深圳某地铁车站围护结构方案比选与设计论文

深圳某地铁车站围护结构方案比选与设计摘要：文章简单介绍了深圳市城市轨道交通7号线工程新洲站的围护结构方案比选和设计。通过对围护结构受力和变形的计算分析，整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起的验算，认真分析，总结经验，期望对今后同类型工程计算分析有所帮助。关键词：深圳地铁围护结构方案比选计算分析abstract:thepaperintroducedtheshenzhenurbanrailtransitlineno.7localengineeringthepalisadestructureofthestandingofthealternativeschemesanddesign.throughtothepalisadestructureforceanddeformationofcalculationandanalysis,andtheoverallstability,resistiveoverturningstability,fighttheswellofchecking,carefulanalysis,summarizingtheexperience,toexpectinthefuturesimilarengineeringcalculationandanalysistohelp.keywords:shenzhensubwaypalisadestructureschemeisselectedcalculation中图分类号：tu834.8+51文献标识码：a文章编号：工程概况：新洲站位于深圳市福田区福强路与新洲三街交叉口。线路穿行于福强路地下，途经密集建筑物，车站东北侧为绿景花园和祥云·天都世纪商业中心，西南侧为深发展公寓楼和元盛兴苑居民房。其中车站主体围护结构距元盛兴苑最近，最近处为距元盛兴苑挑檐2.9m。车站为地下二层岛式站台，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。站台宽11m，有效站台长度140米。标准段结构形式为地下二层单柱双跨钢筋混凝土框架结构。车站有效站台中心里程：dk15+788.098，车站起点里程：dk15+657.398，车站终点里程：右dk15+885.898，全长228.5m。车站顶板覆土厚度约3.5~4.3m。标准段结构外皮净高14.04m，结构外皮净宽20.20m；两端盾构井下沉1.10m，结构外皮净高15.24m。本站两端均为盾构区间，在新洲站两端始发。工程地质及水文地质：2.1工程地质：车站所在场地地质构造主要表现为燕山期花岗岩岩浆侵入作用，花岗岩在风化作用下形成残积层，地表为人工素填土及道路路面。主要地层包括：①1素填土、①2素填土、⑤11砾砂、⑦1砾质黏性土、⑧1全风化花岗岩、⑧2强风化花岗岩、⑧3中等风化花岗岩、⑧4微风化花岗岩。表一：岩土物理力学指标设计参数建议值表地层编号岩土名称基床系数快剪三轴剪切试验垂直水平内摩擦角粘聚力不固结不排水固结不排水总应力总应力有效应力kvkxφqcqφuucuuφcuccuφ′cuc′cumpa/mmpa/m°(kpa)°kpa°kpa°kpa⑤11砾砂30.5⑦1砾质粘性土356224.025.915.715.223.520.027.025.0⑦2砂质粘性土303518.515.09.516.521.522.525.527.5⑧1全风化花岗岩40177.728.427.811.518.525.525.028.530.0⑧2强风化花岗岩80185.726.533.113.522.527.528.530.5352.2水文地质：本场地地下水按赋存条件主要分为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在第四系砂层及残积层中。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强～中等风化层中，略具承压性。本次勘察期间地下水位埋深2.7～6.2m，水位高程3.3～-0.73m。地下水的排泄途径主要是蒸发和以径流方式流入河水和海水。补给来源主要为大气降水及地表水的渗透。对混凝土结构弱至微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替条件下具弱至微腐蚀性，在长期浸水条件下具微腐蚀性。基坑支护结构方案比选：新洲站位于福强路与新洲三街交叉口处，沿福强路南侧布置，呈大致东西走向。车站南侧有金地装饰城（砼6）、深发展公寓楼（砼8），元盛兴苑（砼8）、沙尾东村农民房。车站南侧离建筑物较近，利用北侧辅道、人行道、绿地疏解后可满足明挖基坑开挖条件，根据场地周边环境、地质情况，可采用明挖法施工。3.1、基坑支护施工：在深圳地铁一、二期工程中应用较多且比较成熟的支护结构形式有地下连续墙和套管钻孔灌注咬合桩，深圳地区深基坑支护结构形式还有钻孔灌注桩+桩间旋喷桩止水、钻孔灌注桩+水泥搅拌桩止水帷幕和smw工法等。由于smw工法适用于较浅的基坑，对本站主体围护结构施工不适用，因此本站的基坑围护结构从钻孔灌注桩、套管钻孔灌注咬合桩及地下连续墙之间进行比较。