吊腳連續墻在深圳地鐵5號線深基坑施工中的應用

許滿吉

(中鐵六局集團盾構分公司,北京 100036)

吊腳連續墻在深圳地鐵5號線深基坑施工中的應用

許滿吉

(中鐵六局集團盾構分公司,北京 100036)

深圳地鐵5號線地質復雜,地層變化大,大量存在上軟下硬地層,對連續墻施工工期有很大影響。大學城站局部進入微風化花崗巖,施工進度緩慢,難以滿足工期要求。從實際出發,為確保工期、安全、質量等要求,在連續墻圍護結構中局部使用吊腳連續墻。從方案、計算、吊腳墻施工技術、錨索施工技術進行詳細介紹。

地鐵車站;深基坑;圍護結構;施工

1004 -2954(2011)

08 -0089 -05

在地鐵車站施工中,周邊建筑物離基坑近、地下管線眾多、基坑處于軟土地層尤其在砂層中,圍護結構常采用地下連續墻。圍護結構施工的快慢是車站施工控制工期的關鍵之一,標準站圍護結構在地質為軟土地層中施工工期一般控制在5～6個月,在遇到中微風化巖層中,圍護結構施工進度將大大滯后,一般車站需提供盾構始發場地或礦山法隧道施工場地,為確保施工工期,圍護結構施工時,需要局部調整為吊腳連續墻或吊腳樁,下面以大學城站為例,介紹吊腳連續墻在圍護結構中的綜合運用情況。

1 工程簡介

1.1 工程概況

大學城站是深圳地鐵5號線工程第11站,設計起點里程YDK12+424.910,終點里程YDK12+800.0,中心里程YDK12+624.300,全長375.09 m,標準段外包尺寸22.50m(寬)×13.29m(高),大學城站西端為西麗站～大學城站區間盾構施工始發場地。車站位于留仙大道主干道,地下管線眾多,場地南側為紅花嶺南工業區,北側為紅花嶺農貿市場及平山村,房屋建筑較多。大學城站西端提供盾構始發場地。

車站采用明挖法施工,基坑底板高程-1.76～-0.96m,基坑埋深16.0～17.8 m。本基坑支護工程的安全等級為一級。

車站主體圍護結構采用800 mm厚地下連續墻,地下連續墻基本幅寬6.0 m,地下連續墻接頭采用鎖口管。

主體結構基坑內支撐設3道水平鋼管支撐,所有鋼管內支撐均采用φ600mm,t=16mm Q235鋼管,腰梁采用2I45c組合工字鋼。

1.2 地質情況

車站地質從上到下雜填土、粗砂、淤泥質黏土、礫質黏性土、黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖,基坑局部進入中風化花崗巖、微風化花崗巖,底板基本位于全風化花崗巖、強風化花崗巖。西區南側連續墻在祥勘和補勘揭示從盾構井端頭往東120m范圍內,編號D-125′～D-143′共19幅連續墻在離地面平均8m進入微風化花崗巖,最高11 m進入微風化花崗巖,平面見圖1,地質剖面見圖2。

圖1 大學城西區吊腳連續墻平面示意(單位:mm)

2 吊腳連續墻方案

2.1 方案概述

為了保證在2個月內完成連續墻施工,提前進行基坑開挖,西區入巖較早的地下連續墻改為吊腳連續墻,吊腳連續墻方案為外放1m、吊腳連續墻進入微風化巖層1.5m、錨索錨固+鋼支撐內支撐系統。這樣一幅連續墻施工時間為25 d,能在2個月施工完成。

D-125′～D-143′共19幅連續墻外放1m進行施工,進入微風化深度1.5 m,設吊腳,預應力鋼絞線錨固,直徑9.5mm,每2m布置1道,長度16m,自由端長度5 m,錨固段長度11m。主體結構與圍護結構之間空隙盾構井段采用C10素混凝土回填,其余部位采用石粉回填,具體見圖3、圖4。

2.2 方案計算

地下連續墻支護方案應用于存在上覆軟弱土層的"嵌巖"基坑中,通常面臨"吊腳樁"問題,其設計計算在規范中無明確設計方法或計算模型.根據分步開挖工況不同,結合工程實際,采取多種模型設計方法,最大限度地利用巖土體自身強度,分別以連續墻模型、"吊腳樁"模型等多種計算方法綜合確定設計參數,使設計方案做到安全可靠、經濟合理、方便可行,經多方比較采用地下連續墻模型進行計算。

