广州地铁三号线客村站深基坑围护结构优化设计和施工技术.pdf

广州地铁三号线客村站深基坑 围护结构优化设计和施工技术 李峰 】 摘要 关键词 在广州地铁三号线客村站中利用疏排桩取代密排咬合桩作为基坑的 围 护结构取得成功 , 本文详细介绍其优化方案情况及基坑开挖施工 。 地铁施工地铁车站基坑 工程概况 广州市轨道交通 三号线客村 站是广州市城市轨道交通网络 中 二号线与三号线的换乘车站 , 位于 新港 中路与新市头路交叉位置处 的新市头路地下 , 横穿新港中路 , 呈南北向布置 , 北接赤岗塔站 , 南 接大唐站 , 与二号线客村站呈 “ 十 ” 字交叉 。 本车站为明暗结合四层岛 式站台车站 , 车站主体结构建筑面 积为耐 , 地铁起 迄里程为 一 , 车站全长 , 其中明挖段长 , 暗挖段长 , 南端还有 一个隧 道风 机房 , 长 , 宽 , 其中明挖段被二号线客村 站分隔为两部分车站北侧基坑长 , 南侧基坑长 , 基坑 标准段宽车站北侧基坑深 约 , 南侧基坑及南端隧道风 机房深约 。 车站平面布置及 标准断面见图 。 车站站场为剥蚀残丘 、 坡地地 卜卜 门门门门 月月月 困困 晚 自自 户 , , , , , , ,区 尸 旧旧旧旧旧旧 匕匕 曰曰曰巨 一州州 , , , , , , , ,袖。 二二口口口口 心心心心 二口 口口口口 导导导导 阳月曰曰曰曰曰曰 。 川川川川川 田田田田田田田 叼叼 一 ,而而而州 州 貌 。 上覆第四系人工填土层 、冲 洪积土层 、 一 , 以及 残 积土层下覆 基岩为康乐段 棕红色细砂岩与粗砂岩 、 砾 岩互层 , 基岩面起伏较大 , 风化严 图 重 , 且分布较复杂 。 车站主体结构 主要位于冲积一洪积土层 一 、 红层可塑状的残积土 一 、 红层 硬塑状的残积土 一 、 红层全风 化基岩层 、 红层强风化基岩层 、 红层中风化基岩层中 。 本 区段 的地下水有第四系孔 隙水 及 基岩裂隙水两种类型 , 地下水主要 靠大气降水补给 , 根据初勘和抽水 试验 , 地下水量有限 。 车站典型剖 西拼科搅 广州地铁三号线客村站深基坑围护结构优化设计和施工技术 盈 、 引,哎曰哎曰 畜川教 , 口口 口口口 二二二 口口口 邝邝邝邝邝邝邝 八 面及所处地质条件情况见图 。 基坑围护结构的优化 围护结构方案的优化 原设计方案采用人工挖孔咬 合桩 , 选用 图 的矩形 、 分节变厚的人工挖孔桩作 为车站围护结构挖孔桩开挖按 二 的 矩形成 孔 、 浇注时根据受力需要分节变 厚 。 车站 明挖部分基坑开挖时设 五道钢管支撑支护 , 钢管支撑采用 , 的钢管 , 支撑水平间 距 , 端部采用斜撑 , 竖井明 挖 基 坑开挖时设五道 钢 筋砖支 撑 。 经过对该方案分析 , 我们发现 主要存在以下问题 由于人工挖孔桩为咬合 桩 , 必须分批施工 , 造成开挖时间 长 , 影响施工进度 人工挖孔咬合桩桩间防水 不容易处理 。 根据本车站所处的环境 、 工程 地质 、 水文地质条件以及基坑深 度 , 经技术经济综合比较 , 采用计 算分析和工程类比的方法着重对 车站围护结构人工挖孔桩的截 面型式 、 间距和钢支撑布设进行了 进一步优化 , 降低了工程造价 , 使 施工更加方便 。 