青島地鐵3號線太平角公園站圍護結構設計

唐紅影

1 工程概況

圍護結構在地鐵設計、施工中存在一定的高風險性。基坑支護設計方案的選取,應綜合安全性及經濟效益來考慮。本基坑位于太平角公園內,起訖里程為K4+597.81～K4+780.51,長182.70 m,標準段寬為18.80 m,頂板覆土1.80 m,基坑開挖深度為15.40 m～18.11 m。附近建筑物較少,基坑北側為香港西路,交通繁忙,管線繁多復雜。車站采用明挖順作法施工,兩端的區間均采用淺埋暗挖法施工。

2 工程地質與水文地質

2.1 工程地質

本場地地貌形態為山前剝蝕斜坡地貌,地勢較平坦。場地地面標高為10.43 m～16.69 m。根據詳勘報告,建筑場地類別為Ⅰ類。

各土層物理力學參數見表1。

表1 地層物理力學參數表

2.2 水文地質

地下水類型按賦存方式分為第四系松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水兩類。地下水補給來源主要為大氣降水和上游的側向徑流補給。強、中風化巖層屬弱透水層。穩定水位埋深為1.50 m～8.00 m,抗浮設防水位絕對標高為8.70 m。

3 基坑支護結構形式

3.1 圍護結構方案的選擇

基坑開挖一般分兩種:放坡開挖和在支護體系下開挖。放坡開挖既簡單又經濟,但是目前地鐵工程均在城市建設,多為繁華地段,基坑較深,場地小,對環境保護要求高,不具備放坡條件,大多采用有支護體系開挖。本基坑經過綜合比較,采用鉆孔灌注樁圍護結構,比較過程如下:

1)基坑北側緊鄰香港西路,管線繁多且地面交通繁忙,基坑施工時需要保證香港西路的交通順暢,同時要保證管線不能產生太大的位移和變形,受施工場地限制及采用放坡對地面變形控制能力較差,因此基坑北側采用圍護樁結構。

2)基坑南側為太平角公園,場地開闊,可以考慮放坡開挖,適當減少工程量。但是存在以下問題:a.龍門吊無法實施,需采用塔吊施工。龍門吊價格便宜,施工效率較高,使用安全,是地鐵車站基坑施工的主要手段;b.本站抗浮設防水位較高,抗浮不滿足要求,采用樁加抗浮壓頂梁結構措施,抗浮效果較好,若采用基坑南側放坡施工,則無法實施抗浮壓頂梁,只能考慮采用抗浮錨桿、抗拔樁等其他手段,抗浮錨桿對底板防水破壞很大,且耐久性難以保證。底板抗浮樁施工難度很大,造價較高,以上兩種方案均不利于車站結構;綜合考慮以上因素,基坑南側采用圍護樁結構。

3)常見的圍護樁有鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、鉆孔咬合樁等。優缺點比較見表2。

表2 優缺點比較表

鉆孔灌注樁是一種施工工藝簡單、技術成熟、剛度較大、安全可靠并且適應性很強的基坑支護結構,被廣泛使用于各種復雜地層和不同類型基坑工程。具有施工進度快,造價低的優點,有利于工期控制和降低工程造價,可盡量減少施工對周邊環境的影響。結合本站實際情況和當地經驗,采用鉆孔灌注樁圍護結構。

3.2 支護形式的比選

1)樁+鋼支撐體系是目前比較常用的支護體系,鋼支撐購置方便,作為臨時構件,可隨時拆卸循環使用,對存在建筑物區域可以采取加密鋼支撐方式控制基坑水平位移,對地層較好的區域可酌情減小鋼支撐間距,根據實際監測情況實現信息化施工。本設計之初也選用了此種結構形式,但是根據當地專家意見,在爆破施工時對鋼支撐的影響較大。在巖土及地下結構工程中,預應力錨索由于能主動對土體提供一定的支護抗力,從而能有效地提高土體的抗剪強度,使錨固區范圍內的土體形成壓應力區,抑制土體位移,保證基坑穩定和保護相鄰建筑物的目的。因此為了方便基坑下部土石方開挖及控制變形,在標準段第一道支撐采用鋼管內支撐,第二、三道支撐采用錨索支護形式。

2)車站西北角距離兩根燃氣管線較近,根據經驗,該類型管線對變形要求很高,若變形較大,易引起泄漏;東側為伊美爾整形醫院,為半地下室結構(該建筑為3層,局部 8層),據調查結構基礎為毛石條基,對變形要求較高,下部區間穿越段采用大管棚支護,對錨索施工影響很大。因此不考慮錨索支護形式,最終經過計算比較,東西兩端采用樁加三道鋼管內撐支護形式。

3.3 基坑支護結構計算

本工程采用理正深基坑軟件(5.5版)進行了計算和內力分析,主體圍護施工階段地面超載取為20 kPa,并考慮臨近建筑物及管線的影響,基坑側壁安全按一級考慮,重要性系數1.1。樁內力及位移計算結果如圖1所示。

經過計算分析,本基坑設計如下:

1)圍護形式采用φ 800@1 600 mm鉆孔灌注樁,基坑西北角距離管線較近處和東側采用φ 800@1 200鉆孔灌注樁。2)標準段第一道支撐采用φ 609,壁厚14 mm鋼管,間距 4.5 m,第二、三道豎向兩道采用預應力錨索,根據計算錨索采用1×7型3Φs15.2預應力鋼絞絲,錨索成孔直徑 150 mm,采用M30砂漿,注漿壓力0.4 MPa,并對錨固段采用二次高壓注漿,錨索總長13 m～18 m,錨固段長度為6.5 m～9.5 m。預加力300 kN～500 kN。3)東西兩端頭采用豎向三道φ 609,壁厚14 mm鋼管支撐,間距3 m左右。

4 結語

隨著國內城市地鐵的大規模化建設和巖土錨固技術的飛快進展,樁錨支護在地鐵車站主體圍護結構設計中得到了廣泛的應用。在具體的基坑設計過程中,應結合實際情況具體分析,一個基坑采用多種支護形式,安全合理有效的支護形式勢必減少對周圍環境的影響、工程造價等。

[1] GB 50517-2003,地鐵設計規范[S].

[2] GB 50300-2002,建筑邊坡工程技術規范[S].

[3] 趙志縉,應惠清.簡明深基坑工程設計施工手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2000.