吊脚连续墙在深圳地铁5号线深基坑施工中的应用

许满吉

(中铁六局集团盾构分公司,北京 100036)

吊脚连续墙在深圳地铁5号线深基坑施工中的应用

许满吉

(中铁六局集团盾构分公司,北京 100036)

深圳地铁5号线地质复杂,地层变化大,大量存在上软下硬地层,对连续墙施工工期有很大影响。大学城站局部进入微风化花岗岩,施工进度缓慢,难以满足工期要求。从实际出发,为确保工期、安全、质量等要求,在连续墙围护结构中局部使用吊脚连续墙。从方案、计算、吊脚墙施工技术、锚索施工技术进行详细介绍。

地铁车站;深基坑;围护结构;施工

1004 -2954(2011)

08 -0089 -05

在地铁车站施工中,周边建筑物离基坑近、地下管线众多、基坑处于软土地层尤其在砂层中,围护结构常采用地下连续墙。围护结构施工的快慢是车站施工控制工期的关键之一,标准站围护结构在地质为软土地层中施工工期一般控制在5～6个月,在遇到中微风化岩层中,围护结构施工进度将大大滞后,一般车站需提供盾构始发场地或矿山法隧道施工场地,为确保施工工期,围护结构施工时,需要局部调整为吊脚连续墙或吊脚桩,下面以大学城站为例,介绍吊脚连续墙在围护结构中的综合运用情况。

1 工程简介

1.1 工程概况

大学城站是深圳地铁5号线工程第11站,设计起点里程YDK12+424.910,终点里程YDK12+800.0,中心里程YDK12+624.300,全长375.09 m,标准段外包尺寸22.50m(宽)×13.29m(高),大学城站西端为西丽站～大学城站区间盾构施工始发场地。车站位于留仙大道主干道,地下管线众多,场地南侧为红花岭南工业区,北侧为红花岭农贸市场及平山村,房屋建筑较多。大学城站西端提供盾构始发场地。

车站采用明挖法施工,基坑底板高程-1.76～-0.96m,基坑埋深16.0～17.8 m。本基坑支护工程的安全等级为一级。

车站主体围护结构采用800 mm厚地下连续墙,地下连续墙基本幅宽6.0 m,地下连续墙接头采用锁口管。

主体结构基坑内支撑设3道水平钢管支撑,所有钢管内支撑均采用φ600mm,t=16mm Q235钢管,腰梁采用2I45c组合工字钢。

1.2 地质情况

车站地质从上到下杂填土、粗砂、淤泥质黏土、砾质黏性土、黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩,基坑局部进入中风化花岗岩、微风化花岗岩,底板基本位于全风化花岗岩、强风化花岗岩。西区南侧连续墙在祥勘和补勘揭示从盾构井端头往东120m范围内,编号D-125′～D-143′共19幅连续墙在离地面平均8m进入微风化花岗岩,最高11 m进入微风化花岗岩,平面见图1,地质剖面见图2。

图1 大学城西区吊脚连续墙平面示意(单位:mm)

2 吊脚连续墙方案

2.1 方案概述

为了保证在2个月内完成连续墙施工,提前进行基坑开挖,西区入岩较早的地下连续墙改为吊脚连续墙,吊脚连续墙方案为外放1m、吊脚连续墙进入微风化岩层1.5m、锚索锚固+钢支撑内支撑系统。这样一幅连续墙施工时间为25 d,能在2个月施工完成。

D-125′～D-143′共19幅连续墙外放1m进行施工,进入微风化深度1.5 m,设吊脚,预应力钢绞线锚固,直径9.5mm,每2m布置1道,长度16m,自由端长度5 m,锚固段长度11m。主体结构与围护结构之间空隙盾构井段采用C10素混凝土回填,其余部位采用石粉回填,具体见图3、图4。

2.2 方案计算

地下连续墙支护方案应用于存在上覆软弱土层的"嵌岩"基坑中,通常面临"吊脚桩"问题,其设计计算在规范中无明确设计方法或计算模型.根据分步开挖工况不同,结合工程实际,采取多种模型设计方法,最大限度地利用岩土体自身强度,分别以连续墙模型、"吊脚桩"模型等多种计算方法综合确定设计参数,使设计方案做到安全可靠、经济合理、方便可行,经多方比较采用地下连续墙模型进行计算。

2.2.1 方案受力模型

此方案受力模型采用地下连续墙模型,如图5所示。

2.2.2 结构计算

(1)墙体计算

根据受力模型,计算截面参数见表1,内力取值见表2,计算后连续墙的选筋见表3。

图2 吊脚地下连续墙南侧地质剖面示意(单位:mm)

图3 标准段吊脚连续墙施工示意(单位:mm)

图4 盾构井段吊脚连续墙施工示意(单位:mm)

图5 连续墙受力模型(单位:m)

表1 截面参数

表2 内力取值

(2)锚索计算

吊脚墙悬吊部分底部采用锚索锚固,锚索自由段长度计算简图见图6,锚索参数取值见表4,锚索内力参数见表5。

表3 地下连续墙选筋结果

图6 锚索自由段长度计算简图(单位:m)

_表4 锚索参数

表5 锚索内力

经计算后,锚索长度取值见表6。

表6 锚索长度

(3)整体稳定验算

对采用吊脚连续墙,经计算、配筋、锚索长度确认后,进行整体稳定验算,整体稳定验算简图见图7。

计算方法采用瑞典条分法进行验算。

应力状态:总应力法

条分法中的土条宽度:0.40m

图7 整体稳定验算简图(单位:m)