经过优化本站围护结构采用 中 、 中心距的人工挖 孔桩其中地下二层中板底面以上 桩厚 , 小的钢 管支 撑 。 人工挖孔桩桩间设小的搅 拌桩止水 , 并在基坑开挖时在桩间 内侧采用喷射硷挡板挡土 , 围护结 构结构形式见图 。 根据车站结构型式和基坑深 叫叫些 咎 舟厂厂 场场场 、 恤应赞竺 。 肪 逻赞岁 币币 延 创 犯敛 退 退 、 蚀挂扳 、一 、 一 内内内漪 漪 朴 酗胜工挖雄与内肤系解留 朴巧 。 内内似工挖 摊与 内 袱系解图 度 , 车站基坑共设置五道钢支撑 , 端头采用斜撑 , 直线段采用对撑 。 基坑除第一道支撑安装在冠梁上 外 , 其它四道通过钢围擦安装 , 确 保围护结构整体受力 。 明挖竖井共 图 设五道钢筋混凝土支撑和围图 。 车 站围护结构内侧设置内衬墙 , 与围 护结构一起承受水 、土侧向压力。 基坑围护结构方案设计计算模 式 围护结构及支撑系统设计的 岩土物理力学参数 根据 广州市轨道交通三号线 详细勘察阶段客村站岩土工程勘 察报告 , 客村站主体基坑围护结 西拼 拜茄 广州地铁三号线客村站深基坑围护结构优化设计和施工技术 构及支撑系统优化设计岩土物理 力学参数取用值如表 。 厚 , 底板厚 , 地下 一 、 二层侧墙厚 , 地下三 、 四 表基坑支护设计岩土物理力学参数取用值表 岩岩土名称称天然容重重凝聚力内摩擦角角基床系数饱和容重 , 件中 “ 水水水水水水平平垂直直直 人工填土土 一 淤泥质土土 一 冲洪积砂层层 。 , 一 粉质粘土土 一 可塑残积土土 。 哎哎 一 硬塑残积土土 丈丈全风化化 。 强风化化 。 中风化化 注对于强风化 、中风化岩层,表中 小值为计算内摩擦角 。 设计计算模式层侧墙厚 竖井部分除顶板 根据车站结构所处的环境及厚厚外 , 其余结构厚度同车 地质情况 , 本站取最不利的地质剖站 。 面进行结构计算分析 。 本站明挖部分采用明挖顺筑 围护结构受力计算模拟施工法施工 , 主要施工步骤如下 全过程 , 按 “增量法”原理进行。 围开挖至地面以下 , 然 护结构施工 阶段 内力按弹性地基后设置第一道钢支撑 , 支撑设置在 杆系有限元法计算 , 模拟开挖 、 支开挖面以上处 。 冠梁以上土 撑的实际施工过程 , 基坑外侧土压体采用喷锚支护 。 力按朗金土压力计算 , 砂土水土分向下开挖 , 然后设置 算 , 其它土层水土合算 , 开挖面以第二道钢支撑 , 支撑设置在开挖面 下用 一组弹簧模拟 地层 水平 抗以上处 。 力 。 计算模型如图所示 , 采用向下开挖 , 然后设置 结构有限元通用分析软件第三道钢支撑 , 支撑设置在开挖面 来进行计算 。 以上处 。 经基坑稳定及受力分析计算向下开挖 , 然后设置 和工程类比 , 当基坑底面为强风化第四道钢支撑 , 支撑设置在开挖面 岩层时 , 插人深度取当基坑 以上处 。 底面为中风化岩层时 , 插人深度取向下开挖 , 然后设置 。 基坑开挖时 , 车站明挖部分第五道钢支撑 , 支撑设置在开挖面 共设五道钢管支撑 , 支撑水平间距 以上处 。 米 , 其中第一 、二、三、 五道钢支开挖至最终基坑面 , 施工 撑采用小 , 二 厚的钢管 , 底板下接地网和垫层 。 