地鐵車(chē)站地下連續(xù)墻支護(hù)設(shè)計(jì)

地鐵車(chē)站地下連續(xù)墻支護(hù)設(shè)計(jì)1大連地鐵2號(hào)線某車(chē)站工程概況2地下連續(xù)墻維護(hù)結(jié)構(gòu)2.1地下連續(xù)墻支護(hù)法：地下連續(xù)墻圍護(hù)呈封閉狀態(tài)，在深基坑開(kāi)挖后，加上內(nèi)支撐或錨桿，就可以起到擋土的作用，更加方便深基坑工程的施工。特別是當(dāng)今地下連續(xù)墻已經(jīng)發(fā)展到既是基坑施工時(shí)的擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，又可以作為擬建主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻（此時(shí)在墻體內(nèi)側(cè)宜加筑鋼筋混凝土襯套），即兩墻合一。地下連續(xù)墻按照施工材料的不同，可分為鋼筋混凝土連續(xù)墻、樁排式連續(xù)墻和水泥土地下連續(xù)墻。其施工工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：墻段剛度大，整體性好，因而結(jié)構(gòu)和地基變形都較小即可用于超深圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也可用于主體結(jié)構(gòu)；使用各種地質(zhì)條件。對(duì)砂卵石地層要求進(jìn)入風(fēng)化巖層時(shí)，鋼板樁難以施工，但卻可以采用合適放入成槽機(jī)構(gòu)施工的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)；可減少工程施工時(shí)對(duì)環(huán)境的影響。施工時(shí)振動(dòng)少，噪聲低，對(duì)周?chē)噜彽墓こ探Y(jié)構(gòu)和地下管線影響較小，對(duì)沉降及變位較易控制；可進(jìn)行逆筑法施工，有利于加快施工進(jìn)度，降低造價(jià)。由于地下連續(xù)墻具有整體剛度大和防滲性能好，適用于地下水位以下的軟粘土和砂土多種底層條件和復(fù)雜的施工環(huán)境，尤其是基坑底面以下有深層軟粘土需將墻插入很深的情況。但地下連續(xù)墻的造價(jià)高于鉆孔灌注樁與深層攪拌樁，因此要根據(jù)基坑開(kāi)挖深度，土質(zhì)情況和周?chē)h(huán)境情況，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較認(rèn)為經(jīng)濟(jì)合理才可采用。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)在軟土層中基坑開(kāi)挖深度大于10米，周?chē)噜徑ㄖ锶绲叵鹿芫€對(duì)沉降與位移要求較高，或用作主體結(jié)構(gòu)的一部分，或采用逆筑法施工時(shí)，可采用地下連續(xù)墻。對(duì)于江河沿海軟土地層以及地下水位較高，地下水量豐富且變化較大的底層的基坑開(kāi)挖采用地下連續(xù)墻支護(hù)最為經(jīng)濟(jì)且施工效果最為優(yōu)越，故被廣泛采用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)已施工完成的地下連續(xù)檣總面積達(dá)150萬(wàn)平方公里以上，已超過(guò)中國(guó)國(guó)土面積1/8.2.2本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案：由于本工程地鐵站位于大連市華城大廈與幸福路交匯處，車(chē)站東北面是商貿(mào)區(qū)，東南面是文娛和商業(yè)辦公區(qū)，有規(guī)劃中的大連歌劇院，博物館等，西南面是居住、商務(wù)區(qū)、有郵電大廈、人壽大廈、國(guó)貿(mào)大廈，西北角是搞成居住區(qū)，處于未來(lái)人口密集、交通繁忙區(qū)域，所以工程在施工中施工單位周邊可利用的土地及其狹小，再加大連市為全國(guó)著名旅游城市，全國(guó)生態(tài)文明建設(shè)示范城市，故在施工過(guò)程中對(duì)城市環(huán)境保護(hù)，噪聲控制，地下水環(huán)境污染等指標(biāo)的要求都十分嚴(yán)格。本工程工程地質(zhì)條件見(jiàn)分組如下：類(lèi)型類(lèi)型地質(zhì)描述厚度/m容重/KN·m-3黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/°素填土黃褐色，由碎石和粘性土組成，硬質(zhì)充填物含量70%，松散3161312粉質(zhì)粘土淤泥質(zhì)，灰黑色，可塑，飽和，具有腥臭味，上部含有壓入回填土3182324卵石灰黃色，飽和，稍密-中密，亞圓形主要成分為石英巖，粒徑20-80mm，含量60%間隙充填有砂土及粘性土3204326強(qiáng)風(fēng)化巖灰黃色，結(jié)構(gòu)大部分破壞，成分顯著交化節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎屑狀3243332中風(fēng)化板巖青灰色，板狀構(gòu)造，板理節(jié)理較發(fā)育，裂隙面多見(jiàn)黃褐色水銹，巖芯多呈塊狀，少量短柱狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬15256034本工程開(kāi)挖深度14m，地面超載g=65kN／m2，地下水位離地面2.2m，k=18000kN/m3h根據(jù)以上三點(diǎn)分析再結(jié)合以往在大連地區(qū)施工的工程經(jīng)驗(yàn)，超過(guò)14米的基坑開(kāi)挖宜采用地下連續(xù)墻法，所以在本工程中采用地下連續(xù)墻法作為支護(hù)結(jié)構(gòu)并設(shè)三道支撐。