荷載結(jié)構(gòu)模型和地層結(jié)構(gòu)模型計(jì)算實(shí)例北京地鐵十號線八達(dá)嶺高速站明挖暗挖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

/1.3結(jié)構(gòu)統(tǒng)一技術(shù)要求1.3.1.地下鐵道結(jié)構(gòu)中主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)運(yùn)用年限為100年，主要構(gòu)件是指結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)（梁、板、墻、柱）及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。相應(yīng)結(jié)構(gòu)牢靠度理論的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期均采納50年。1.3.2.地下鐵道結(jié)構(gòu)中永久構(gòu)件的平安等級為一級，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)γ0取1.1；臨時(shí)構(gòu)件的平安等級為三級，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)γ0取0.9；在人防荷載或地震荷載組合下，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)γ0取1.0。1.3.3.地下鐵道結(jié)構(gòu)的地震作用按8度設(shè)防，地下結(jié)構(gòu)框架柱的抗震等級暫按三級，梁、板、墻等構(gòu)件暫按四級。待“北京地鐵十號線場地地震平安評估報(bào)告”完成后，依其為設(shè)計(jì)依據(jù)。1.3.4.地下結(jié)構(gòu)中露天或和無侵蝕性的水或土壤干脆接觸的迎土面混凝土構(gòu)件的環(huán)境類別為二類，非迎土面及內(nèi)部混凝土構(gòu)件的環(huán)境類別為一類，兩者均視為一般環(huán)境條件。1.3.5.結(jié)構(gòu)構(gòu)件在永久荷載和基本荷載組合作用下，應(yīng)按荷載短期效應(yīng)組合并考慮長期效應(yīng)組合的影響進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫驗(yàn)算。二類環(huán)境混凝土構(gòu)件的裂縫寬度（迎土面）應(yīng)不大于0.2mm，一類環(huán)境（非迎土面及內(nèi)部混凝土構(gòu)件）混凝土構(gòu)件的裂縫寬度均應(yīng)不大于0.3mm，混凝土管片內(nèi)外側(cè)的裂縫寬度應(yīng)不大于0.2mm。當(dāng)計(jì)及地震、人防或其他偶然荷載作用時(shí)，可不驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。1.3.6.地下鐵道結(jié)構(gòu)中主要構(gòu)件的耐火等級為一級。1.3.7.在規(guī)定的設(shè)防部位，地下結(jié)構(gòu)按5級人防的抗力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算。1.3.8.當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)處于有侵蝕地段時(shí)，應(yīng)實(shí)行抗侵蝕措施，混凝土抗侵蝕系數(shù)不得低于0.8。2.工程概況八達(dá)嶺高速站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式為兩端明挖、中間暗挖車站，其中兩端明挖部分為地下雙層三跨島式車站，車站中部過健德橋部分采納分別暗挖單洞通過，車站主體、風(fēng)道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采納鉆孔灌注樁，基坑內(nèi)設(shè)置橫向鋼支撐，出入口明挖部分采納型鋼圍檁，內(nèi)設(shè)鋼支撐，車站主體、風(fēng)道、出入口的明挖部分采納現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，東北、西北兩出入口跨路部分采納暗挖法施工。4.施工方法的論證及方案比選6.1結(jié)構(gòu)型式暗挖部分采納分別式單洞馬蹄形斷面，復(fù)合襯砌；車站明挖部分采納雙層三跨兩柱矩形斷面。暗挖風(fēng)道及通道采納割圓拱直墻斷面，復(fù)合襯砌明挖通道及風(fēng)道采納矩形斷面。6.2車站縱向柱距的選擇明挖部分縱向柱距選擇主要為8m。暗挖單洞不設(shè)柱。6.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系的設(shè)計(jì)本站明挖段基坑深度17m?；硬杉{φ800，間距1.2m鉆孔樁，樁長21m，基坑下部設(shè)置3道水平內(nèi)支撐，水平支撐采納直徑600mm、800mm的鋼管，基坑縱向每3m設(shè)置一道，以I45H型鋼作為腰梁，并輔以其他加固措施。