沈陽地鐵南京街站基坑圍護方案研究摘 要:根據沈陽地鐵南京街站基坑所處的工程、水文地質條件,確定了選擇圍護結構形式的主要原則,介紹了幾種常見的基坑圍護方案,著重論述了該工程采取的鉆孔灌注樁與鋼管支撐聯合作用的圍護結構形式,供類似工程參考。關鍵詞:基坑,圍護結構,鉆孔灌注樁1 工程概況 南京街站位于南京街與中華路交叉口以東,沿中華路東西向布置,站址范圍中華路為沈陽市商業繁華區,街道兩側商店、高層建筑林立、地面交通繁忙且道路較窄(20m)。車站西側為外匯商品大樓及建設銀行,北側是遼寧省總工會及工商銀行南站支行,南側均為商業建筑。車站西北端有一塊新拆遷空地及外貿商品大樓、西南端為沈陽聯營公司、東南端為正在修建的曼哈頓廣場、東北端為遼寧省建行沈陽營業部等高層。2 工程地質及水文地質2.1 工程地質 車站建筑場地地勢平坦,西部高東部低,地表相對高差1.94m。場地地貌類型屬第四系渾河新扇。車站范圍內地層為第四系全新統人工填筑層(Q4ml)、第四系渾河新扇(Q41al+pl)、第四系上更新統渾河老扇(Q32al+pl)。各地層描述如下: 1)第四系全新統人工填筑層(Q4ml)。雜填土:位于中華路與南京街交匯處附近街道兩側及綠化地段,雜填土主要由碎石類土、砂類土、粘性土及建筑垃圾等組成,稍濕,松散~稍密狀態;位于中華路與南京街道路部分,雜填土卵、碎石、砂類土、粘性土及建筑垃圾組成。該層上部多為0.10m~0.20m瀝青路面。 2) 第四系渾河新扇(Q41al+pl)。粉質粘土:黃褐色~黑褐色,含有鐵錳質結核及云母碎片,可塑狀態,稍有光滑,搖振反應無,干強度中等,韌性中等。局部夾有粉、細砂。中、粗砂:黃褐色~灰褐色,級配不良,石英、長石質,含1%~19%礫石,偶見卵石,可見最大粒徑約50mm,一般上部為中砂,向下粒徑加大,逐漸變為粗砂,稍濕~飽和,中密~密實。 3) 第四系上更新統渾河老扇(Q32al+pl)。粉質粘土:黃色,含少量鐵錳質結核,可塑,局部軟塑,稍有光滑,無搖振反應,干強度中等,韌性中等。局部混中砂顆粒,夾細砂薄層。2.2 水文地質 1)地下水賦存條件及含水層性質。該場區粉質粘土分布較連續,將該區地下水分為兩層:上層為第四系孔隙潛水,賦存于礫砂中,靜止水位6.50m~12.50m;下層水為承壓水,賦存于中、粗砂和礫砂層中。 2)地下水補給、排泄、徑流條件。該場地地下水的補給主要是大氣降水、地表人工河渠垂向滲透補給及渾河側向滲透補給,地下水水位季節性變幅在0.5m~2.0m,地下水的排泄主要為地下水向下游徑流排泄和地下水人工開采。在枯水期地下水向渾河等地表水系的排泄,同時有少量的地面蒸發排泄。場地地下水徑流條件良好,地下水流向基本是由東向西流,但由于市內有較多的人為開采,使得局部地下水流向有所變化。3 圍護結構方案比選3.1 選擇圍護結構形式的主要原則 基坑圍護形式多種多樣,具體選擇時根據工程地質及水文地質條件、基坑深度、地面建筑及道路交通情況、周邊環境等,結合工程地質和水文地質條件及對周邊環境保護的要求確定。所選定的圍護結構,首先應具有施工的可行性、應能滿足根據站位環境所確定的基坑保護等級對基坑水平位移和地表沉降的限制要求,在滿足上述要求的前提下,再經技術、經濟比較后確定最終的圍護結構形式。3.2 南京街站基坑的主要特點 南京街站主體標準段為地下兩層,開挖深度約16.9m,盾構端頭井處開挖深度約18.9m,基坑開挖深度較深,由于周邊建筑物多并且比較重要,因此,車站主體基坑圍護結構安全等級為一級,基坑環境保護等級為一級,地面最大沉降量不大于0.15%H(H為基坑開挖深度),圍護結構最大水平位移不大于0.2%H且不大于30mm;即地面最大沉降量25.35mm(標準段),28.35mm(端頭井段);圍護結構最大水平位移30mm(標準段),30mm(端頭井段)。3.3 常見基坑圍護方案 根據南京街站工程情況及基坑特點,車站基坑可采用的圍護結構形式主要有地下連續墻、鉆孔灌注樁、SMW工法樁、鉆孔咬合樁、TRD工法樁等。 地下連續墻位于飽水軟弱地層,如飽水砂層、飽和的淤泥土層等。在此類土層中地下連續墻既可以控制土壓力,又可以有效地阻隔地下水,同時還可以作為車站結構的一部分,因此在軟土地區得到廣泛應用。 鉆孔灌注樁是采用排樁樁墻來擋土和防水,實現基坑的圍護,具有較廣的土層適用范圍。該工法在北京、廣州、深圳、沈陽等地鐵工程中都有應用。 SMW工法樁是在水泥土攪拌樁內插入H型鋼或其他種類的勁性材料,來增強水泥土攪拌樁抗彎、抗剪能力。以其做成的基坑圍護結構同時具有較好的防水功能,在6m~10m深的基坑中具備技術優勢,與地下連續墻相比,SMW工法樁施工速度快,施工占地少,無污染。同時由于型鋼可以拔出回收,造價低廉。因此,此方法在上海和南京地鐵車站的出入口基坑圍護中得到廣泛應用。 鉆孔咬合樁是近年來開發的一種基坑圍護結構新工法,采用全套管鉆機成孔,相鄰樁采用素混凝土和鋼筋混凝土間隔布置并相互咬合排列。與其他類型灌注樁相比具有不坍孔、成樁質量好、防水效果好、成樁效率高、造價低、施工無污染等優點,在軟土地層,尤其在富水軟土地層中施作圍護結構具有明顯優勢。該技術已在深圳地鐵金益區間等明挖基坑施工中成功應用,并已推廣應用于杭州等地區的基坑圍護結構的施工。
