深圳地铁一期工程福民站南风道围护结构加固技术
摘 要 介绍深圳地铁一期工程福民站南风道围护结构加固方案的比选、参数的选取及计算分析,达到了设计要求。
关键词 围护结构 加固 计算
1 工程概况
深圳地铁一期工程福民站位于深圳市金田路与福民路交叉路口处、金田路下,有南、北两个风道,其中南风道临近正在施工中的高层建筑福民佳园(带两层地下室) 基坑。南风道与福民佳园基坑的平面位置关系如图1 所示。处亦无场地另做基坑支护,因此,福民佳园施工方提出利用已施工完成的南风道东端地下墙作为其局部基坑围护结构,其余部分采用<1200 人工挖孔桩加锚杆作为围护结构。这样,导致福民站南风道东侧地下连续墙的受力模式完全改变,原基坑侧变为迎土侧,需对南风道围护结构重新验算,并采取适当的措施,以确保基坑安全。
2 南风道围护结构加固方案
(1) 福民佳园施工方建议南风道东侧地下墙采用竖向2 道锚杆支撑,墙顶冠梁处设置1 道,以下4 m 左右设置1 道。本方案设计上不存在问题,关键是施工工序较复杂; 锚杆的存在对风道基坑开挖影响较大;如采用可卸式锚杆,风道基坑开挖前将锚杆拆除,不仅施工难度大,而且费用亦较高,不经济。
(2)经综合考虑决定采用以下方案(图1):南风道东侧地下墙顶冠梁适当加大断面尺寸(800 mm ×1 300 mm 1 —1 剖面),以增加平面内刚度;施工地下墙
图1 基坑平面(单位: mm)
福民佳园基坑开挖深度为8 m 左右,围护结构采用<1 200 人工挖孔桩加锚杆;福民站南风道基坑开挖深度约16 m ,围护结构采用800 mm 厚地下连续墙加内支撑(钢管撑)。
由于种种原因,福民站工期调整,福民佳园基坑开挖时,南风道围护结构(地下墙) 已施工完成,但墙顶冠梁尚未施工;且受施工场地等因素的制约,南风道无法与福民佳园基坑同时开挖。福民佳园与南风道相临加围护结构的整体性;45°方向加混凝土支撑1 (800 mm ×800 mm),同高程处加钢支撑2 (<609 壁厚12 mm)。采取以上措施后,地下墙顶水平面内形成了平面刚架体系,给风道东侧地下墙顶提供了刚度较大的水平约束。
3 计算模式
地下墙与冠梁、支撑组成空间结构,福民佳园基坑开挖面以下土体用土弹簧模拟; 因福民站主体施工降水影响,实测地下水位高程为1. 4 m , 土压力采用朗金土压力公式计算,粘性土层采用水土合算,砂性土层采用水土分算。计算程序采用SAP84 。南风道处地质状况如图2 所示。
图2 地质断面
4 计算结果及分析
(1) 福民佳园基坑浅于福民站南风道基坑,根据南风道基坑的计算结果,当基坑挖深只有8 m 时,该处围护结构的整体稳定性、抗倾覆、基坑抗隆起等均能满足要求,不需再行验算。
(2) 根据SAP84 计算结果,地下墙体最大位移为10 mm ,基坑面最大墙身弯矩标准值为470 kN ·m ,最大位移及弯矩位置均靠近福民佳园基坑底部。最大位移小于2.5 ‰h(h为基坑深度),满足基坑环境保护要求; 按最大弯矩计算,已施工完成的地下墙该断面处计算裂缝宽度<0.3 mm ,原配筋面积满足要求,墙身不需做其他加固措施。
(3)福民佳园基坑底以下2 m 左右为淤泥层,地基容许承载力[fk] =40 kPa ,土质较差,需验算地基承载力。福民佳园施工方拟采用高压旋喷桩加固该层土体, 不仅费用高,且增加了其基坑开挖的难度。根据SAP84 计算结果,淤泥层范围内最大土体位移δ =7.8 mm , 相应位置处土弹簧刚度系数K=30 600 kPa ,故该处地下墙对土体的压力P= K×δ =238.7 kPa ,地基所能提供的最大反力Pf =[fk]×A=240 kPa (土弹簧竖向间距1 m ,地下墙幅宽6 m),由上述计算可知P < Pf, 地基承载力满足要求。淤泥层以下为砾砂及砾质粘性土层,地基容许承载力较高,均能满足要求。根据计算结果,福民佳园坑底被动区淤泥层土体能够满足受力要求,且因为基坑开挖过程中采用坑内降水,相当于疏干加固了被动区土体,在一定程度上提高了被动区土体强度,故我方建议福民佳园施工方在基坑开挖过程中,加强对福民站南风道地下墙的变形监测,如有异常,在坑底跟踪注浆,无采用旋喷桩加固的必要性,建议福民佳园施工方取消。
5 结语
在福民站南风道地下墙顶冠梁及混凝土支撑1 施工完成并达到设计强度,钢支撑安装完成后,福民佳园基坑按期开挖。基坑开挖到设计高程后,实测地下墙最大水平位移为12 mm , 变形速率亦在控制值范围内; 被动区土体未产生隆起现象,说明土体承载力满足要求,故不必再进行注浆加固。实测结果与计算结果较吻合,达到了设计要求,较好地实现了设计者的意图。南风道先行施工的墙顶冠梁及支撑,可用作南风道基坑开挖时的支撑,对南风道围护结构来说,未增加额外工程量及费用。通过采用本方案,不仅降低了工程风险和施工难度,且节省了投资,为福民佳园的顺利施工提供了便利条件。
