深圳地鐵文化中心站土釘墻錨索組合支護設計
摘 要: 概括介紹了深圳地鐵文化中心站基坑支護設計的結構選型、設計理論、計算方法、構造要求以及造價分析等,以期對同類型的基坑支護設計有所幫助。關鍵詞:基坑支護;土釘墻;錨索;造價1 工程概況
地鐵文化中心站是深圳地鐵一期工程4 號線終點站,站址位于蓮花山南側,為臺地地貌,地形較平坦,地面無建筑物。車站采用明挖法施工,基坑長169. 9 m , 寬36. 1～73. 6 m , 平均開挖深度為16. 8 m。站區內上覆第四系統中更新統殘積層(Oe1 2) ,下伏燕山期花崗巖(γ3 5) ,局部夾輝綠巖巖脈,土層物理力學參數分述如下:
(1) 第四系中更新統殘積層(Qe1 2)
① 礫質粘性土。堅硬至可塑,厚0～13. 4 m , fk = 230 kPa 。
② 礫質粘性土。硬塑至軟塑,厚0～11. 8 m , fk = 200 kPa 。
(2) 燕山期花崗巖(γ3 5)
① 全風化巖。呈土夾砂礫狀,厚0. 4～10. 5 m , fk = 300 kPa 。
② 強風化巖。呈碎塊狀,厚0. 4～10. 5 m , fk = 500 kPa 。
③ 中等風化巖。巖芯呈短柱狀,厚0～1. 0 m , fk = 1 000 kPa 。
④ 微風化巖。巖芯呈柱狀,節理裂隙發育,巖質較堅硬, fk = 1 500 kPa 。
(3) 輝綠巖
① 中等風化巖。巖芯呈短柱狀,厚0～1. 2 m , fk = 1 000 kPa 。
② 微風化巖。巖芯呈柱狀,節理裂隙發育,巖質較堅硬, fk = 1 500 kPa 。
車站范圍內地下水為第四系孔隙潛水及少量基巖裂隙水,水位埋深2. 8～4. 3 m , 變幅1. 0 m 左右, 主要補給源為大氣降水。礫質粘性土滲透系數為 0. 8 m/ d , 砂質粘性土滲透系數為0. 8 m/ d , 全風化花崗巖滲透系數為1. 0 m/ d , 強風化花崗巖滲透系數為2. 5 m/ d 。
2 基坑支護方案設計
文化中心站施工場地開闊,地面無建筑,施工與交通基本無干擾,故采用明挖法施工,基坑平均開挖深度為16. 8 m ; 結合深圳地區的基坑支護經驗,根據該站位的地質資料,確定方案。由土釘墻+ 預應力錨索。邊坡坡率為1∶0. 3 。見表1。
表1 支護結構方案優缺點比較表
同濟大學,現從事城市軌道交通設計工作。
3 文化中心站土釘墻支護設計3. 1 支護形式設計
受用地紅線的制約,并結合主體結構斷面,文化中心站土釘墻支護設計為3 種形式:
(1) 坡率1 :0. 3 的單坡,共13 排土釘,從坡頂向下第3 排和第7 排跳打預應力錨索,錨索部位下設連續鋼筋混凝土暗梁,暗梁尺寸300 mm ×400 mm 。
(2) 支護設計為上下兩段墻體,中間設0. 63 m 寬的平臺,上段墻體平均高為10. 33 m , 下段墻體高6. 42 m , 坡率為1 :0. 3 , 共13 排土釘,從坡頂向下第3 排和第7 排跳打預應力錨索,錨索部位下設連續鋼筋混凝土暗梁,暗梁尺寸300 mm ×400 mm 。
(3) 支護設計為上下兩段墻體,中間設2. 62～ 2.78 m 寬的平臺,上段墻體平均高10. 33 m , 下段墻體高6. 42 m , 坡率均為1 :0. 3 , 共13 排土釘,從坡頂向下第3 排跳打預應力錨索,錨索部位下設連續鋼筋混凝土暗梁,暗梁尺寸300 mm ×400 mm 。
3. 2 土釘設計
土釘是置于基坑邊坡土體中,以較密間距排列的細長金屬桿,土釘依靠它與土體接觸面上的摩擦力,與其周圍土體形成一個有自承能力的擋土墻體系。設計中考慮到場地土質條件較好,易于成孔,故采用注漿錨桿為土釘。根據深圳地區規范并結合當地經驗,初步選定土釘長度L = 0. 8 h(h 為基坑高度),進而對土釘抗拔力作檢算,使土釘長度同時滿足基坑整體穩定和釘體內部穩定。從理論上講,土釘的傾角為水平最好,但是考慮到諸多施工因素及注漿效果,土釘與水平面之間設計為10°的傾角。土釘采用C20 水泥砂漿為注漿材料,上墻段利用自重壓力滲透注漿,下墻段土釘需要有較高的抗拔力, 故采用壓力注漿,注漿壓力為0. 3～0. 5 MPa 。
3. 3 錨索設計
預應力錨索與錨桿有相似之處,但作用機理不同,預應力錨索主要作用是約束土釘墻的位移,它分為錨固段和自由段。錨固段產生的拉力沿自由段并通過錨座傳遞到腰梁,再由腰梁傳給土釘墻,決定拉錨結構安全與穩定的關鍵因素是相鄰土體能否提供足夠的抗力,以限制結構位移。文化中心站的預應力錨索采用3 根7Φ5 的鋼絞線,錨索鉆孔孔徑150 mm , 錨索極限抗拔力為400 kN , 設計最大軸向力為250 kN , 張拉鎖定拉力為200 kN 。
3. 4 網噴混凝土設計
噴射混凝土采用C20 早強混凝土, 厚度100 mm ; 鋼筋網選用Φ8 Ⅰ 級鋼,間距200 mm ×200 mm , 鋼筋之間搭接考慮到方便施工的角度,沒有要求做彎鋼,長度定為400 mm , 網片的接頭宜采用搭接加點焊,加強處采用焊接。
3. 5 降水井設計
在坑外設深井井點降水,井的深度根據降水曲線的坡度確定,為24 m ; 井點數量經基坑涌水量計算確定,共46 孔,井點間距為12～15 m 。由于基坑兩端較寬,故有8 個井點布置在基坑內。
3. 6 監測設計
監測是土釘墻支護設計信息化設計得以實現的依托,還是土釘墻支護成功與否的保障。文化中心站基坑共設7 項監測內容,詳見表2 。
表2 監測項目及頻率
土釘墻支護結構有其特定的適用范圍,對地質條件、地面及地下空間環境要求較高。但由于其設備投入少、工期短、造價省、無噪音,以及信息化設計施工、動態管理易于保證支護安全,正逐步得到研究和推廣。通過文化中心站土釘墻錨索支護結構的設計,在土釘墻支護設計中應注意以下幾個問題:
(1) 在設計中,主動土壓力的計算是個關鍵。基坑分層開挖,土釘逐排安設,土壓力是不斷重新分布和變化的。這是因為在土壓力作用下,土釘墻發生側向位移,導致側向土壓力釋放,不但減小了主動土壓力,而且促使具有足夠柔性的噴射混凝土面層通過鋼筋網將土壓力轉移,并利用土釘傳遞回穩定
