地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)地墻加長(zhǎng)與土層擾動(dòng)的關(guān)系

朱益龍 閆小杰 徐乃芳

(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315000； 2.中國(guó)電建集團(tuán)華東院勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 寧波 315000)

1 工程簡(jiǎn)介

連續(xù)墻支護(hù)一般采用鋼絲繩和液壓抓斗成槽設(shè)備，也有用多頭鉆和切削輪式成槽設(shè)備的。槽段采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁灌注水下混凝土使其形成混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)。為加強(qiáng)支護(hù)能力一般采用鋼橫撐和錨桿拉緊連續(xù)墻共同受力的方式。連續(xù)墻不僅能承受較大的荷載同時(shí)具有隔水的作用。

以地下3層站車站為例，主體結(jié)構(gòu)形式為雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)外皮寬22.1 m，車站覆土埋深約為3.0 m。車站主體挖深約25.69 m，車站底板主要落于④2b黏土層。采用明挖順作法施工，各層土質(zhì)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)荷載：

結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土重度：γ=25 kN/m3；

水平壓力：水平壓力施工階段對(duì)于黏性土地層采用水土合算，對(duì)于砂性土地層采用水土分算；使用階段均按水土分算。基坑周邊的地面超載按30 kPa計(jì)。

以最不利端頭井的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和施工數(shù)據(jù)為例。

2 土體各項(xiàng)參數(shù)折減0.9計(jì)算模型

端頭井圍護(hù)型式為1 000 mm厚地下連續(xù)墻，采用明挖順作法施工，其中第一道和第五道采用鋼筋混凝土支撐，支撐之間的間距為9 m；第二道和第四道鋼支撐以及換撐采用φ609壁厚16 mm鋼支撐，鋼支撐之間的間距為3 m,第三、六、七道鋼支撐采用φ800壁厚16 mm鋼支撐，支撐間距為3 m，使用啟明星計(jì)算軟件模擬基坑受力情況，建立計(jì)算模型(如圖1所示)。

圖中土體的各項(xiàng)參數(shù)，如粘聚力、內(nèi)摩擦角等相對(duì)應(yīng)于表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行折減0.9計(jì)算。

2.1 坑底抗隆起計(jì)算

坑底抗隆起計(jì)算模型如圖2所示。

下滑力：7 988.5 kN/m；

抗滑力：15 475.7 kN/m；

每延米墻體抗滑力：0.0 kN/m；

安全系數(shù)：2.19，要求安全系數(shù)：2.2。

2.2 墻底抗隆起計(jì)算

墻底抗隆起計(jì)算模型如圖3所示。

坑內(nèi)側(cè)向外25.7 m范圍內(nèi)總荷載：26 921.3 kN/m。

驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力：29.5 kPa；內(nèi)摩擦角：13.4°。

安全系數(shù)：2.48，要求安全系數(shù)：2.5。

2.3 整體穩(wěn)定性計(jì)算

整體穩(wěn)定計(jì)算模型如圖4所示。

滑?。簣A心(8.12 m,-0.00 m)，半徑：55.75 m，起點(diǎn)(-47.63 m,0.00 m)，終點(diǎn)(57.60 m,25.69 m)，拱高比0.785；

下滑力：12 473.51 kN/m；

土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力：17 202.74 kN/m；

土釘/錨桿抗滑力：0.00 kN/m；

樁墻的抗滑力：0.00 kN/m；

安全系數(shù)：1.34。

3 土體各項(xiàng)參數(shù)折減0.9(地墻加長(zhǎng)2 m)

3.1 坑底抗隆起計(jì)算

坑底抗隆起計(jì)算模型如圖2所示。

下滑力：8 481.5 kN/m；

抗滑力：16 643.0 kN/m；

每延米墻體抗滑力：0.0 kN/m；

安全系數(shù)：2.22，要求安全系數(shù)：2.2。

3.2 墻底抗隆起計(jì)算

墻底抗隆起計(jì)算模型如圖3所示。

坑內(nèi)側(cè)向外25.7 m范圍內(nèi)總荷載：27 897.5 kN/m；

驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力：29.5 kPa；內(nèi)摩擦角：13.4°；

安全系數(shù)：2.53，要求安全系數(shù)：2.5。

3.3 整體穩(wěn)定計(jì)算

整體穩(wěn)定計(jì)算模型如圖4所示。

滑?。簣A心(6.88 m,-0.00 m)，半徑：57.54 m，起點(diǎn)(-50.67 m,0.00 m)，終點(diǎn)(58.37 m,25.69 m)，拱高比0.792；

