深圳地鐵文化中心站土釘墻錨索組合支護(hù)設(shè)計(jì)
摘 要: 概括介紹了深圳地鐵文化中心站基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、構(gòu)造要求以及造價(jià)分析等,以期對同類型的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)有所幫助。關(guān)鍵詞:基坑支護(hù);土釘墻;錨索;造價(jià)1 工程概況
地鐵文化中心站是深圳地鐵一期工程4 號線終點(diǎn)站,站址位于蓮花山南側(cè),為臺地地貌,地形較平坦,地面無建筑物。車站采用明挖法施工,基坑長169. 9 m , 寬36. 1～73. 6 m , 平均開挖深度為16. 8 m。站區(qū)內(nèi)上覆第四系統(tǒng)中更新統(tǒng)殘積層(Oe1 2) ,下伏燕山期花崗巖(γ3 5) ,局部夾輝綠巖巖脈,土層物理力學(xué)參數(shù)分述如下:
(1) 第四系中更新統(tǒng)殘積層(Qe1 2)
① 礫質(zhì)粘性土。堅(jiān)硬至可塑,厚0～13. 4 m , fk = 230 kPa 。
② 礫質(zhì)粘性土。硬塑至軟塑,厚0～11. 8 m , fk = 200 kPa 。
(2) 燕山期花崗巖(γ3 5)
① 全風(fēng)化巖。呈土夾砂礫狀,厚0. 4～10. 5 m , fk = 300 kPa 。
② 強(qiáng)風(fēng)化巖。呈碎塊狀,厚0. 4～10. 5 m , fk = 500 kPa 。
③ 中等風(fēng)化巖。巖芯呈短柱狀,厚0～1. 0 m , fk = 1 000 kPa 。
④ 微風(fēng)化巖。巖芯呈柱狀,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖質(zhì)較堅(jiān)硬, fk = 1 500 kPa 。
(3) 輝綠巖
① 中等風(fēng)化巖。巖芯呈短柱狀,厚0～1. 2 m , fk = 1 000 kPa 。
② 微風(fēng)化巖。巖芯呈柱狀,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖質(zhì)較堅(jiān)硬, fk = 1 500 kPa 。
車站范圍內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水及少量基巖裂隙水,水位埋深2. 8～4. 3 m , 變幅1. 0 m 左右, 主要補(bǔ)給源為大氣降水。礫質(zhì)粘性土滲透系數(shù)為 0. 8 m/ d , 砂質(zhì)粘性土滲透系數(shù)為0. 8 m/ d , 全風(fēng)化花崗巖滲透系數(shù)為1. 0 m/ d , 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖滲透系數(shù)為2. 5 m/ d 。
2 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)
文化中心站施工場地開闊,地面無建筑,施工與交通基本無干擾,故采用明挖法施工,基坑平均開挖深度為16. 8 m ; 結(jié)合深圳地區(qū)的基坑支護(hù)經(jīng)驗(yàn),根據(jù)該站位的地質(zhì)資料,確定方案。由土釘墻+ 預(yù)應(yīng)力錨索。邊坡坡率為1∶0. 3 。見表1。
表1 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表
同濟(jì)大學(xué),現(xiàn)從事城市軌道交通設(shè)計(jì)工作。
3 文化中心站土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)3. 1 支護(hù)形式設(shè)計(jì)
受用地紅線的制約,并結(jié)合主體結(jié)構(gòu)斷面,文化中心站土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)為3 種形式:
(1) 坡率1 :0. 3 的單坡,共13 排土釘,從坡頂向下第3 排和第7 排跳打預(yù)應(yīng)力錨索,錨索部位下設(shè)連續(xù)鋼筋混凝土暗梁,暗梁尺寸300 mm ×400 mm 。
(2) 支護(hù)設(shè)計(jì)為上下兩段墻體,中間設(shè)0. 63 m 寬的平臺,上段墻體平均高為10. 33 m , 下段墻體高6. 42 m , 坡率為1 :0. 3 , 共13 排土釘,從坡頂向下第3 排和第7 排跳打預(yù)應(yīng)力錨索,錨索部位下設(shè)連續(xù)鋼筋混凝土暗梁,暗梁尺寸300 mm ×400 mm 。