滑裂面数据:整体稳定安全系数Ks=7.887;圆弧半径R=13.594 m;圆心坐标X=-3.789 m;圆心坐标Y=12.297m。

抗倾覆稳定性验算:抗倾覆安全系数的计算公式

式中 Mp——被动土压力及支点力对桩底的弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚索,支点力为锚索的锚固力和抗拉力的较小值;

Ma——主动土压力对桩底的弯矩。,满足规范要求。

3 吊脚连续墙施工技术

3.1 吊脚连续墙施工

吊脚连续墙施工工艺与正常地下连续墙施工技术是一致的,这里不再细说,主要介绍有区别地方的施工技术。

3.1.1 吊脚连续墙底部不在同一个面上

吊脚连续墙墙底部不在同一水平面上,按照实际取样,每幅进入微风化深度1.5m,同时连续墙深度超过第三道钢支撑1 m,第三道钢支撑两端撑在连续墙上。

因岩面倾斜,不在同一水平面上,导致连续墙底部不在同一水平面上,施工时存在两相邻连续墙锁口管不在同一高程的问题,处理施工工艺如下。

(1)先施工岩面线较高的连续墙,后施工岩面线较低的连续墙(图8)。处理方案为:施工地下连续墙A时将锁口管位置冲孔至连续墙B底部,待A的混凝土浇筑完成后,拔出锁口管,再施工B槽段。

(2)先施工岩面线较低的连续墙,后施工岩面线较高的连续墙,处理施工工艺为:施工地下连续墙B时锁口管位置冲孔至连续墙B的底部,浇筑完B的混凝土后拔出锁口管,施工A幅地下连续墙。此时A槽段底部比锁口管底部要高,然后对锁口管位置重新修孔和清孔,清孔完成后立即吊放钢筋笼,减少工序间隔时间,A槽段和锁口管位置混凝土整体浇筑。

图8 锁口管位置施工示意

3.1.2 裂隙水处理

吊脚连续墙进入中微风化岩层,由于没有到达基坑底部,裂隙水会从吊脚墙底部向基坑内流出,采取地下连续墙内预埋注浆管,实施墙趾注浆。

3.1.3 吊脚墙在中微风化岩层内的基坑开挖

基坑开挖按照分层分段进行开挖,开挖前临时立柱、冠梁、降水井施工完毕,开挖过程中钢支撑紧跟,到微风化岩层地段进行爆破作业,爆破采用预裂爆破开挖,减小对保留岩体的影响,爆破过程采用沙袋覆盖。进入到吊脚位置时,先施工锚索,等张拉达到预加力后,再往下开挖,在岩面上挂网喷射20 cm厚C20混凝土,并打设φ22mm砂浆锚杆,长3m,锚杆间距1.5m× 1.5m,梅花形布置,双排钢筋网片采用φ8 mm钢筋,间距200mm×200 mm。在盾构井开洞处第四道支撑按照原设计进行支撑,与锚索有冲突的地方,适当调整锚索位置,同时在盾构井7m范围内采用斜钢管支撑2道,两侧进行锚索锚固(图9)。

图9 盾构井角撑及锚索平面布置示意(单位:mm)

3.2 锚索施工

3.2.1 锚索施工工艺流程

每根锚索施工工艺流程(图10)。

图10 锚索施工工艺流程

3.2.2 锚索施工

锚索施工配合石方开挖进行,从上向下开挖,开挖一层施作一层锚索。首先测量放线定出锚孔位,在锚孔位处现浇锚座(或预制安装),锚座嵌入连续墙,并使锚座托面和锚孔方向垂直,利用CLG-110潜孔钻机干钻锚索孔,钻完孔后用高压风清洗钻孔,清除孔中石渣和粉尘,然后穿入锚索并压浆。待孔内砂浆达到设计强度的90%后进行张拉和封锚。

(1)锚索制作

锚索在钢筋加工棚内制作,锚索锚固段首先清除油污并除锈,然后按设计长度利用扩张环、紧箍环等组装锚固段,对于自由段涂油并套塑料管,前端安装导向帽。

(2)压浆

使用M35水泥砂浆(砂浆由试验室选配)并加入水泥质量1.5%的速凝剂。使用KUBJ型砂浆泵,注浆压力≥0.35 MPa,注浆通过锚索中间注浆管从锚索孔底开始一次注满,中间不间断。锚索自由段用防护油和塑料管进行隔离,防止和砂浆连结。

(3)张拉

每束锚索张拉力预计为1 100 kN,采用2次4级张拉,每级间隔时间5～10 min,每级张拉力为254 kN。一根锚索由6束组成,需要总张拉力900 kN,采用YCW -120型千斤顶,其张拉力为1 200 kN,可以满足要求。配ZB4/50型高压油泵,锚索最后张拉至设计拉力的110%,并稳定5min以后,采用OVM群锚体系锚具锚固在C50钢筋混凝土锚座上。对自由段进行注浆封闭,最后利用C15混凝土封头,封住锚具。一根张拉完后,移至下一根进行张拉,直至完成全部锚索。

4 结语

在整体地下连续墙围护结构内,如果地质情况复杂,尤其存在局部上软下硬,下硬为中微风化岩,在该种地层中灵活采用吊脚连续墙,可以有效地缩短施工工期,操作简单,节省成本。

[1] 赵志缙,应惠清.建筑施工[M].4版.上海:同济大学出版社,2004.

[2] 杨和礼,何亚伯.土木工程施工[M].2版.武汉:武汉大学出版社,2010.

[3] 丛蔼森.地下连续墙的设计施工应用[M].北京:水利水电出版社,2002.

[4] 刘国彬,王卫东,等.基坑工程手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2009.

[5] 北京城建设计研究总院.GB50157—2003 地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社,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

许满吉(1973—),男,工程师,1996年毕业于华东交通大学。