軟土地區(qū)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟土地區(qū)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)ccj摘要：本文就深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,對(duì)沉井與地下連續(xù)墻圍護(hù)形式進(jìn)行了比選，同時(shí)對(duì)鋼筋砼支撐與鋼管撐相結(jié)合的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，對(duì)地下連續(xù)接頭形式進(jìn)行了比選。關(guān)鍵詞沉井、地下連續(xù)墻、鋼筋砼支撐、鋼板型接頭工程概況：上海地鐵7號(hào)線(xiàn)工程浦江南浦站～浦江耀華站區(qū)間中間風(fēng)井設(shè)在浦東上鋼三廠(chǎng)空地內(nèi)，距浦東防汛墻56m，距浦東煤氣過(guò)江井33m。由于該區(qū)間穿越黃浦江，同時(shí)受線(xiàn)路、環(huán)控條件限制，該風(fēng)井基坑深度很深，達(dá)到26.5m，根據(jù)周邊環(huán)境條件，確定區(qū)間中間風(fēng)井基坑保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。該區(qū)間中間風(fēng)井結(jié)構(gòu)為地下四層結(jié)構(gòu)，風(fēng)井覆土厚度為2.1m，內(nèi)布設(shè)風(fēng)機(jī)、環(huán)控電控室、氣瓶間、電纜間，從底層到地面設(shè)檢修梯，并在火災(zāi)時(shí)作疏散樓梯使用。區(qū)間中間風(fēng)井結(jié)構(gòu)平面尺寸25.0×15.6m，風(fēng)井基坑深度26.5m，采用地下連續(xù)墻施工，連續(xù)墻厚1.2m，地下連續(xù)墻深度48m。風(fēng)井處地質(zhì)情況從上而下依次為：①1填土層層厚0.5m；②1層褐黃色粘土（暗浜土、江灘土）m；③2層灰色粉質(zhì)粘土，夾薄層粘性土；④1層灰色淤泥質(zhì)粘土；⑤2-2層灰色砂質(zhì)粉土，夾薄層粘性土；⑤3層灰色粉質(zhì)粘土；⑦1層砂質(zhì)粉土。風(fēng)井底板標(biāo)高-19.99m，位于⑤2-2層土中，⑤2-2層為承壓水層，水頭標(biāo)高為-6.85～-7.70m。位于底板下21.1m的⑦1層，為微～中承壓水層，水頭標(biāo)高為-10.71～-12.52m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案由于該中間風(fēng)井基坑較深，且受地質(zhì)條件限制，該基坑圍護(hù)形式選擇本著安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)等因素考慮，在沉井與地下連續(xù)墻做了比選，見(jiàn)表2：表1-1圍護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較表比較項(xiàng)目沉井連續(xù)墻技術(shù)可行性沉井深度約為229m，技術(shù)上可可行，國(guó)內(nèi)內(nèi)有相關(guān)工工程經(jīng)驗(yàn)較較少連續(xù)墻深度為448m，技術(shù)上上可行，且且國(guó)內(nèi)有相相關(guān)工程經(jīng)經(jīng)驗(yàn)施工難度沉井進(jìn)入⑤2--2層，難難度較大連續(xù)墻深度較大大，有一定定施工難度度對(duì)機(jī)械要求需大型成槽機(jī)械械不需大型成槽機(jī)機(jī)械沉降控制一般好工程風(fēng)險(xiǎn)稍大稍小造價(jià)較高較高由于兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)均較高，因此，比選的角度主要從安全方面考慮。如采用沉井結(jié)構(gòu)，由于沉井結(jié)構(gòu)將進(jìn)入⑤2-2層，如采用排水下沉方式，就需對(duì)基坑底進(jìn)行降水，且排水下沉對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)大，下沉過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生井低隆起或管涌現(xiàn)象，施工風(fēng)險(xiǎn)較大；如采用不排水下沉，下沉系數(shù)較大，施工控制較難，效率較低，水下封底質(zhì)量難以有保障。