6.4明挖段初期支護(hù)和二次襯砌的連接形式從結(jié)構(gòu)受力的角度來看，初支和二襯做成疊合板，圍護(hù)樁和二襯做成疊合墻，結(jié)構(gòu)可以做到最經(jīng)濟(jì)，但是防水問題卻難以解決，若在二者之間鋪設(shè)防水板，則可達(dá)到較好的防水效果，因此，初期支護(hù)和二次襯砌的連接采納重合式。6.5結(jié)構(gòu)尺寸擬定.車站雙層明挖段主要構(gòu)件截面尺寸如下：（mm）部位頂縱梁頂板中縱梁邊墻底板底縱梁中層板鋼管柱直徑間距尺寸mm1200x1800700600x7006008001400x180040080080006.5.2.暗挖單層段主體結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件截面尺寸如下：（mm）=1\*GB2⑴初期支護(hù)暗挖部分方案中采納大管棚超前支護(hù)、小導(dǎo)管注漿預(yù)加固地層、超前支護(hù)。噴層厚度30cm，主體1榀/0.5米格柵。=2\*GB2⑵二次襯砌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)拱部和邊墻厚度40cm，仰拱厚度為變厚度50~100cm。7變形縫的設(shè)置車站主體東西端明挖段和中部暗挖段結(jié)構(gòu)相接部位各設(shè)一道變形縫，主體和東南風(fēng)道、西南風(fēng)道相接部位各設(shè)一道變形縫，車站主體和四個(gè)出入口通道相接部位設(shè)變形縫。9工程材料9.1邊樁及圍護(hù)樁采納混凝土強(qiáng)度等級為C30，抗?jié)B等級為S8。9.2二次襯砌頂板、底板、邊墻混凝土強(qiáng)度等級為C30，混凝土抗?jié)B等級為S8。中板、站臺板混凝土強(qiáng)度等級為C30。鋼管柱混凝土強(qiáng)度等級為C40。9.3初期支護(hù)：C20早強(qiáng)網(wǎng)噴混凝土9.4鋼筋：初期支護(hù)格柵：HRB335、HPB235鋼筋網(wǎng)：HPB235鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及預(yù)埋鐵件：A3鋼縱向連接筋：HRB335模筑襯砌鋼筋：HRB335、HPB2359.5防水層：土工布+防水板10明挖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐形式的比選圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性備注鉆孔灌注樁1.整體剛度大，就地澆注施工，對環(huán)境影響小。2.適合于懦弱地層和建筑設(shè)施密集的城市繁華地帶的深基坑。3.施工簡潔、施工技術(shù)簡潔、速度快。4.主體結(jié)構(gòu)內(nèi)襯需加厚。造價(jià)相對較低地下連續(xù)墻1、適合于懦弱地層和建筑設(shè)施密集的城市繁華地帶的深基坑。2、和車站主體結(jié)構(gòu)結(jié)合時(shí)連接便利，內(nèi)襯較??；但由于結(jié)構(gòu)不能全包防水，防水效果不好。3、要求較高的施工技術(shù)。造價(jià)相對較高人工挖孔樁1、施工便利，但雖單價(jià)低，由于基坑較深，樁徑較大，引起圬工量增加。2.抗?jié)B性差，不適合地下水較高的不穩(wěn)定土層。3.需降水，且施工風(fēng)險(xiǎn)較大。4、主體結(jié)構(gòu)內(nèi)襯需加厚，因此綜合造價(jià)較高。造價(jià)相對較高從表中分析并結(jié)合本工程特點(diǎn)，本方案圍護(hù)結(jié)構(gòu)舉薦鉆孔灌注樁，本站明挖段基坑深度17m?；硬杉{φ800，間距1.2m鉆孔樁，樁長21m，基坑下部設(shè)置3道水平內(nèi)支撐，水平支撐采納直徑600mm、800mm的鋼管，基坑縱向每3m設(shè)置一道，以I45H型鋼作為腰梁，并輔以其他加固措施。荷載和組合(1)荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載按《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003）中有關(guān)荷載的規(guī)定進(jìn)行取值，并考慮施工過程中發(fā)生的改變。計(jì)算時(shí)對結(jié)構(gòu)整體或構(gòu)件可能出現(xiàn)的最不利荷載進(jìn)行組合計(jì)算。地下結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載類型及名稱按表2.10.2.1采納。荷載類型荷載名稱永久荷載結(jié)構(gòu)自重地層壓力隧道上部和破壞棱體范圍的設(shè)施及建筑物壓力靜水壓力及浮力混凝土收縮及徐變作用預(yù)加應(yīng)力設(shè)備重量地基下沉影響力側(cè)向地層抗力及地基反力可變荷載基本可變荷載地面車輛荷載及其沖擊力地面車輛荷載引起的側(cè)向土壓力地下鐵道車輛荷載及其沖擊力地鐵的離心力及搖擺力人群荷載其他可變荷載溫度影響力施工荷載偶然荷載8度地震荷載、5級人防荷載其中：人群荷載：站臺、站廳、樓梯、車站管理人員用房等部位的人群荷載按4kPa的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)，另需計(jì)及在300×300mm范圍內(nèi)的20kN的集中荷載；設(shè)備荷載：設(shè)備區(qū)一般可按8kPa進(jìn)行設(shè)計(jì)，但對重型設(shè)備需依據(jù)設(shè)備的實(shí)際重量、動力影響、安裝運(yùn)輸途徑等確定其大小和范圍，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土重度γ=25kN/m3。