2.2.1 方案受力模型

此方案受力模型采用地下連續墻模型,如圖5所示。

2.2.2 結構計算

(1)墻體計算

根據受力模型,計算截面參數見表1,內力取值見表2,計算后連續墻的選筋見表3。

圖2 吊腳地下連續墻南側地質剖面示意(單位:mm)

圖3 標準段吊腳連續墻施工示意(單位:mm)

圖4 盾構井段吊腳連續墻施工示意(單位:mm)

圖5 連續墻受力模型(單位:m)

表1 截面參數

表2 內力取值

(2)錨索計算

吊腳墻懸吊部分底部采用錨索錨固,錨索自由段長度計算簡圖見圖6,錨索參數取值見表4,錨索內力參數見表5。

表3 地下連續墻選筋結果

圖6 錨索自由段長度計算簡圖(單位:m)

_表4 錨索參數

表5 錨索內力

經計算后,錨索長度取值見表6。

表6 錨索長度

(3)整體穩定驗算

對采用吊腳連續墻,經計算、配筋、錨索長度確認后,進行整體穩定驗算,整體穩定驗算簡圖見圖7。

計算方法采用瑞典條分法進行驗算。

應力狀態:總應力法

條分法中的土條寬度:0.40m

圖7 整體穩定驗算簡圖(單位:m)

滑裂面數據:整體穩定安全系數Ks=7.887;圓弧半徑R=13.594 m;圓心坐標X=-3.789 m;圓心坐標Y=12.297m。

抗傾覆穩定性驗算:抗傾覆安全系數的計算公式

式中 Mp——被動土壓力及支點力對樁底的彎矩,對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定;對于錨索,支點力為錨索的錨固力和抗拉力的較小值;

Ma——主動土壓力對樁底的彎矩。,滿足規范要求。

3 吊腳連續墻施工技術

3.1 吊腳連續墻施工

吊腳連續墻施工工藝與正常地下連續墻施工技術是一致的,這里不再細說,主要介紹有區別地方的施工技術。

3.1.1 吊腳連續墻底部不在同一個面上

吊腳連續墻墻底部不在同一水平面上,按照實際取樣,每幅進入微風化深度1.5m,同時連續墻深度超過第三道鋼支撐1 m,第三道鋼支撐兩端撐在連續墻上。

因巖面傾斜,不在同一水平面上,導致連續墻底部不在同一水平面上,施工時存在兩相鄰連續墻鎖口管不在同一高程的問題,處理施工工藝如下。

(1)先施工巖面線較高的連續墻,后施工巖面線較低的連續墻(圖8)。處理方案為:施工地下連續墻A時將鎖口管位置沖孔至連續墻B底部,待A的混凝土澆筑完成后,拔出鎖口管,再施工B槽段。

(2)先施工巖面線較低的連續墻,后施工巖面線較高的連續墻,處理施工工藝為:施工地下連續墻B時鎖口管位置沖孔至連續墻B的底部,澆筑完B的混凝土后拔出鎖口管,施工A幅地下連續墻。此時A槽段底部比鎖口管底部要高,然后對鎖口管位置重新修孔和清孔,清孔完成后立即吊放鋼筋籠,減少工序間隔時間,A槽段和鎖口管位置混凝土整體澆筑。

圖8 鎖口管位置施工示意

3.1.2 裂隙水處理

吊腳連續墻進入中微風化巖層,由于沒有到達基坑底部,裂隙水會從吊腳墻底部向基坑內流出,采取地下連續墻內預埋注漿管,實施墻趾注漿。

3.1.3 吊腳墻在中微風化巖層內的基坑開挖

基坑開挖按照分層分段進行開挖,開挖前臨時立柱、冠梁、降水井施工完畢,開挖過程中鋼支撐緊跟,到微風化巖層地段進行爆破作業,爆破采用預裂爆破開挖,減小對保留巖體的影響,爆破過程采用沙袋覆蓋。進入到吊腳位置時,先施工錨索,等張拉達到預加力后,再往下開挖,在巖面上掛網噴射20 cm厚C20混凝土,并打設φ22mm砂漿錨桿,長3m,錨桿間距1.5m× 1.5m,梅花形布置,雙排鋼筋網片采用φ8 mm鋼筋,間距200mm×200 mm。在盾構井開洞處第四道支撐按照原設計進行支撐,與錨索有沖突的地方,適當調整錨索位置,同時在盾構井7m范圍內采用斜鋼管支撐2道,兩側進行錨索錨固(圖9)。