第四道采用 中 , 二 厚的钢顺作施工车站底板防水 管 , 在支撑端部设置钢围图 。 明挖层 、 底板结构 、 各层侧墙防水层及 竖并共设五道钢筋混凝土支撑和侧墙结构 、 各层中板结构 , 最后施 围图 。 计算模式中各部位的结构厚作顶板结构 , 并根据施工情况从下 度为车站顶板厚 , 中板往上依次拆除各道钢支撑 。 施工车站顶板防水层 、 抗 浮梁 , 然后覆土并恢复路面 。 施工车站附属结构和内部 结构 。 竖井也采用明挖顺筑法 , 其施 工步骤基本与车站相同 , 仅用钢筋 混凝土支撑代替钢支撑 。 车站主要 施工步骤详见图 。 围护结构沿车站纵向取单位 长度按弹性地基梁计算 , 支撑作为 具有弹性压缩的杆单元 。 在回筑时 拆除钢支撑时要加上相应的反力 , 按 “ 增量法 ” 计算所得每一个阶段 施工步的内力和变形 , 仅为本阶 段的内力和变形增量 , 各个阶段的 内力叠加得出围护桩的内力包络 图 。 计算结果 根据计算可知 , 在施工中按采 用的围护结构和相应的支撑系统 , 按所拟定的插人深度 , 钢支撑 、 围 护桩均满足整体稳定 、 变形及受力 要求 , 围护桩每根桩的最大计算内 力宽度范围内分别为 桩身截面内力 小的圆形靠基坑侧截 去后的截面 迎土侧 , 二一 , 背土侧 , 一 最大计算剪力 二 , 根 据广州地区建筑基坑支护技术规 定 一 第条的规 定 , 围护桩的最大设计弯距为迎 土侧 设二 , 设 一 背土侧 设 , 设一 最大设计剪力 设 。 小的圆形 的截面 迎土侧 二 , 一 背土侧 二 , 味 一 西拼 拜技 广州地铁三号线客村站深基坑围护结构优化设计和浦洲妇州铁三号线客村站深基坑围护结构优化设计和施工技术 笼砍段 二 。 川川 人 工填 土 海顺 引 最 翻 丈 排 一 淤泥质土 一 己冲洪积砂层 一 可塑残 积土 顶 板 一 己顾塑残积土活 泊下 一层 中 扳 辱 到 兰力 古坦 等 芝价乌末 趁仁层中板 星 份 全 风化 层 刻卜 皿 强风化层家 妾价乌红 地 下华中板 景 砚铆娜 裱 瞥撕 召 荆 录 强风化层晕 最大计算剪力巩 , 根 据广州地区建筑基坑支护技术规 定第条的规 图 攻 , 设一 头 最大设计剪力 设二 。 桩身水平位移 桩 身最 大计算水 平位移 为 , 根据犷州地区建筑基坑支 护技术规定 一 第 条的规定 , 桩身最大水平位移设计值 为 。 , , 洲 扣 产产产产产 门门门门门 勺勺勺勺住住 , , , , , , 日卜月月 口口口口口 门门门门门 钉才荆 荆 定 , 围护桩的最大设计弯距为 侧 设 , 设 一 背土侧 西铁 科技 广州地铁三号线客村站深基坑围护结构优化设计和施工技术 施工阶段各道支撑的轴力 车站施工阶段各道支撑的最大 轴力值见表 表 钢支撑 南 、 北基坑开挖采用对称的预留反 压土的反台阶方式进行 , 中风化以 下岩层在距二号线客村站外区 施工阶段各道支撑的最大轴力值表 第一道 最大轴力计算值 最大轴力设计值 第二道第三道第四道 域 采用定向预裂爆 第五道 破施工 , 其它不可挖 土层贝吐 采用机 械 破 碎施工 。 