(3) 支護(hù)設(shè)計(jì)為上下兩段墻體,中間設(shè)2. 62～ 2.78 m 寬的平臺,上段墻體平均高10. 33 m , 下段墻體高6. 42 m , 坡率均為1 :0. 3 , 共13 排土釘,從坡頂向下第3 排跳打預(yù)應(yīng)力錨索,錨索部位下設(shè)連續(xù)鋼筋混凝土暗梁,暗梁尺寸300 mm ×400 mm 。
3. 2 土釘設(shè)計(jì)
土釘是置于基坑邊坡土體中,以較密間距排列的細(xì)長金屬桿,土釘依靠它與土體接觸面上的摩擦力,與其周圍土體形成一個(gè)有自承能力的擋土墻體系。設(shè)計(jì)中考慮到場地土質(zhì)條件較好,易于成孔,故采用注漿錨桿為土釘。根據(jù)深圳地區(qū)規(guī)范并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn),初步選定土釘長度L = 0. 8 h(h 為基坑高度),進(jìn)而對土釘抗拔力作檢算,使土釘長度同時(shí)滿足基坑整體穩(wěn)定和釘體內(nèi)部穩(wěn)定。從理論上講,土釘?shù)膬A角為水平最好,但是考慮到諸多施工因素及注漿效果,土釘與水平面之間設(shè)計(jì)為10°的傾角。土釘采用C20 水泥砂漿為注漿材料,上墻段利用自重壓力滲透注漿,下墻段土釘需要有較高的抗拔力, 故采用壓力注漿,注漿壓力為0. 3～0. 5 MPa 。
3. 3 錨索設(shè)計(jì)
預(yù)應(yīng)力錨索與錨桿有相似之處,但作用機(jī)理不同,預(yù)應(yīng)力錨索主要作用是約束土釘墻的位移,它分為錨固段和自由段。錨固段產(chǎn)生的拉力沿自由段并通過錨座傳遞到腰梁,再由腰梁傳給土釘墻,決定拉錨結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定的關(guān)鍵因素是相鄰?fù)馏w能否提供足夠的抗力,以限制結(jié)構(gòu)位移。文化中心站的預(yù)應(yīng)力錨索采用3 根7Φ5 的鋼絞線,錨索鉆孔孔徑150 mm , 錨索極限抗拔力為400 kN , 設(shè)計(jì)最大軸向力為250 kN , 張拉鎖定拉力為200 kN 。
3. 4 網(wǎng)噴混凝土設(shè)計(jì)
噴射混凝土采用C20 早強(qiáng)混凝土, 厚度100 mm ; 鋼筋網(wǎng)選用Φ8 Ⅰ 級鋼,間距200 mm ×200 mm , 鋼筋之間搭接考慮到方便施工的角度,沒有要求做彎鋼,長度定為400 mm , 網(wǎng)片的接頭宜采用搭接加點(diǎn)焊,加強(qiáng)處采用焊接。
3. 5 降水井設(shè)計(jì)
在坑外設(shè)深井井點(diǎn)降水,井的深度根據(jù)降水曲線的坡度確定,為24 m ; 井點(diǎn)數(shù)量經(jīng)基坑涌水量計(jì)算確定,共46 孔,井點(diǎn)間距為12～15 m 。由于基坑兩端較寬,故有8 個(gè)井點(diǎn)布置在基坑內(nèi)。
3. 6 監(jiān)測設(shè)計(jì)
監(jiān)測是土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)信息化設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的依托,還是土釘墻支護(hù)成功與否的保障。文化中心站基坑共設(shè)7 項(xiàng)監(jiān)測內(nèi)容,詳見表2 。
表2 監(jiān)測項(xiàng)目及頻率
土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)有其特定的適用范圍,對地質(zhì)條件、地面及地下空間環(huán)境要求較高。但由于其設(shè)備投入少、工期短、造價(jià)省、無噪音,以及信息化設(shè)計(jì)施工、動態(tài)管理易于保證支護(hù)安全,正逐步得到研究和推廣。通過文化中心站土釘墻錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),在土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
(1) 在設(shè)計(jì)中,主動土壓力的計(jì)算是個(gè)關(guān)鍵。基坑分層開挖,土釘逐排安設(shè),土壓力是不斷重新分布和變化的。這是因?yàn)樵谕翂毫ψ饔孟?土釘墻發(fā)生側(cè)向位移,導(dǎo)致側(cè)向土壓力釋放,不但減小了主動土壓力,而且促使具有足夠柔性的噴射混凝土面層通過鋼筋網(wǎng)將土壓力轉(zhuǎn)移,并利用土釘傳遞回穩(wěn)定
