廣州東山口站圍擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

廣州東山口站圍擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1車站圍擋結(jié)構(gòu)東山口站位于廣州市中山街北側(cè)。東端位于中山街與農(nóng)林東街之間。西端靠近東山口五叉路口，車站南側(cè)建筑密集。車站內(nèi)地形起伏變化較大,中間高,東西兩端低,北面高,南面低,施工圍擋距結(jié)構(gòu)僅1～2m,施工場地極為狹窄。位于車站西北角的燕子樓的樁基,距車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)僅0.5m。詳見圖1。車站處于黃花岡臺地,上部浮土為第四系沖、洪積層,主要為雜填土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土等,下伏基巖為上白堊系上大朗山組粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、含砂礫巖和礫巖,基坑范圍內(nèi)基巖分為強(qiáng)、中、微風(fēng)化巖,強(qiáng)風(fēng)化巖可以用挖掘機(jī)直接開挖,中風(fēng)化巖由于堅(jiān)硬,強(qiáng)度大,需要采用打眼爆破方式進(jìn)行開挖?；?xùn)|西長292m,南北寬21.3～26.91m,開挖深度13.4～20.89m,開挖土石方總量約13萬m3,其中石方量約3萬m3。2設(shè)計(jì)與施工成本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1支護(hù)結(jié)構(gòu)的布置基坑開挖的土體支護(hù)選用護(hù)壁樁,施工完畢后作為永久結(jié)構(gòu)的一部分,與側(cè)墻共同受力。護(hù)壁樁插入底板位置以下,對微風(fēng)化、中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖深度分別為2.5m、3.5m和4.5m。如底板以下仍為土層,則插入深度加長。隨著基坑向下開挖,從上到下共設(shè)置3道鋼管水平支撐,支撐沿基坑的縱向水平距離為5.4m,支撐為?730的鋼管,壁厚分15mm和10mm兩種,支撐的端部與爪形托架相連,托架主要由3根?250、厚10mm的鋼管組成,分別撐住相鄰的3根護(hù)壁樁。在架設(shè)水平支撐時,用千斤頂施加300kN的預(yù)壓力。2.2地下主副產(chǎn)物網(wǎng)側(cè)墻內(nèi)的網(wǎng)噴不斷按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際埋深與兩側(cè)土層的實(shí)際分層情況確定巖土介質(zhì)的計(jì)算參數(shù),結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)參數(shù)則根據(jù)實(shí)際截面大小及所用材料確定,方案中護(hù)壁樁的直徑為?1200mm,間距1800mm,考慮護(hù)壁樁的施工澆筑條件可能較差,對其變形模量Ec乘折減系數(shù)0.8。不考慮樁與側(cè)墻襯砌之間的網(wǎng)噴砼的作用。最低地下水位埋深取0.5m。地表處緊靠車站北側(cè)側(cè)墻,有已建的多層房屋,在驗(yàn)算時則包括已建房屋重量對車站結(jié)構(gòu)的影響,每層房屋折合成15kN/m2,對一般的6～7層房屋為90～105kN/m2。這些房屋基礎(chǔ)的埋深不清,保守地將其作用于地表來考慮。施工支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的荷載除土壓力外,包括兩側(cè)地表處有20kN/m2施工荷載。計(jì)算施工支護(hù)時,由于降低了地下水,不考慮地下水的側(cè)壓力。計(jì)算分析采用土工專用的PLAXIS有限元分析程序。對施工支護(hù)按照施工順序,計(jì)算出自上而下開挖并逐一設(shè)置支撐,以及自下而上構(gòu)筑永久結(jié)構(gòu)并逐一拆除支撐的每一階段的內(nèi)力與變形,從中尋求最不利的階段,以及施工過程中護(hù)壁樁與支撐所經(jīng)歷過的最大內(nèi)力與最大變形。2.3建構(gòu)和施工第二道水平支撐取最不利的車站東段進(jìn)行分析。此處基坑北側(cè)土體按高出南側(cè)5.5m計(jì)算,距離北側(cè)護(hù)壁樁4m遠(yuǎn)處有已建的6層房屋。按最不利的地表荷載分布,即北側(cè)離樁4m以遠(yuǎn)處作用均布荷載90kN/m2,在樁與房屋之間的4m寬地表則作用施工荷載20kN/m2;因整個支護(hù)此時向南位移,南側(cè)地表荷載將起到有利作用,取值為零。由于北側(cè)地面高出南側(cè)5.5m,在三道水平支撐之上再設(shè)置一道斜撐,以控制頂端的水平位移。此外對所有支撐考慮300kN的預(yù)應(yīng)力。