圖9 盾構井角撐及錨索平面布置示意(單位:mm)

3.2 錨索施工

3.2.1 錨索施工工藝流程

每根錨索施工工藝流程(圖10)。

圖10 錨索施工工藝流程

3.2.2 錨索施工

錨索施工配合石方開挖進行,從上向下開挖,開挖一層施作一層錨索。首先測量放線定出錨孔位,在錨孔位處現澆錨座(或預制安裝),錨座嵌入連續墻,并使錨座托面和錨孔方向垂直,利用CLG-110潛孔鉆機干鉆錨索孔,鉆完孔后用高壓風清洗鉆孔,清除孔中石渣和粉塵,然后穿入錨索并壓漿。待孔內砂漿達到設計強度的90%后進行張拉和封錨。

(1)錨索制作

錨索在鋼筋加工棚內制作,錨索錨固段首先清除油污并除銹,然后按設計長度利用擴張環、緊箍環等組裝錨固段,對于自由段涂油并套塑料管,前端安裝導向帽。

(2)壓漿

使用M35水泥砂漿(砂漿由試驗室選配)并加入水泥質量1.5%的速凝劑。使用KUBJ型砂漿泵,注漿壓力≥0.35 MPa,注漿通過錨索中間注漿管從錨索孔底開始一次注滿,中間不間斷。錨索自由段用防護油和塑料管進行隔離,防止和砂漿連結。

(3)張拉

每束錨索張拉力預計為1 100 kN,采用2次4級張拉,每級間隔時間5～10 min,每級張拉力為254 kN。一根錨索由6束組成,需要總張拉力900 kN,采用YCW -120型千斤頂,其張拉力為1 200 kN,可以滿足要求。配ZB4/50型高壓油泵,錨索最后張拉至設計拉力的110%,并穩定5min以后,采用OVM群錨體系錨具錨固在C50鋼筋混凝土錨座上。對自由段進行注漿封閉,最后利用C15混凝土封頭,封住錨具。一根張拉完后,移至下一根進行張拉,直至完成全部錨索。

4 結語

在整體地下連續墻圍護結構內,如果地質情況復雜,尤其存在局部上軟下硬,下硬為中微風化巖,在該種地層中靈活采用吊腳連續墻,可以有效地縮短施工工期,操作簡單,節省成本。

[1] 趙志縉,應惠清.建筑施工[M].4版.上海:同濟大學出版社,2004.

[2] 楊和禮,何亞伯.土木工程施工[M].2版.武漢:武漢大學出版社,2010.

[3] 叢藹森.地下連續墻的設計施工應用[M].北京:水利水電出版社,2002.

[4] 劉國彬,王衛東,等.基坑工程手冊[M].2版.北京:中國建筑工業出版社,2009.

[5] 北京城建設計研究總院.GB50157—2003 地鐵設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2003.

Application of Partial Diaphragm W alls in the Deep Foundation Pits on Shenzhen metro Line 5

Xu Manji
(Shield Subcompany,China Railway 6thEngineering Bureau Group Co.,Ltd.,Beijing 100036)

Line 5 of Shenzhen metro features complex geology,great variations in ground and a lot ofmixed upper soft rocks and bottom hard rocks,causing trouble for the construction of diaphragm walls.At Daxuecheng station,weak-weathered granites were encountered which slowed down the construction progress and the project schedule was difficult to satisfy.In order to ensure the project schedule,requirements for safety and quality,considering the practical situation,partial diaphragms,i.e.,diaphragm walls without footings,were adopted at some places.The paper describes in detail the scheme,computation,partial wall fabrication and anchor cable technique.

Metro station;Deep foundation pit;Protection enclosure structure

U231+.3

B

2011 -03 -17;

2011 -03 -29

許滿吉(1973—),男,工程師,1996年畢業于華東交通大學。