C30混凝土E=3×106t/m3。3圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3．1設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)方法基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用以分項(xiàng)系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為下列兩類(lèi)：承載能力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過(guò)大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)或基坑周邊環(huán)境破壞；正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)表2選用相應(yīng)的側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù)。表3-1基坑側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù)安全等級(jí)破壞后果重要性系數(shù)一級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過(guò)大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響很?chē)?yán)重1.10二級(jí)二級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過(guò)大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響一般1.00三級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過(guò)大變形對(duì)基坑周邊環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)施工影響不嚴(yán)重0.90注：有特殊要求的建筑基坑側(cè)壁安全等級(jí)可根據(jù)具體情況另行確定。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)水平變形、地下水的變化對(duì)周邊環(huán)境的水平與豎向變形的影響，對(duì)于安全等級(jí)為一級(jí)和對(duì)周邊環(huán)境變形有限定要求的二級(jí)建筑基坑側(cè)壁，應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境的重要性、對(duì)變形的適應(yīng)能力及土的性質(zhì)等因素確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形限值。當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)有地下水時(shí)，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地及周邊區(qū)域的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)型式等因素，確定地下水控制方法。當(dāng)場(chǎng)地周?chē)械乇硭畢R流、排瀉或地下水管滲漏時(shí)，應(yīng)對(duì)基坑采取保護(hù)措施。根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求，基坑支護(hù)應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容應(yīng)包括：1)根據(jù)基坑支護(hù)形式及其受力特點(diǎn)進(jìn)行土體穩(wěn)定性計(jì)算；2)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計(jì)算；3)當(dāng)有錨桿或支撐時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行承載力計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算。對(duì)于安全等級(jí)為一級(jí)及對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形有限定的二級(jí)建筑基坑側(cè)壁，尚應(yīng)對(duì)基坑周邊環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行驗(yàn)算。地下水控制驗(yàn)算：1)抗?jié)B透穩(wěn)定性驗(yàn)算；2)基坑底突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算；3)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地下水位控制計(jì)算。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)包括對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)及施工監(jiān)控的要求。