开挖初期主 基坑开挖施工 基坑开挖是深基坑工程中的 最重要的环节 , 为了确保基坑工程 的顺利 、 安全地进行 , 必须从熟悉 具体的地质情况着手 , 合理地编制 施工方案 , 加强基坑监测 , 进行信 息化施工 。 , 基坑开挖必须遵循的原则 为确保基坑及施工安全 , 基坑 开挖遵循的原则 为先支撑后开挖 及三快二防一密 三快支撑安装快 、 挡板施 工快 、结构施工快。 二防防止地表水渗人围 护桩周边地层 、 防止基坑泡水 。 一密基坑监测频率密 。 开挖前的地质调查情况 疏排挖孔桩施工完成后 , 其反 映的地质情况为北基坑由上至下 分别为 一 、 一 、 及 号地层 , 基坑周边为弱透水层 南基坑除与二号线相 临局部在地 面下巧处有一厚度约为 的流砂层外 , 其他情况与北 基坑类似 。 结合挖孔桩实际反映的 地质情况 , 经过与设计充分讨论 , 决定取消搅拌桩 , 对局部薄弱地层 采用旋喷桩进行加固 。 施工步骤 基坑土方约 , 其中北 侧约 , 南侧约 。 根 据基坑的实际情况 , 北基坑投人四 台挖掘机 , 南基坑投人三台挖掘 机 , 为确保二号线客村站 的安全 , 要通过台阶进行土方转运 , 后期则 采用吊车进行 吊土 , 由于基坑的特 殊 性 , 基坑土方 吊运 量约 。 在开挖过程中严格按设计的 施工步骤进行 , 土方开挖后及时对 桩间土体进行喷锚支护 , 土体开挖 到位后及时安装钢支撑 , 防止因土 体暴露时 间过 长造成坍塌或基坑 变形过大等事故 。 基坑监测及信息化施工 监测项目及监测点的布置 本站基坑开挖施工监测主要 的项目有桩体测斜 、 土体测斜 、 支 撑轴力监测 、 桩顶位移监测 、 周边 土体沉降观测 、 地下水位观测 、 周 边建筑物沉降监测等 。 观测频率为 每天一次 , 特殊情况每天两次 。 为有效地对基坑进行全方位 地进行监控 , 在垂直基坑纵向轴线 方 向每隔设置一个横向监测 断面南基坑设个 , 北基坑设 个并沿纵向轴线方向设置一个纵 向监测断面 , 以监测基坑端头的变 形情况 。 监测数据的整理 每次量测 后均对每个量测点 绘制时间一位移曲线 , 并结合每断 面各个监测项目进行相关分析和 预测 , 推算出最终应变值和掌握应 变值变化规律 , 并由此判断基坑的 稳定性 。 信息化施工 信息化施工 主要 是利用已经 得到 的量测信息 , 进行反分析计 算 , 提供开挖区附近已经开挖地段 和尚未开挖地段的地质参数 , 预测 开挖区及面前某范 围 内的未来动 态 , 以便提前采取工程措施 , 验证 设计参数和施工方法 。 通过对监测资料的整理发现 基坑位移 、 轴力在第三道支撑处变 化 表现 最大支 撑 轴力最大为 , 桩 体位移 最 大 为 。 而在第五道支撑则 没有 什么变化 , 经过分析基坑自第四 道支撑以下为中风化地层 , 而第三 道支撑处为强风化地层 , 而且基坑 开挖过程中 , 第三道支撑处以下均 未发现基 岩渗水现象及基岩破碎 情况 。 根据这种情况结合基坑的地 质素描 、 监测资料 、 地勘报告及挖 孔桩的地质柱状图 , 对未开挖区域 地层预测 , 经过充分论证 , 决定取 消第五道支撑 , 第三道支撑的钢围 凛进行内灌硷以增加其刚度 。 实践 证明该项优化是正确的 。 该项优化加快了主体结构的 施工进度 ,