以mm计）l=（25～30）倍水平钢筋直径w=h=120mm一字型接头钢板十字型接头钢板刚性接头施工组装钢筋笼接头钢板接头箱马蹄形锁口图3-14刚性接头施工组装装图充气锦塑管墙体套接柔性止水接头型式：广州市区的下卧风化岩较浅,围护墙一般不会发生不均匀沉降,只须考虑水平向的整体刚度,较适合采用墙体套接柔性止水措施的接头型式.I、II期墙体套接采用凹凸型接头板,中间夹35cm宽的优质塑胶止水带，如图3-13。ⅠⅡⅠ图3-13止水带装置示意为保证止水带真正起到止水效果,施工时必须保证止水带到位、扶正、不脱落，不夹断，并做到接头缝处无泥皮.无沉渣。具体技术措施是：必须保证槽段底部进入不透水的淤积土层，并在预留接头槽条处安上止水带，且在其底部留置2m，以保证接头板上拔时止水带不会跟着起拔，另在接头槽条垂直方向相距2m左右再加一条扶正铁片，以保证止水带与接头板垂直。同时应掌握好接头的起拔时间，起拔速度以及接头板与止水带的夹缝宽度（一般2-3mm）并适当润滑接头板壁，确保止水带不脱落，不夹断。该接头型式对施工工艺要求高，目前国内的施工单位还在探索阶段，香港地铁已广泛采用。由于该接头止水效果好，墙体水平刚度大，对广州地铁来讲，是较好的接头型式，但限于目前的施工水平，只能用于人工成槽连续墙。2人工挖孔桩1)适用地质条件以粘土及粉质粘土为主的土层、半土半石地层。2)优点①施工机具简单，成本低；②工作面多，整体施工速度比较快；③无泥浆、噪音公害；④砼质量保证，并可扩大头和咬合密排防水性能好。3)缺点①人员在桩孔内作业，工作环境恶劣，安全性差；②施工抽水容易引起周边地层的变形；③软弱地层，容易发生涌泥、涌沙、坍孔等险情。4)广州地铁的应用情况①一号线：55%的车站围护结构采用（10座车站）；鹭江站围护结构布置及地质图②二号线：50%的车站围护采用（11座车站）；晓港站围护桩及配筋图晓港站围护桩支撑及地质江南西站人工挖孔桩相切图纪念堂站围护桩支撑及地质越秀公园站围护桩支撑及地质三元里站人工挖孔方桩配筋图③三号线：珠江新城站人工挖孔桩珠江新城站人工挖孔桩体育西站人工挖孔桩体育西站人工挖孔桩林和西站人工挖孔桩林和西站人工挖孔桩客村站人工挖孔桩客村站人工挖孔桩汉溪站人工挖孔桩汉溪站人工挖孔桩岗顶站人工挖孔桩岗顶站人工挖孔桩华师站人工挖孔桩华师站人工挖孔桩5)广东地区限制采用人工挖孔桩的文件粤建管字[2003]49号文：挖孔开挖工作面以下，有下列情况之一者，不得使用挖孔桩：①地基土中分布有厚度超过2m流塑状泥或厚度超过4m的软塑状土；②地下水位以下在层厚超过2m的松散、稍密的砂层或层厚超过3m的中密、密实砂层；③溶岩地区；④有涌水的地质断裂带；⑤地下水丰富，采取措施后仍无法避免边抽水边作业；⑥高压缩性人工杂填土厚度超过5m；⑦工作面3m以下土层中有腐植质有机物、煤层等可能存在有毒气体的土层；⑧孔深超过25m或桩径小于1.2m；⑨没有可靠的安全措施，可能对周围建（构）筑物、道路、管线等造成危害。6)间隔桩的问题①在稳定性比较好的地层是可行的；②桩间暴露的土层：采用喷锚支护或模筑砼；3钻（冲）孔灌注桩1)适用地质条件可在各种软弱地层中采用。2)优点①施工机械化程度高，成孔速度快；②施工中无降水和抽水现象，对周边地层影响小；③单桩成本较地下连续墙低。3)缺点①普通钻孔桩最小桩间距不宜小于150m；桩间要采用旋喷或摆喷来止水，整体刚度差；②排桩为弹性结构，旋喷桩为脆性结构，基坑开挖中，桩间止水效果不好；③排桩施工垂直容许偏差1%，也就是15m偏差150mm，挡土和止水结构容易在深处错位。