3.4 南京街站基坑圍護方案 1)方案簡介。根據上述分析,南京街站主體標準段采用Φ1000@1300mm鉆孔灌注樁,樁長為23.0m,樁底穿透粉質粘土層,插入中、粗砂層或礫砂層中。端頭井段采用Φ1000@1300mm鉆孔灌注樁,樁長為26.0m,樁底穿透粉質粘土層,插入礫砂層中。橫撐采用Φ600鋼管,壁厚t為14mm,16mm,橫撐水平間距一般為3.5m左右,橫撐布置應避開主體結構立柱。標準段豎向采用三道支撐,盾構井處豎向采用四道支撐。 2)計算軟件。本設計采用北京理正軟件設計研究院的深基坑軟件(V5.22)進行計算。 3)荷載及組合。a.永久荷載。結構自重按實際重量計算,鋼筋混凝土重度按25kN/m3計; 側壓力除砂層按水土分算外,其他粘性土層均按水土合算;靜水壓力采用全水頭(勘探期間的穩定高水位)進行計算。 b.可變荷載。施工期間基坑側面超載一般按20kPa計,盾構端頭井側面超載按30kPa計。 4)計算結果。支撐及鉆孔灌注樁內力及位移包絡圖如圖1所示。根據上面計算結果看,標準段圍護結構最大水平位移為17.63mm,最大設計軸力分別為:第一道539.27kN,第二道2575.64kN,第三道2252.88kN。端頭井處圍護結構最大水平位移為19.65mm,最大設計軸力分別為:第一道359.06kN,第二道2390.74kN,第三道2574.69kN,第四道1609.21kN,當拆除第三道支撐時,應進行支撐倒換,換撐設計軸力為2052.78kN。經驗算,圍護結構滿足強度、整體穩定性和變形等要求。4 結語 從上述分析可以看出,在沈陽地區用明挖法修建地鐵時,只要設計參數得當,采用鉆孔灌注樁與鋼管支撐聯合作用的圍護結構形式是比較可行的。參考文獻:[1]GB50157-2003,地鐵設計規范[S].[2]GB50010-2002,混凝土結構設計規范[S].[3]JGJ120-99,建筑基坑支護技術規程[S].[4]GB50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].[5]JGJ79-2002,建筑地基處理技術規范[S].
3.4 南京街站基坑圍護方案 1)方案簡介。根據上述分析,南京街站主體標準段采用Φ1000@1300mm鉆孔灌注樁,樁長為23.0m,樁底穿透粉質粘土層,插入中、粗砂層或礫砂層中。端頭井段采用Φ1000@1300mm鉆孔灌注樁,樁長為26.0m,樁底穿透粉質粘土層,插入礫砂層中。橫撐采用Φ600鋼管,壁厚t為14mm,16mm,橫撐水平間距一般為3.5m左右,橫撐布置應避開主體結構立柱。標準段豎向采用三道支撐,盾構井處豎向采用四道支撐。 2)計算軟件。本設計采用北京理正軟件設計研究院的深基坑軟件(V5.22)進行計算。 3)荷載及組合。a.永久荷載。結構自重按實際重量計算,鋼筋混凝土重度按25kN/m3計; 側壓力除砂層按水土分算外,其他粘性土層均按水土合算;靜水壓力采用全水頭(勘探期間的穩定高水位)進行計算。 b.可變荷載。施工期間基坑側面超載一般按20kPa計,盾構端頭井側面超載按30kPa計。 4)計算結果。支撐及鉆孔灌注樁內力及位移包絡圖如圖1所示。根據上面計算結果看,標準段圍護結構最大水平位移為17.63mm,最大設計軸力分別為:第一道539.27kN,第二道2575.64kN,第三道2252.88kN。端頭井處圍護結構最大水平位移為19.65mm,最大設計軸力分別為:第一道359.06kN,第二道2390.74kN,第三道2574.69kN,第四道1609.21kN,當拆除第三道支撐時,應進行支撐倒換,換撐設計軸力為2052.78kN。經驗算,圍護結構滿足強度、整體穩定性和變形等要求。4 結語 從上述分析可以看出,在沈陽地區用明挖法修建地鐵時,只要設計參數得當,采用鉆孔灌注樁與鋼管支撐聯合作用的圍護結構形式是比較可行的。參考文獻:[1]GB50157-2003,地鐵設計規范[S].[2]GB50010-2002,混凝土結構設計規范[S].[3]JGJ120-99,建筑基坑支護技術規程[S].[4]GB50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].[5]JGJ79-2002,建筑地基處理技術規范[S].