下滑力：13 030.63 kN/m；

土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力：18 380.49 kN/m；

土釘/錨桿抗滑力：0.00 kN/m；

樁墻的抗滑力：0.00 kN/m；

安全系數(shù)：1.36。

4 土體各項(xiàng)參數(shù)折減0.85計(jì)算

4.1 坑底抗隆起計(jì)算

坑底抗隆起計(jì)算模型如圖2所示。

下滑力：7 988.5 kN/m；

抗滑力：14 663.8 kN/m；

每延米墻體抗滑力：0.0 kN/m；

安全系數(shù)：2.04，要求安全系數(shù)：2.2。

4.2 墻底抗隆起計(jì)算

墻底抗隆起計(jì)算模型如圖3所示。

坑內(nèi)側(cè)向外25.7 m范圍內(nèi)總荷載：26 921.3 kN/m；

驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力：27.9 kPa；內(nèi)摩擦角：12.7°；

安全系數(shù)：2.34，要求安全系數(shù)：2.5；

起點(diǎn)(-47.60 m,0.00 m)，終點(diǎn)(57.65 m,25.69 m)，拱高比0.785。

4.3 整體穩(wěn)定性計(jì)算

整體穩(wěn)定計(jì)算模型如圖4所示。

滑弧：圓心(8.16 m,-0.00 m)，半徑：55.76 m；

下滑力：12 472.89 kN/m；

土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力：16 212.65 kN/m；

土釘/錨桿抗滑力：0.00 kN/m；

樁墻的抗滑力：0.00 kN/m；

安全系數(shù)：1.3。

5 土體各項(xiàng)參數(shù)折減0.85(地墻加長(zhǎng)2 m)計(jì)算模型

5.1 坑底抗隆起計(jì)算

坑底抗隆起計(jì)算模型如圖2所示。

下滑力：8 481.5 kN/m；

抗滑力：15 790.0 kN/m；

每延米墻體抗滑力：0.0 kN/m；

安全系數(shù)：2.18，要求安全系數(shù)：2.2。

5.2 墻底抗隆起計(jì)算

墻底抗隆起計(jì)算模型如圖3所示。

坑內(nèi)側(cè)向外25.7 m范圍內(nèi)總荷載：27 897.5 kN/m；

驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力：27.9 kPa；內(nèi)摩擦角：12.7°；

安全系數(shù)：2.39，要求安全系數(shù)：2.5。

5.3 整體穩(wěn)定性計(jì)算

整體穩(wěn)定計(jì)算模型如圖4所示。

滑?。簣A心(6.91 m,-0.00 m)，半徑：57.55 m，起點(diǎn)(-50.64 m,0.00 m)，終點(diǎn)(58.40 m,25.69 m)，拱高比0.792；

下滑力：13 029.58 kN/m；

土體(若有則包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力：17 337.53 kN/m；

土釘/錨桿抗滑力：0.00 kN/m；

樁墻的抗滑力：0.00 kN/m；

安全系數(shù)：1.32。

6 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1)基坑安全等級(jí)為一級(jí)，車站基坑變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)1.1。

2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)力和變形計(jì)算，可沿區(qū)間縱向取單位長(zhǎng)度按彈性地基梁計(jì)算，坑內(nèi)開(kāi)挖面以下地層對(duì)墻體的約束采用一系列彈簧支座模擬。

3)地面最大沉降量不大于0.1%H(H為基坑開(kāi)挖深度)，圍護(hù)墻最大水平位移不大于0.14%H，坑底抗隆起Ks≥2.2，墻底抗隆起系數(shù)不小于2.5。

對(duì)上述各個(gè)工況的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，同時(shí)和規(guī)范所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，詳見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

7 結(jié)語(yǔ)

實(shí)際工程中對(duì)于擾動(dòng)土并沒(méi)有明確的計(jì)算方法，本文采用對(duì)土體參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p的方法，來(lái)模擬實(shí)際工程中已經(jīng)擾動(dòng)的土體，并通過(guò)加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗土體的擾動(dòng)，通過(guò)同濟(jì)啟明星的計(jì)算結(jié)果和原工程數(shù)據(jù)的比較得出以下結(jié)論：1)擾動(dòng)土體對(duì)工程有很大的影響，通過(guò)加長(zhǎng)地墻，一定程度上可以加強(qiáng)基坑的穩(wěn)定性和安全性，但在實(shí)際工程中需要考慮工程造價(jià)和實(shí)際施工的難度，并不能無(wú)限制的加長(zhǎng)地墻長(zhǎng)度；2)在計(jì)算的過(guò)程中沒(méi)有考慮到“窄坑效應(yīng)”，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步的確定土體的特征，來(lái)確定最優(yōu)的地墻插入比。