砂卵石地层中地铁车站深基坑围护结构计算

浅谈砂卵石地层中地铁车站深基坑围护结构计算摘要：本文通过对砂卵石地层中地铁车站深基坑围护结构设计的计算、钢支撑施工工艺方法的论述，以及对现场的实测数据的分析，提出了对钢支撑设置间距以及围护桩钢筋配置的建议。关键词：砂卵石地层；深基坑；围护结构；设计计算abstract：thisarticlethroughtothesandgravelstratuminsubwaystationdeepfoundationpitenclosurestructuredesigncalculation,steelsupportconstructiontechnologymethodsarediscussed,aswellasonthefieldmeasureddataanalysis,proposedtothesteelsupportspacingandfenderpilereinforcementsuggestions.keywords：sandycobblestratum;deepfoundationpit;enclosurestructure;designcalculation中图分类号：tv551文献标识码：a文章编号：1、工程概况成都地铁4号线中坝站位于成温公路与货运大道交叉口南侧，沿货运大道呈南北方向布置。车站全长173.2米，主体段标准宽度18.7米。地下二层两跨岛式明挖车站。本车站共设置四个出入口通道，6个风井，设两组低矮的敞口风亭。车站主体建筑面积3425m2，车站总建筑面积4530m2。工程水文地质概况：本车站内地表多为第四系人工填筑杂填土（q4ml），其下为第四系全新统冲洪积（q4al）粉土、细砂土、卵石土。地下水主要为卵石层中的孔隙潜水，主要赋存于全新统（q4）的砂、卵石土中，砂卵石层含水丰富，含水层总厚度约30m。车站主体结构基本位于该层砂、卵石土中，受地下水影响很大。2、基坑围护方案设计2.1水平位移、弯距、剪力计算本工程采用同济大学启明星基坑支护设计软件v4.0版进行计算及内力分析。模拟基坑开挖和回筑全过程，对围护桩的入土深度、稳定性、位移、受力及配筋进行计算。根据《建筑基坑支护技术规程》（jgj120-99）及《成都地铁4号线一期工程技术要求》相关规定：基坑安全等级按a级考虑，重要性系数1.10,地面最大沉降量≤0.15%h；支护结构最大水平位移≤0.2%h或≤30mm（二者取小值）。下面以编号wkz6(m4z3-zb-003)桩为例说明围护桩计算的各工况情况：基坑开挖深度16.6m，采用1200@1800灌注桩围护结构，桩长为18.9m，桩顶标高为-1.2m。计算时考虑地面超载20kpa。围护桩计算断面示意图如图1。共设3道支撑，支撑位置及相关数据见下表1。场地地质条件和计算参数见表2。工况相关数据表见表3。表1支撑位置及相关数据表2场地地质条件和计算参数表3、工况相关数据表位移、弯矩及剪力随深度变化包络图见下图。2.2车站围护桩的平面设计根据计算结果及成都地铁1、2号线的设计施工情况本站主体围护结构采用φ1200@2400/2200/1800/挖孔灌注桩+钢支撑支护形式,桩间距局部根据排桩情况调整，桩顶设置钢筋混凝土冠梁，截面b×h=1.2m×0.8m；设置三道支撑，水平间距4m左右。桩间采用c20钢筋网喷混凝土。2.3均匀配筋围护桩设计主体结构围护结构采用φ1200挖孔灌注桩,桩身混凝土强度等级c35；受力钢筋采用hrb235，箍筋采用hpb235；钢筋保护层厚度：桩芯为70，护壁为20。基坑下密实卵石层嵌固深度不小于3.5m。两端区间盾构宽度范围围护桩径φ1500@1800,采用玻璃纤维筋配筋。⑴主筋的计算桩截面取直径1.2m，取c35的混凝土，fc＝16.7n/mm，钢筋采用hrb335，强度设计值：fy＝300n/mm，fy’＝300，取70mm。根据基坑围护计算结果：m=1.1×1.25×2190.3=3011.7，计算需配筋as=20909.6mm实取as=22168.8mm配筋，全截面直径28mm的钢筋36根均匀排列⑵箍筋的计算经计算，围护桩采用螺旋箍筋，取φ12@200，在钢支撑处取φ12@100。对于wkz1、wkz1a，采用φ12@100玻璃纤维筋全部加密。2.4．钢支撑的计算：钢支撑计算时取受力最不利钢支撑，长度为22.7m，预加轴力最大2000kn，钢支撑采用φ600，14厚q235钢管；设置三道支撑，水平间距4m左右。3、钢管支撑施工⑴钢支撑采用φ600，δ=14mm的钢管，钢支撑装配件主要有钢围檩、固定端和活动端支座以及支座固定螺栓，支座牛腿、支座钢板等。按基坑设计宽度分段加工制作，钢管与围护桩之间的变化值，以及冠梁或腰梁差值均以钢楔块调整。钢支撑安装前检查临时支柱的垂直度，若不垂直要进行矫正；然后把所抬钢支撑的2h300×150×12×10抬梁安设在相邻两个临时支柱上，并且紧固好，预应力施加完成后用卡箍把钢支撑锁定在h型钢抬梁上。⑵、土方开挖到标高后，定出钢支撑位置，在工字钢上焊接角钢三角支架。钢围檩就位时，缓慢放在三角钢支架上。⑶、中间节段就地拼装，眼位对齐，同时保证活动端较宽位置支撑于腰梁上。端头安装先安装好固定螺栓，再安装吊环螺栓和角钢支架，待腰梁（钢围檩）固定好后再安装端头。活动端头示意如图3-1所示：⑷、钢支撑节段拼好后，进行吊装就位。用两台千斤顶在活动端按级差50kn逐级施加预应力，施加预应力值按设计要求（本站标准段预加力分别为第一道支撑250kn，第二道支撑700kn，第三道支撑600kn），根据以往类似基坑工程钢支撑施工经验加至设计支撑轴力的60%无明显衰减时停止，以液压表读数计算预加力为控制依据。⑸钢支撑一端为固定支座，另一端为活动支座。钢支撑预加轴力依靠两台液压千斤顶完成，通过管箍顶住钢管支撑上的两个钢支托将预加轴力传递给钢管支撑，支撑安装完毕后，其端面与围檩侧面平行，及时检查各节点的连接状况，经确认符合要求后方可施加预压力，完成后其端板处空隙应用微膨胀高标号水泥砂浆或细石混凝土填实。⑹钢支撑端部设φ16钢筋吊环，通过钢丝绳或钢筋连系在钻孔排桩上，以防坠落。施加预应力后嵌入的钢垫块用φ6钢筋焊接串联在一起。钢支撑剖面图如图3-2所示。4、监测结果在基坑开挖过程中，对地表、围护桩、钢管支撑、地下水位等项目的位移进行了监测。监测结果见表4。表4中坝站主要监测项目监测最大值4.1、桩体的侧向位移在支护灌注桩内埋设了26根测斜管，埋深16m，用测斜仪量测墙体的侧向位移，最大位移为14.86mm，产生的位置在桩顶以下3.5m左右。4.2桩顶水平位移支护桩顶水平位移是通过在锁口圈梁内测的测点用经纬仪进行观测，观测结果表明，在基坑开挖深度小于6m时，支护桩顶部皆向坑内变形，最大水平位移为5.59mm(编号s7)，发生在基坑长向中段。基坑四角处空间刚度大，位移只有2mm左右，当挖深度超过6m后，支护桩顶部水平位移由停止发展逐渐向坑外变形，到挖深11m时桩顶向坑外位移最大达18mm。