計(jì)算步驟為:(1)架設(shè)斜撐及第一道水平支撐,開挖至5.5m深;(2)架設(shè)第二道水平支撐,再開挖至10m深;(3)架設(shè)第三道水平支撐,在開挖至14.5m深;(4)在開挖至19m深;(5)建造底板,拆除第三道水平支撐;(6)建造樓板,拆除第二道水平支撐。在各施工階段支撐的軸力中,第二道水平支撐軸力最大,達(dá)1574kN,樁的最大彎矩為北樁1242kN·m、南樁943kN·m,樁徑均為?1200mm。體系內(nèi)的最大變形和內(nèi)力均發(fā)生在第(5)階段,即澆筑完底板并拆除第三道支撐之后,體系變形如圖2所示,右樁頂?shù)乃轿灰萍s為19mm,左樁頂?shù)淖畲笪灰圃谄渲胁繛?3.5mm,樁內(nèi)力見圖3。從圖2可見,地表沉降僅3mm左右,不構(gòu)成對地面房屋的威脅。北側(cè)樁的最大位移13.5mm,在許可值之內(nèi)。南側(cè)樁的最大位移雖然稍大些,但發(fā)生在頂端且反向擠壓土體側(cè),故不致產(chǎn)生危害。鋼管支撐在同一基坑內(nèi),上下三道支撐受到的最大軸力也不同,負(fù)荷最大的是第二道支撐,其次是第三道支撐,最上面支撐受力最小。為了節(jié)約材料,將支撐分成兩種壁厚尺寸,用于不同受力地段。對于δ=15mm鋼管,承受最大壓力為2100kN,自重引起的附加彎矩約170kN·m,考慮端部偶然偏心,取偏心距為200mm,有偶然偏心彎矩420kN·m,其可能的作用方向一般與自重引起的附加彎矩相反,按有關(guān)規(guī)范算得鋼管中的計(jì)算應(yīng)力為210MPa,符合要求。對于δ=11mm鋼管,承受最大壓力為1000kN,算得鋼管計(jì)算應(yīng)力不足140MPa,低于允許強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215MPa。從計(jì)算結(jié)果可見,車站的多數(shù)地段用?800mm的灌注樁也能滿足強(qiáng)度及變形要求,施工中統(tǒng)一采用?1200mm灌注樁。在側(cè)邊有已建房屋及基坑較深(>16m)和土質(zhì)較差的區(qū)段配筋率稍高。3基礎(chǔ)邊坡開挖和試運(yùn)行3.1基坑橫向開挖(1)根據(jù)東山口站的地形、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境的特點(diǎn),基坑開挖由中間開溝,自上而下分階段開挖,臺階式施工,自東西向兩端推進(jìn),從東西兩端出土。為減少裝載的倒運(yùn)環(huán)節(jié),采用汽車直接下坑,挖掘機(jī)開挖后直接裝入自卸汽車運(yùn)輸為主的開挖方法。(2)由基坑鋼支撐上下排的標(biāo)高確定上下分階段標(biāo)高。(3)在基坑橫向開挖上事先考慮兩種開挖方案:先開挖中間部分后開挖南側(cè)(地勢較低),再開挖北側(cè)(地勢較高);先開挖南半部分,后開挖北半部分。在施工過程中根據(jù)監(jiān)測結(jié)果,調(diào)整橫向上的開挖方案。(4)加強(qiáng)開挖過程中的監(jiān)控量測,掌握開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形速率和力學(xué)動態(tài),了解施工對周圍環(huán)境的影響,監(jiān)測資料及時整理,反饋信息,用以不斷調(diào)整開挖速度和開挖方案,指導(dǎo)施工,嚴(yán)防超挖,力求把基坑開挖對周圍環(huán)境的影響,減少到最低程度。3.2挖掘過程3.2.1主基坑開挖邊挖邊開挖南段部分開挖,由兩端向中間塹溝形式相向開挖,隨后北半部分開挖時,自中間溝槽開始分別向東西兩側(cè)相背開挖,邊挖邊支撐。采取這種開挖方式,除了考慮北側(cè)電信管線改移的時空關(guān)系外,另一個重要原因就是北側(cè)地形高,建筑物高而密集,基坑周圍土體壓力較大,南側(cè)地勢較低,而且緊靠中山一路南側(cè)道路(相距2m多),基坑周圍土體壓力較小,后開挖北半部分可以減少其暴露時間,減少基坑收斂。第一階段開挖順序見圖4。3.2.2基坑開挖系統(tǒng)在第一階段開挖完畢后,由兩端向中間開挖斜溝,至第二階段底部標(biāo)高,東西方向拉通,在拉通的中間部位橫向拉橫溝,自橫溝開始向東西兩端相背開挖第4部分。當(dāng)?shù)?部分兩個相背的工作面距離達(dá)到30m左右時,又從中間向第三階段下挖橫溝,即開挖第5部分至基坑底。這樣就形成了兩獨(dú)立的開挖系統(tǒng),每個系統(tǒng)上下兩個或三個臺階,可以交替開挖,也可以齊頭并進(jìn),同步開挖,保持超前關(guān)系10～15m,每個獨(dú)立的系統(tǒng)布置2～3臺挖掘機(jī)同時作業(yè)。第二、第三階段開挖順序詳見圖5。這樣既可以有效地降低基坑的收斂速度,又能保證基坑的的開挖進(jìn)度,為下一步主體結(jié)構(gòu)的施工和整個工程進(jìn)度創(chuàng)造有利條件。