表二：基坑围护结构比较表型式项目钻孔灌注桩+旋喷桩套管钻孔灌注咬合桩地下连续墙对地层的适用性对地层、地质条件、基坑深浅等条件适应性好，但对于碎石粘土则不宜采用主要适用于厚的淤泥和砂层等软弱地层；也可用于粘性土层和半土半石的地层整体性好，稳定性强，对地层、地质条件、基坑深浅等条件适应性好，但在中风化以下岩层中成槽较难桩径（墙厚）1.2m1.2m0.8m防水效果结构防水性能取决于旋喷桩施工质量本身防水性能较好防水效果取决于墙接头的质量对环境的影响无震害，无噪音，无挤土效应，控制基坑变形较好无泥浆，噪音低，无振动，沉降及变位容易控制施工无噪音、无振动，周围地面沉降较小，泥浆需妥善处理施工操作难易程度桩的倾斜度和平整度不易控制，旋喷桩止水效果不易保证桩的倾斜度和平整度不易控制，桩体的咬合质量不易保证墙面粗糙程度不易控制，且直接影响工期和造价机械要求程度一般一般需要一定数量的专用成槽设备施工进度快较慢较慢场地占用一般一般较大造价一般较高较高3.2、内支撑体系比选内支撑体系的选择应根据基坑土质情况、基坑深度、周边环境情况以及围护结构的形式确定。明挖法施工，围护结构的支撑系统可采用钢支撑或锚杆（索）。锚杆（索）可为施工提供开敞的场地，但要耗费大量的钢材，价格较贵，且锚杆（索）设计长度需深入邻近建筑物规划红线和地界或与密集的地下管线发生干扰。因此，本站基坑不推荐采用锚杆（索）支撑体系。钢支撑适用于基坑宽度不大的车站，能承受较大的支撑轴力，可以倒换使用，较为经济。故本设计推荐基坑支护内支撑体系采用钢支撑。3.3、围护结构方案选定本站地质条件较差，基坑所处地层有素填土、砾砂、砾质粘性土、全、强风化花岗岩，车站底板处于砾质粘性土，东端局部是全、强风化岩。结合本站的地质条件和环境条件，选用地下连续墙满足基坑开挖要求。车站基坑为长方形，内支撑体系采用比较安全可靠、可重复使用、较经济的钢管内支撑方案，同时考虑到车站周边建筑物密集，交通流量大，首层支撑考虑采用钢筋混凝土支撑。围护结构计算根据《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》（sjg-05-96），主体基坑深约18.1m~18.8m，基坑呈长方形，基坑安全等级为一级，最大水平位移允许值30mm（0.25%h＝45mm），基坑支护采用800mm厚地下连续墙。基坑竖向设置4道支撑。第一道支撑采用砼支撑，间距按9m考虑；其他支撑采用q235钢的直径φ609mm、壁厚t=16mm的钢管支撑，支撑水平间距按3m考虑。四道支撑布置情况：第一道支撑轴线位置在冠梁中线上，第二撑支撑轴线距离第一道支撑轴线约3.5m，第三道支撑轴线距离第二道支撑轴线为3.8m，隔一道双拼，第四道支撑轴线距离第三道支撑轴线5.0m。4.1、计算图示及荷载图示围护结构受力计算模拟施工全过程，荷载按“增量法”原理进行。围护结构内力按弹性地基杆系有限元法计算分析，模拟开挖、支撑、拆撑的实际施工过程，基坑外侧土压力按朗肯主动土压力计算。施工阶段，在粘性土中采用水土合算，砂性土中采用水土分算的办法。在使用阶段，无论砂性土或粘性土都应根据正常的地下水位按全水头进行水土分算，主体结构按静止土压力进行计算。开挖面以下用一组弹簧模拟地层水平抗力。钢筋混凝土自重按25kn/m3计，地面超载按20kn/m2计。计算简图见图一：图一：围护结构计算图式4.2、入土深度的确定基坑支护连续墙底基本位于砾质粘性土土，全、强风化岩，经验算，并根据深圳地铁一、二期工程中的成功经验，地连墙入土深度不小于6m。4.3、计算结果及分析围护结构整体稳定计算采用瑞典条分法，应力状态为总应力法，条分法中的土条宽度为0.5m。车站基坑深度按最深处18.6m计算，围护结构内力、位移包络图见图5.1-2，地表沉降图见图5.1-3。车站基坑竖向设4道支撑，支撑设计轴力（标准值）为：第一道n＝1322kn，第二道n＝1555kn，第三道n＝2481kn，第四道n＝2205kn，围护结构计算最大水平位移15.26mm＜30mm。计算结果表明，整体稳定安全系数ks＝1.454抗倾覆安全系数ks＝2.012＞1.200，满足规范要求。抗隆起安全系数k＝5.268＞1.30，满足规范要求。地表最大沉降量24mm＜30mm。图二：围护结构内力、位移包络图图三：地表沉降图根据计算分析结果，本车站围护结构采用800mm厚地下连续墙，墙配筋：迎土侧φ25@100，背土侧φ32@100，主筋配筋率1.6%，支撑验算满足稳定性要求。计算中相关参数确定：5.1、内支撑支锚刚度的计算：可以参考《建筑基坑支护技术规程》（jgj120-99）附录c公式c.2.2进行计算：osw”b”_fkt=式中kt——支撑结构水平刚度系数；α——与支撑松弛有关的系数，取0.8~1.0；e——支撑构件材料的弹性模量；a——支撑构件断面面积；l——支撑构件的受压计算长度；s——支撑的水平间距；sa——根据本规程第4.2.1条规定，地下连续墙的计算宽度可取单位宽度或一个墙段。5.2、内支撑材料抗力的计算：式中t——内支撑材料抗力；——与工程形式有关的调整系数（经验调整）；——与内支撑长细比有关的调整系数（结构手册）；,——内支撑抗压、抗拉强度设计值。5.3、土层参数中粘聚力、内摩擦角的确定：进行主动土压力及被动土压力计算及抗倾覆稳定性计算时，对粘土和粉质粘土宜采用直剪固结快剪或三轴固结不排水试验参数；对饱和粘土、砂土和碎石可根据试验按经验估算其有效内摩擦角；抗隆起稳定性计算，应采用直剪快剪试验或三轴不固结不排水试验；整体稳定、局部稳定以及抗滑稳定性计算，当最危险滑动面所穿过的土体为一般粘性土时，宜采用固结快剪或三轴固结不排水试验所求得强度参数；当为砂土和碎石土时宜采用有效强度参数；当为饱和软粘性土时，宜采用直剪快剪或三轴不固结不排水试验。参考文献：1、《深圳市基坑支护技术规范》sjg05-20112、《建筑基坑支护技术规程》jgj120-99注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。