當(dāng)有條件時(shí)，基坑應(yīng)采用局部或全部放坡開(kāi)挖，放坡坡度應(yīng)滿足坡穩(wěn)定性要求。3．2土壓力計(jì)算3．2．1計(jì)算參數(shù)表3-1開(kāi)挖基坑各土層參數(shù)類(lèi)類(lèi)型地質(zhì)描述厚度/m容重/KN·m-3黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/°素填土黃褐色，由碎石和粘性土組成，硬質(zhì)充填物含量70%，松散3161312粉粉質(zhì)粘土淤泥質(zhì)，灰黑色，可塑，飽和，具有腥臭味，上部含有壓入回填土3182324卵石灰黃色，飽和，稍密-中密，亞圓形主要成分為石英巖，粒徑20-80mm，含量60%間隙充填有砂土及粘性土3204326強(qiáng)風(fēng)化巖灰黃色，結(jié)構(gòu)大部分破壞，成分顯著交化節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎屑狀3243332中風(fēng)化板巖青灰色，板狀構(gòu)造，板理節(jié)理較發(fā)育，裂隙面多見(jiàn)黃褐色水銹，巖芯多呈塊狀，少量短柱狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬15256034基坑開(kāi)挖深度14m，地面超載g=65kN／m2，地下水位離地面2.2m，k=18000kN/m3h3．2．2土壓力計(jì)算方法1)靜止土壓力靜止土壓力是墻靜止不動(dòng)，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)作用于墻背的側(cè)向壓力。根據(jù)彈性半無(wú)限體的應(yīng)力和變形理論，z深度處的靜止土壓力為p0K0z（3-1）式中：—土的重度；KK—靜止土壓力，可由泊松比來(lái)確定，01。0一般土的泊松比值，砂土可取0.2～0.25，黏性土可取0.25～0.40，其相應(yīng)的K0值在0.25～0.67之間。對(duì)于理想剛體0,K00；對(duì)于液體0.5，K10。由式（3-1）可知，在均質(zhì)土中，靜止土壓力與計(jì)算深度呈三角形分布，對(duì)于高度為H的擋墻而言，取單位墻長(zhǎng)，則作用在墻上靜止土壓力的合力值E0為1EKH2 020 (3-2)E合力0的方向水平，作用點(diǎn)在距墻底H/3高度處。2)填土面水平時(shí)的朗肯土壓力朗肯土壓力理論認(rèn)為在垂直墻背上的土壓力，是相當(dāng)于達(dá)到極限平衡的半無(wú)限體中任一垂直截面上的應(yīng)力。當(dāng)?shù)孛嫠綍r(shí)，土體內(nèi)任一豎直面都是對(duì)稱(chēng)面，因此豎直和水平截面上的剪應(yīng)力等于零。3）主動(dòng)土壓力當(dāng)墻后填土達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用于任一z深度處土單元的豎直應(yīng)力zz應(yīng)是大主應(yīng)力1，而作用于墻背的水平向土壓力pa應(yīng)是小主應(yīng)力3。由土的強(qiáng)度理論可知，當(dāng)土體中某點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，大主應(yīng)力1和小主應(yīng)力3間應(yīng)滿足以下關(guān)系式：黏性土： tan2(45)2ctan(45) 1 3 2 2（3-3） tan2(45)2ctan(45) 或3 1 2 2（3-4）無(wú)黏性土：tan2(45) 1 3 2（3-5）tan2(45)或3 1 2（3-6）p，1z代入式（3-4）和（3-6），即得朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算公以3 a式為黏性土： pztan2(45)2ctan(45) a 2 2（3-7）pzK2cK 或a aa（3-8）無(wú)黏性土：pztan2(45) a 2（3-9）或pazKa（3-10）上面各式中：K—主動(dòng)土壓力系數(shù)，Katan2(452)；—墻后填土的a重度（kN/m3），地下水位以下取有效重度；c—填土的黏聚力（kPa)；—填土的內(nèi)摩擦角；z—計(jì)算點(diǎn)距填土面的深度（m）。由式（3-10）可知：無(wú)黏性土的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與深度z成正比，沿墻高壓E p力分布為三角形，作用在墻背上的主動(dòng)土壓力的合力a即為a分布圖型的面積，其作用點(diǎn)位置在分布圖型的形心處，土壓力方向?yàn)樗剑?1 EH2tan2(45) a2 2（3-11）1EH2K 或a2 a（3-12）3）被動(dòng)土壓力當(dāng)墻在外力作用下擠壓土體時(shí)，填土中任一點(diǎn)的豎向應(yīng)力zz仍不變，而水平向應(yīng)力卻由小到大逐漸增大，直至出現(xiàn)被動(dòng)朗肯狀態(tài)。此時(shí)，作用在墻面上的水平向應(yīng)力達(dá)到最大限值pp，即大主應(yīng)力1，而豎向應(yīng)力為小主應(yīng)力，即3。利用（3-3）和（3-5）可得被動(dòng)土壓力強(qiáng)度計(jì)算公式：黏性土：ppzK2cKppp（3-13）無(wú)黏性土：pzK p p（3-14） 式中:Kp Kptan2(452)。其余符號(hào)同前。—被動(dòng)土壓力系數(shù)，由上面兩式可知，黏性土的被動(dòng)土壓力隨墻高呈上小下大的梯形分布。