青岛地铁3号线太平角公园站围护结构设计

2010-06-12唐红影

山西建筑 2010年24期

唐红影

1 工程概况

围护结构在地铁设计、施工中存在一定的高风险性。基坑支护设计方案的选取,应综合安全性及经济效益来考虑。本基坑位于太平角公园内,起讫里程为K4+597.81～K4+780.51,长182.70 m,标准段宽为18.80 m,顶板覆土1.80 m,基坑开挖深度为15.40 m～18.11 m。附近建筑物较少,基坑北侧为香港西路,交通繁忙,管线繁多复杂。车站采用明挖顺作法施工,两端的区间均采用浅埋暗挖法施工。

2 工程地质与水文地质

2.1 工程地质

本场地地貌形态为山前剥蚀斜坡地貌,地势较平坦。场地地面标高为10.43 m～16.69 m。根据详勘报告,建筑场地类别为Ⅰ类。

各土层物理力学参数见表1。

表1 地层物理力学参数表

2.2 水文地质

地下水类型按赋存方式分为第四系松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水两类。地下水补给来源主要为大气降水和上游的侧向径流补给。强、中风化岩层属弱透水层。稳定水位埋深为1.50 m～8.00 m,抗浮设防水位绝对标高为8.70 m。

3 基坑支护结构形式

3.1 围护结构方案的选择

基坑开挖一般分两种:放坡开挖和在支护体系下开挖。放坡开挖既简单又经济,但是目前地铁工程均在城市建设,多为繁华地段,基坑较深,场地小,对环境保护要求高,不具备放坡条件,大多采用有支护体系开挖。本基坑经过综合比较,采用钻孔灌注桩围护结构,比较过程如下:

1)基坑北侧紧邻香港西路,管线繁多且地面交通繁忙,基坑施工时需要保证香港西路的交通顺畅,同时要保证管线不能产生太大的位移和变形,受施工场地限制及采用放坡对地面变形控制能力较差,因此基坑北侧采用围护桩结构。

2)基坑南侧为太平角公园,场地开阔,可以考虑放坡开挖,适当减少工程量。但是存在以下问题:a.龙门吊无法实施,需采用塔吊施工。龙门吊价格便宜,施工效率较高,使用安全,是地铁车站基坑施工的主要手段;b.本站抗浮设防水位较高,抗浮不满足要求,采用桩加抗浮压顶梁结构措施,抗浮效果较好,若采用基坑南侧放坡施工,则无法实施抗浮压顶梁,只能考虑采用抗浮锚杆、抗拔桩等其他手段,抗浮锚杆对底板防水破坏很大,且耐久性难以保证。底板抗浮桩施工难度很大,造价较高,以上两种方案均不利于车站结构;综合考虑以上因素,基坑南侧采用围护桩结构。

3)常见的围护桩有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、钻孔咬合桩等。优缺点比较见表2。

表2 优缺点比较表

钻孔灌注桩是一种施工工艺简单、技术成熟、刚度较大、安全可靠并且适应性很强的基坑支护结构,被广泛使用于各种复杂地层和不同类型基坑工程。具有施工进度快,造价低的优点,有利于工期控制和降低工程造价,可尽量减少施工对周边环境的影响。结合本站实际情况和当地经验,采用钻孔灌注桩围护结构。

3.2 支护形式的比选

1)桩+钢支撑体系是目前比较常用的支护体系,钢支撑购置方便,作为临时构件,可随时拆卸循环使用,对存在建筑物区域可以采取加密钢支撑方式控制基坑水平位移,对地层较好的区域可酌情减小钢支撑间距,根据实际监测情况实现信息化施工。本设计之初也选用了此种结构形式,但是根据当地专家意见,在爆破施工时对钢支撑的影响较大。在岩土及地下结构工程中,预应力锚索由于能主动对土体提供一定的支护抗力,从而能有效地提高土体的抗剪强度,使锚固区范围内的土体形成压应力区,抑制土体位移,保证基坑稳定和保护相邻建筑物的目的。因此为了方便基坑下部土石方开挖及控制变形,在标准段第一道支撑采用钢管内支撑,第二、三道支撑采用锚索支护形式。

2)车站西北角距离两根燃气管线较近,根据经验,该类型管线对变形要求很高,若变形较大,易引起泄漏;东侧为伊美尔整形医院,为半地下室结构(该建筑为3层,局部 8层),据调查结构基础为毛石条基,对变形要求较高,下部区间穿越段采用大管棚支护,对锚索施工影响很大。因此不考虑锚索支护形式,最终经过计算比较,东西两端采用桩加三道钢管内撑支护形式。

3.3 基坑支护结构计算

本工程采用理正深基坑软件(5.5版)进行了计算和内力分析,主体围护施工阶段地面超载取为20 kPa,并考虑临近建筑物及管线的影响,基坑侧壁安全按一级考虑,重要性系数1.1。桩内力及位移计算结果如图1所示。

经过计算分析,本基坑设计如下:

1)围护形式采用φ 800@1 600 mm钻孔灌注桩,基坑西北角距离管线较近处和东侧采用φ 800@1 200钻孔灌注桩。2)标准段第一道支撑采用φ 609,壁厚14 mm钢管,间距 4.5 m,第二、三道竖向两道采用预应力锚索,根据计算锚索采用1×7型3Φs15.2预应力钢绞丝,锚索成孔直径 150 mm,采用M30砂浆,注浆压力0.4 MPa,并对锚固段采用二次高压注浆,锚索总长13 m～18 m,锚固段长度为6.5 m～9.5 m。预加力300 kN～500 kN。3)东西两端头采用竖向三道φ 609,壁厚14 mm钢管支撑,间距3 m左右。