此外,當(dāng)基坑開挖到東西兩個端頭時,為確保東西兩個端頭的(特別是緊鄰東山口五叉路口西端頭)穩(wěn)定性,暫由挖掘機(jī)卸土至帽梁標(biāo)高以下4m左右處,暫時不挖,以平衡端頭土體側(cè)壓。待附近段的墻板柱框架結(jié)構(gòu)完全達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,在西端鄰近段主體結(jié)構(gòu)頂板中間和西端帽梁中間部位之間架設(shè)一道與基坑橫向支撐一樣的縱向支撐,在東端帽梁和鄰近部位南北側(cè)圍護(hù)樁頂部帽梁之間安設(shè)臨時八字撐(I40工字鋼)。在安設(shè)好兩個端部的加強(qiáng)支撐后,利用兩端已預(yù)先安設(shè)好的龍門架系統(tǒng),用吊斗將土石方吊運(yùn)到鄰近段主體結(jié)構(gòu)的頂板上,作為道路回填土。3.3鋼支撐的鋪設(shè)與維護(hù)基坑的支護(hù)形式首先要滿足如下功能:(1)基坑開挖時和車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土施工前保護(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。(2)有效地控制基坑收斂和位移。(3)便于基坑土石方的開挖。(4)確保在支撐拆除時,不至于對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析和工藝技術(shù)原則,經(jīng)過多種方案比較,采用了3樁1主撐、每個主撐兩端有3個次撐、每個次撐分別支撐1條樁的形式,鋼支撐的形式詳見圖6,其水平間距為5.4m,基坑在豎向分別設(shè)2排或3排,在車站西部基坑北側(cè)緊鄰圍護(hù)結(jié)構(gòu)(相距僅0.5m)有一幢七層樓宇,為確保其安全性,在它的附近采用豎向架設(shè)3排鋼支撐的支護(hù)方式。這樣基坑南北兩側(cè)的所有圍護(hù)樁在基坑開挖后都有2～3排支撐,確保了基坑的穩(wěn)定和安全。東山口站周圍建筑物密集而且高大,鋼支撐的加工與架設(shè)對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定至關(guān)重要。首先應(yīng)保證鋼支撐的加工質(zhì)量,控制加工后鋼支撐軸線的偏心度在10mm內(nèi),鋼支撐法蘭盤接頭處的螺栓要經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)后才能使用,法蘭盤用螺栓對接后再在法蘭盤接頭處上下左右四個邊用鋼板(δ=12mm)加以焊接,這是保證鋼支撐穩(wěn)定工作的前提。鋼支撐在架設(shè)前還須準(zhǔn)確放出支撐點(diǎn)位置,保證鋼支撐與墻面垂直。每道鋼支撐架設(shè)后用鋼絲繩吊拉在預(yù)埋圍護(hù)帽梁上的吊鉤上。鋼支撐架設(shè)時嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求,每撐增加預(yù)應(yīng)力100～300kN。在基坑開挖過程中,鋼支撐應(yīng)隨著工作面的開挖,隨挖隨支,但架設(shè)過早會影響施工機(jī)械的運(yùn)作,設(shè)置過晚則危及基坑安全。實(shí)際做法是,當(dāng)基坑開挖至鋼支撐設(shè)計(jì)位置下1m時,先不挖基坑兩側(cè)土體,而從中間挖6m左右寬、4～5m深的槽后,立即架設(shè)鋼支撐,在鋼支撐安裝完畢后,再挖除兩側(cè)土體,這樣施工既保證了機(jī)械的作業(yè)空間,又有效地保證了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。4施工對環(huán)境的影響基坑的監(jiān)測工作隨著車站主體結(jié)構(gòu)的封頂而結(jié)束,取得監(jiān)測最后結(jié)果。4.1收斂值的確定車站沿基坑縱向布置的12條南北收斂測線,有11條測線收斂值在允許范圍(小于50mm)內(nèi),只有一條測線D19-1累計(jì)收斂值達(dá)68mm。4.2地面地表沉降基坑兩側(cè)及東西端地表沉降均在允許值(30mm)內(nèi),其中最關(guān)鍵地段基坑西部北側(cè)燕子樓段的C47,C48,C49三點(diǎn)地表沉降在3.45mm范圍內(nèi),遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許值(30mm)?；又胁哭r(nóng)林大廈南C26,C36,C37,C38四個觀測點(diǎn)累計(jì)沉降值為4～21mm,小于允許沉降值。4.3建筑物的沉降對基坑北側(cè)燕子樓、農(nóng)林物資大廈、農(nóng)林街道辦事處、百好門招待所等幾幢樓宇或房屋的觀測,傾斜非常微小。這些建筑物累計(jì)沉降值變化在2～4.5mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許沉降值(30mm)。從基坑開挖到主體結(jié)構(gòu)竣工一年多時間內(nèi),這些建筑物的裂縫沒有