覆土荷載：覆土重度γ=20kN/m3。浮力：按抗浮設(shè)防水位的水浮力計(jì)，設(shè)防水位高程為50m。側(cè)向水土荷載：采納朗肯土壓力理論，施工階段外側(cè)取主動土壓力，運(yùn)用階段取靜止土壓力?？勺兒奢d：地面超載：按汽-超20計(jì)算。掛-120驗(yàn)算。施工超載：q=20kN/m2。車輛荷載：軸重141kN。地震荷載：按8度地震力計(jì)算。人防荷載：按5級抗力地面空氣沖擊波超壓△pm=0.1Mpa(2)荷載組合工況1)恒載+活載2)恒載+部分活載+地震荷載3)恒載+部分活載+人防荷載組合狀況荷載1234自重11.351.21.2覆土11.351.21.2側(cè)土壓力11.351.21.2側(cè)水壓力11.351.21.2浮力11.351.21.2設(shè)備荷載11.351.21.2人群荷載11.4地面超載11.4地震力1人防荷載1備注用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗裂檢算用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算模型和計(jì)算簡圖=1\*GB2⑴施工階段計(jì)算程序采納同濟(jì)高校曙光計(jì)算程序，計(jì)算模式及結(jié)果如下：1）八達(dá)嶺站車站主體基坑計(jì)算基坑開挖深度為15.31m，采納800@1200灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁長為20.31m，樁頂標(biāo)高為0m。計(jì)算時(shí)考慮地面超載56kPa，如圖2.10.1.3－1。圖2.10.1.3－1共設(shè)3道支撐，見表2.10.1.3－1中心標(biāo)高（m）剛度（MN/m2）預(yù)加軸力（kN/m）013.01-6.520.29-1120.292）地質(zhì)條件場地地質(zhì)條件和計(jì)算參數(shù)見表1。地下水位標(biāo)高為-15.31m。表2.10.1.3－2土層層底標(biāo)高(m)層厚(m)重度(kN/m3)()c(kPa)滲透系數(shù)(m/d)壓縮模量(MPa)m(kN/m4)kmax(kN/m3)粉土填土-0.810.8115.7000粉土-8.167.3519.6302217200粉細(xì)砂-12.914.7520.130015000圓礫卵石-14.241.3320.645036000粉質(zhì)粘土-17.112.8720213910620粘土-19.011.918.715538300中粗砂-23.824.8120.3350210003）工況工況編號工況類型深度(m)支撐剛度(MN/m2)支撐編號預(yù)加軸力(kN/m)1加撐013.0112開挖73加撐6.520.2924開挖11.55加撐1120.2936開挖15.31工況簡圖如下：4）計(jì)算=2\*GB2⑵運(yùn)用階段計(jì)算結(jié)果及分析（1）施工階段由計(jì)算可知：地面沉降最大值為15mm，圍護(hù)樁及支撐體系內(nèi)力分布、樁體變形合理。（2）運(yùn)用階段經(jīng)計(jì)算，迎水面裂縫寬度≤0.2mm，背水面裂縫寬度≤0.3mm，結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力分布合理。（3）地基承載力驗(yàn)算本車站結(jié)構(gòu)底板位于堅(jiān)實(shí)土層上，經(jīng)檢算在正常運(yùn)用階段基底最大應(yīng)力小于設(shè)計(jì)地基承載力（經(jīng)修正后），滿意要求。（4）結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算計(jì)入結(jié)構(gòu)自重和覆土重量，在不考慮結(jié)構(gòu)側(cè)壁和四周土體的摩阻力，明挖標(biāo)準(zhǔn)段抗浮平安系數(shù)Kf=1.1＞1.05，滿意抗浮要求。11暗挖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11.2初期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11.2.1.初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和協(xié)助施工措施初期支護(hù)采納φ108大管棚護(hù)頂，φ32小導(dǎo)管注漿加固地層通過健德橋樁，初期支護(hù)厚度0.3m，格柵間距1榀／0.5m。11.2.2.