因此采用沉井結(jié)構(gòu)，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。如采用地下連續(xù)墻，由于基坑較深，主要難點(diǎn)是支撐變形較大，連續(xù)墻接頭防水要求較高，通過(guò)采用適當(dāng)?shù)闹误w系及連續(xù)墻接頭形式，可以克服以上難點(diǎn)，施工風(fēng)險(xiǎn)較低。基于以上比較，本基坑采用地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。2.2支撐方案由于區(qū)間中間風(fēng)井基坑較深，且所處地層為軟土，基坑變形較大，周?chē)h(huán)境保護(hù)難度最大，這就對(duì)支撐布設(shè)帶來(lái)了較大的困難。常見(jiàn)的支撐體系為鋼支撐體系，一般有型鋼支撐和鋼管支撐，常用的鋼管支撐具有抗翹曲變形性能好，安裝迅速，費(fèi)用低廉，但剛度小，安裝后變形大的特點(diǎn)。近來(lái)由于基坑深度、跨度不斷增大，鋼支撐的剛度不能滿(mǎn)足支護(hù)要求時(shí)而出現(xiàn)了鋼筋混凝土現(xiàn)澆支撐體系，鋼筋混凝土支撐體系往往形成一個(gè)平面剛性框架，形成對(duì)圍護(hù)墻的支護(hù)作用，具有剛度大、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)存在作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、支撐折除成本高、不能多次使用的缺點(diǎn)。該區(qū)間中間風(fēng)井基坑采取鋼筋混凝土支撐和鋼支撐相結(jié)合的支撐體系，以發(fā)揮兩種支撐的優(yōu)點(diǎn)，即充分利用頂板及三層中層板框架梁作為開(kāi)挖階段砼支撐，同時(shí)布設(shè)六道鋼管撐，這樣既大幅降低了造價(jià)，又在基坑關(guān)鍵深度加了四道“剛性桿”，起到減少變形的作用。支撐剖面布置圖見(jiàn)圖2.1所示。圖2.1中間風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)縱剖面圖由于砼支撐存在支撐制作時(shí)間長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)期長(zhǎng)的缺陷，用于區(qū)間中間風(fēng)井這樣的中小面積基坑是比較少見(jiàn)的。因此必須采取一系列配套措施，提高施工速度，盡量縮小開(kāi)挖暴露面，施工中產(chǎn)生的主要措施是：砼采用C40提高早期強(qiáng)度外養(yǎng)護(hù)期縮短為4～5天；將整個(gè)基坑分為5個(gè)施工段，這樣分每道砼支撐六次施工，最后一段砼支撐施工完成，第一段正好養(yǎng)護(hù)期到。采用上述措施后，整個(gè)施工過(guò)程流暢順利，節(jié)奏性很強(qiáng)，砼支撐施工時(shí)總是一段澆逐鋼筋砼結(jié)構(gòu)，一段澆筑速砼墊層，一段開(kāi)挖，完全暴露長(zhǎng)度不超過(guò)10米，開(kāi)挖開(kāi)始至素砼澆筑結(jié)束不超過(guò)18小時(shí)，開(kāi)挖開(kāi)始至砼支撐澆筑結(jié)束不超過(guò)50小時(shí)，對(duì)保證工期，減少變形起到了關(guān)鍵作用。2.3地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)區(qū)間中間風(fēng)井平面尺寸25.0×15.6m，風(fēng)井結(jié)構(gòu)為地下四層結(jié)構(gòu)，風(fēng)井頂覆土厚度為2.1m，風(fēng)井基坑保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，確定地下連續(xù)墻厚1.2m，地下連續(xù)墻深度48m。2.2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算1）計(jì)算模型及參數(shù)沿基坑橫向取單元長(zhǎng)度按彈性地基梁，模擬基坑開(kāi)挖過(guò)程和回筑內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)，分階段進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)計(jì)入墻體的“先期位移”及支撐的變形，荷載組合：結(jié)構(gòu)自重+地層壓力+水壓力+側(cè)向地層抗力及地基反力+地面超載及其引起的側(cè)向土壓力+施工荷載，各工況荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