4)广州地铁应用情况①一号线：农讲所ф1200的间隔桩，净距400；东山口ф1200的间隔桩，净距600；②二号线：琶洲和磨碟沙的为ф1000@1150，东部区间最大为ф800@950；越秀公园由挖孔桩改为冲孔桩ф1300，纪念堂ф1000@1000；③三号线：番禺广场站钻孔桩番禺广场站钻孔桩大石站钻孔桩大石站钻孔桩大石盾构始发井大石盾构始发井大石盾构始发井大石盾构始发井4土钉墙支护1)适用地质条件以粘土及粉质粘土为主的土层、半土半岩地层；周边环境条件容许。2)优点①节省投资，至少可节省一半；②可进行信息化设计与施工，施工速度快；③基坑作业空间开阔，无内支撑，主体结构施工快；④土钉支护可以和预应力锚杆联合使用。3)缺点①土钉和锚杆需占用基坑周围的地下空间；②淤泥、流砂及有大量渗水的地层，不宜采用；③土体有较大位移。4)广州地铁的应用情况①一号线：广州东部和折返线17.2m深基坑；②二号线：赤岗站（15.76m）、广州火车站（15.6m）、三元里站；a、赤岗站土钉施工的关键是要防止地下水从边坡涌出，先在基坑的外围护打两排搅拌桩作为止水帷幕，土钉水平与竖直间距都是1.5m，局部为1.5m×1.2m或1.2m×1.2m，土钉的钻孔直径为120mm，土钉为Ⅱ级钢筋，一次注浆，注浆压力为0.4Mpa，土钉体注浆材料采用水泥净浆，强度为20Mpa，土钉入射角10°，见图；b、广州火车站上部土层第一次先喷100mm，安设钢筋网，再喷50mm，下部岩层第一层喷50mm，安设钢筋网，再喷50mm，喷射混凝土为0.8Mpa防水混凝土，强度为C20，在混凝土喷射过程中设置的钢筋网φ8@200×200的钢筋网和一层二级钢筋φ16@1500×1500的加强钢筋网，钢筋网搭接长度为300mm，加强钢筋网采用焊接连接。水平位移量（mm）0510152025305-145-215-286-46-116-186-257-27-9日期水平位移（mm）水平位移量（mm）火车站基坑共分三个区，其中在南北两端（A、C区）采用人工挖孔桩，支撑采用预应力水泥砂浆锚杆。桩长20m，桩径φ1000，顶部加冠梁。锚杆用钢绞线，长21米，锚杆的钻孔直径φ150，锚杆的锚固段长10m，自由段长7m。c、三元里站人工挖孔桩的上部采用土钉墙围护5)土钉支护用于地铁车站基坑开挖的可行性①国外用于直立基坑的土钉支护最深达21m；②北京庄胜广场基坑16.2m，万富大厦16.8m，通港大厦17m等；③广州地区大量采用：东风路安倍工程16～18m，中旅大厦16～17m。林和西站土钉墙支护林和西站土钉墙支护汉溪站土钉墙支护汉溪站土钉墙支护广州东站土钉墙支护广州东站土钉墙支护四号线大小区间盾构始发井基坑深20m四号线大小区间盾构始发井基坑深22m6)土钉支护和复合土钉支护与连续墙和柱列式灌注桩挡墙不同，土钉支护的喷射混凝土面层并不是支护结构的主体，而且整个支护是与基坑挖土过程同时完成的。常用的土钉是钻孔注浆钉，以变形钢筋为中心体。在成孔困难的松散砂土、软粘土中也可击入钢管作为土钉体然后注浆。不注浆的击入钉可用角钢作钉体，它能立即起到稳定土体的作用。土钉支护的施工速度快、用料省、造价低；与桩墙支护相比，工期常可缩短一半以上，成本大概只及其三分之一。密集的土体群体与周围土体组成一整体，土钉在其中兼具加筋的作用，因此，土钉与土体之间的界面粘着力使其受拉并起作用，因而不同于主动压紧的预应力锚杆。土钉支护过程中可以根据现场的监测资料反馈进行信息化施工，这样使土钉施工的基坑能够保持相当高的安全可靠性。为了严格控制支护变形和在不良地层中施工，土钉支护可以和预应力锚杆联合使用，其特点是边开挖