荷載確定及組合(1)荷載初期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載按《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003）中有關(guān)荷載的規(guī)定進(jìn)行取值，并考慮施工過程中發(fā)生的改變。暗挖段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載類型及名稱按表2.10.2.1采納。荷載類型荷載名稱永久荷載結(jié)構(gòu)自重地層壓力隧道上部和破壞棱體范圍的設(shè)施及建筑物壓力靜水壓力及浮力混凝土收縮及徐變作用預(yù)加應(yīng)力設(shè)備重量地基下沉影響力側(cè)向地層抗力及地基反力可變荷載基本可變荷載地面車輛荷載及其沖擊力地面車輛荷載引起的側(cè)向土壓力地下鐵道車輛荷載及其沖擊力地鐵的離心力及搖擺力人群荷載其他可變荷載溫度影響力施工荷載偶然荷載8度地震荷載、5級人防荷載其中：結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土重度γ=25kN/m3。覆土荷載：覆土重度γ=20kN/m3。浮力：按抗浮設(shè)防水位的水浮力計(jì)，設(shè)防水位高程為50m。側(cè)向水土荷載：采納朗肯土壓力理論，施工階段外側(cè)取主動土壓力，運(yùn)用階段取靜止土壓力?？勺兒奢d：地面超載：按汽-超20計(jì)算。掛-120驗(yàn)算。施工超載：q=20kN/m2。(2)荷載組合工況1)恒載+活載組合狀況荷載1234自重11.351.21.2覆土11.351.21.2側(cè)土壓力11.351.21.2側(cè)水壓力11.351.21.2浮力11.351.21.2設(shè)備荷載11.351.21.2人群荷載11.4地面超載11.4地震力1人防荷載1備注用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗裂檢算用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算11.2.3.計(jì)算模式和計(jì)算簡圖計(jì)算程序采納同濟(jì)高校曙光計(jì)算程序，計(jì)算內(nèi)容包括地面沉降、地層應(yīng)力，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力等。計(jì)算模式及計(jì)算結(jié)果見圖2.11.2.3-1、2.11.2.3-2、2.11.2.3-2施工階段計(jì)算模型圖2.11.2.3-1施工階段結(jié)構(gòu)、地層應(yīng)力圖2.11.2.3-2施工階段地面沉降圖2.11.2.3-211.2.4.計(jì)算結(jié)構(gòu)及分析由計(jì)算可知：地面沉降最大值為17mm，支護(hù)參數(shù)、施工步序選擇合理。11.3二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11.3.1.結(jié)構(gòu)尺寸的擬定二次襯砌采納五心圓，拱頂和邊墻斷面厚度0.4m，仰拱厚度0.5m。11.3.2.荷載確定及組合(1)荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載按《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003）中有關(guān)荷載的規(guī)定進(jìn)行取值，并考慮施工過程中發(fā)生的改變。計(jì)算時(shí)對結(jié)構(gòu)整體或構(gòu)件可能出現(xiàn)的最不利荷載進(jìn)行組合計(jì)算。地下結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載類型及名稱按表2.10.2.1采納。荷載類型荷載名稱永久荷載結(jié)構(gòu)自重地層壓力隧道上部和破壞棱體范圍的設(shè)施及建筑物壓力靜水壓力及浮力混凝土收縮及徐變作用預(yù)加應(yīng)力設(shè)備重量地基下沉影響力側(cè)向地層抗力及地基反力可變荷載基本可變荷載地面車輛荷載及其沖擊力地面車輛荷載引起的側(cè)向土壓力地下鐵道車輛荷載及其沖擊力地鐵的離心力及搖擺力人群荷載其他可變荷載溫度影響力施工荷載偶然荷載8度地震荷載、5級人防荷載其中：人群荷載：站臺、站廳、樓梯、車站管理人員用房等部位的人群荷載按4kPa的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)，另需計(jì)及在300×300mm范圍內(nèi)的20kN的集中荷載；設(shè)備荷載：設(shè)備區(qū)一般可按8kPa進(jìn)行設(shè)計(jì)，但對重型設(shè)備需依據(jù)設(shè)備的實(shí)際重量、動力影響、安裝運(yùn)輸途徑等確定其大小和范圍，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土重度γ=25kN/m3。覆土荷載：覆土重度γ=20kN/m3。浮力：按抗浮設(shè)防水位的水浮力計(jì)，設(shè)防水位高程為50m。側(cè)向水土荷載：采納朗肯土壓力理論，施工階段外側(cè)取主動土壓力，運(yùn)用階段取靜止土壓力?？勺兒奢d：地面超載：按汽-