2.2，地層參數(shù)如表2.2，計(jì)算參數(shù)如下：表2-1地層參數(shù)表土層編號(hào)土層名稱(chēng)層厚(米)孔隙比天然含水量(%)固結(jié)快剪C(KPa)Ф(0)①1雜填土0.5②1褐黃色粘土3.8③2灰色粉質(zhì)粘土11.00.9936.711.027.8④1灰色淤泥質(zhì)粘土土2.01.2845.812.012.4⑤2-2灰色砂質(zhì)粉土11.11.0739.216.012.7⑤3灰色粉質(zhì)粘土17.60.8931.918.522.5⑦1砂質(zhì)粉土20.00.7528.136.024.0土加權(quán)天然重度——γ=18KN/m3鋼支撐——φ609鋼管鋼筋混凝土支撐——根據(jù)支撐截面確定土彈簧剛度——④層及以上土層KH=10000KN/m3；④層以下土層KH=15000KN/m3（考慮時(shí)空效應(yīng)的經(jīng)固化后的土彈簧剛度）地面超載——30KN/m2側(cè)壓力系數(shù)——按水土分算結(jié)果取值圖2.2中間風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)各工況計(jì)算簡(jiǎn)圖2）計(jì)算結(jié)果及分析各工況的彎矩及位移圖如圖2.3所示，由土中可以看出，基坑開(kāi)挖過(guò)程中，最大彎矩及位移均發(fā)生在工況十一，最大彎矩值為2827KN·m，最大位移為52.8mm。經(jīng)驗(yàn)算，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，同時(shí)基坑的整體穩(wěn)定性、抗隆起、抗傾覆、抗管涌均滿(mǎn)足規(guī)范要求，由于基坑較深，施工階段結(jié)構(gòu)抗浮不滿(mǎn)足要求，因此要求結(jié)構(gòu)頂板未覆土前，底板泄水孔不能封堵，使用階段結(jié)構(gòu)抗浮滿(mǎn)足規(guī)范要求。圖2.3中間風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)各工況計(jì)算結(jié)果圖2.4地下連續(xù)墻構(gòu)造方案地下連續(xù)墻的分幅施工使幅與幅之間存在接縫，往往成為滲漏水的途徑，因此地下連續(xù)墻接頭的構(gòu)造形式和施工對(duì)防水效果影響較大。常用的地下連續(xù)墻接頭形式如下：(1)半圓形接頭：是最常用的接頭形式、吊放和起拔方便，構(gòu)造簡(jiǎn)單，但防水效果較差。接縫滲漏水達(dá)30％以上。(2)雙圓形(眼睛式)接頭：由于延長(zhǎng)滲漏水途徑、防水效果優(yōu)于半圓形接頭，但接頭管制作要求較高，起拔較難。(3)預(yù)留注漿孔接頭：彌補(bǔ)半圓形接頭的不足，在接頭處預(yù)留注漿孔注入微膨脹防水砂漿或其它能適應(yīng)一定量變形的防水材料，起到接縫止水作用，施工工藝較復(fù)雜。(4)鋼板型接頭：先行幅鋼筋籠兩端用型鋼制作剛性接頭，后行幅地下墻與先行幅墻體形成剛性連接，防水效果好，但成本較高，一般用于特殊要求或無(wú)內(nèi)襯圍護(hù)結(jié)構(gòu)。(5)柔性防水接頭：用橡膠止水帶放入兩幅相鄰墻體內(nèi)，止水效果好，但施工工藝復(fù)雜、技術(shù)要求高。根據(jù)以上地下連續(xù)墻接頭形式特點(diǎn)，結(jié)合本基坑較深以及所處地層為軟土，局部含砂層的實(shí)際情況，選擇十字鋼板型接頭，以滿(mǎn)足接頭防水要求，確?；娱_(kāi)挖安全，接頭鋼板如圖2.4所示：圖2.4地下連續(xù)墻接頭鋼板圖3、結(jié)束語(yǔ)1）上海地鐵7號(hào)線(xiàn)工程浦江南浦站～浦江耀華站區(qū)間中間風(fēng)井基坑深度較大，達(dá)到26.5m，在國(guó)內(nèi)軟土地層中算是較深基坑，本文對(duì)沉井與地下連續(xù)墻圍護(hù)形式在該基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的適用做了比選，認(rèn)為地下連續(xù)墻圍護(hù)形式是該基坑的最理想圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式；2）同時(shí)對(duì)地下連續(xù)墻圍護(hù)形式在該基坑應(yīng)用中的變形控制難及連續(xù)墻接頭防水難進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)探討，采用了鋼筋砼支撐與鋼管撐相結(jié)合的支撐體系，對(duì)控制基坑變形與降低造價(jià)有較大意義；3）采用鋼板型接頭為該基坑連續(xù)墻接頭形式，防水效果好。主要