软土地区深基坑围护结构设计

软土地区深基坑围护结构设计ccj摘要：本文就深基坑围护结构设计中,对沉井与地下连续墙围护形式进行了比选，同时对钢筋砼支撑与钢管撑相结合的特点进行了介绍，对地下连续接头形式进行了比选。关键词沉井、地下连续墙、钢筋砼支撑、钢板型接头工程概况：上海地铁7号线工程浦江南浦站～浦江耀华站区间中间风井设在浦东上钢三厂空地内，距浦东防汛墙56m，距浦东煤气过江井33m。由于该区间穿越黄浦江，同时受线路、环控条件限制，该风井基坑深度很深，达到26.5m，根据周边环境条件，确定区间中间风井基坑保护等级为二级。该区间中间风井结构为地下四层结构，风井覆土厚度为2.1m，内布设风机、环控电控室、气瓶间、电缆间，从底层到地面设检修梯，并在火灾时作疏散楼梯使用。区间中间风井结构平面尺寸25.0×15.6m，风井基坑深度26.5m，采用地下连续墙施工，连续墙厚1.2m，地下连续墙深度48m。风井处地质情况从上而下依次为：①1填土层层厚0.5m；②1层褐黄色粘土（暗浜土、江滩土）m；③2层灰色粉质粘土，夹薄层粘性土；④1层灰色淤泥质粘土；⑤2-2层灰色砂质粉土，夹薄层粘性土；⑤3层灰色粉质粘土；⑦1层砂质粉土。风井底板标高-19.99m，位于⑤2-2层土中，⑤2-2层为承压水层，水头标高为-6.85～-7.70m。位于底板下21.1m的⑦1层，为微～中承压水层，水头标高为-10.71～-12.52m。围护结构设计围护结构方案由于该中间风井基坑较深，且受地质条件限制，该基坑围护形式选择本着安全、经济、环境保护等因素考虑，在沉井与地下连续墙做了比选，见表2：表1-1围护结构经济技术比较表比较项目沉井连续墙技术可行性沉井深度约为229m，技术上可可行，国内内有相关工工程经验较较少连续墙深度为448m，技术上上可行，且且国内有相相关工程经经验施工难度沉井进入⑤2--2层，难难度较大连续墙深度较大大，有一定定施工难度度对机械要求需大型成槽机械械不需大型成槽机机械沉降控制一般好工程风险稍大稍小造价较高较高由于两种围护结构造价均较高，因此，比选的角度主要从安全方面考虑。如采用沉井结构，由于沉井结构将进入⑤2-2层，如采用排水下沉方式，就需对基坑底进行降水，且排水下沉对周围土体扰动大，下沉过程中可能会发生井低隆起或管涌现象，施工风险较大；如采用不排水下沉，下沉系数较大，施工控制较难，效率较低，水下封底质量难以有保障。因此采用沉井结构，施工风险较大。如采用地下连续墙，由于基坑较深，主要难点是支撑变形较大，连续墙接头防水要求较高，通过采用适当的支撑体系及连续墙接头形式，可以克服以上难点，施工风险较低。基于以上比较，本基坑采用地下连续墙作为基坑围护结构。2.2支撑方案由于区间中间风井基坑较深，且所处地层为软土，基坑变形较大，周围环境保护难度最大，这就对支撑布设带来了较大的困难。常见的支撑体系为钢支撑体系，一般有型钢支撑和钢管支撑，常用的钢管支撑具有抗翘曲变形性能好，安装迅速，费用低廉，但刚度小，安装后变形大的特点。近来由于基坑深度、跨度不断增大，钢支撑的刚度不能满足支护要求时而出现了钢筋混凝土现浇支撑体系，钢筋混凝土支撑体系往往形成一个平面刚性框架，形成对围护墙的支护作用，具有刚度大、稳定性好的优点。但同时存在作业时间长、支撑折除成本高、不能多次使用的缺点。该区间中间风井基坑采取钢筋混凝土支撑和钢支撑相结合的支撑体系，以发挥两种支撑的优点，即充分利用顶板及三层中层板框架梁作为开挖阶段砼支撑，同时布设六道钢管撑，这样既大幅降低了造价，又在基坑关键深度加了四道“刚性杆”，起到减少变形的作用。支撑剖面布置图见图2.1所示。图2.1中间风井围护结构纵剖面图由于砼支撑存在支撑制作时间长，养护期长的缺陷，用于区间中间风井这样的中小面积基坑是比较少见的。因此必须采取一系列配套措施，提高施工速度，尽量缩小开挖暴露面，施工中产生的主要措施是：砼采用C40提高早期强度外养护期缩短为4～5天；将整个基坑分为5个施工段，这样分每道砼支撑六次施工，最后一段砼支撑施工完成，第一段正好养护期到。采用上述措施后，整个施工过程流畅顺利，节奏性很强，砼支撑施工时总是一段浇逐钢筋砼结构，一段浇筑速砼垫层，一段开挖，完全暴露长度不超过10米，开挖开始至素砼浇筑结束不超过18小时，开挖开始至砼支撑浇筑结束不超过50小时，对保证工期，减少变形起到了关键作用。2.3地下连续墙围护结构设计2.3.1围护结构参数区间中间风井平面尺寸25.0×15.6m，风井结构为地下四层结构，风井顶覆土厚度为2.1m，风井基坑保护等级为二级。根据类似工程经验，确定地下连续墙厚1.2m，地下连续墙深度48m。2.2.2围护结构计算1）计算模型及参数沿基坑横向取单元长度按弹性地基梁，模拟基坑开挖过程和回筑内部主体结构，分阶段进行内力计算，结构计算时计入墙体的“先期位移”及支撑的变形，荷载组合：结构自重+地层压力+水压力+侧向地层抗力及地基反力+地面超载及其引起的侧向土压力+施工荷载，各工况荷载计算简图如图2.2，地层参数如表2.2，计算参数如下：表2-1地层参数表土层编号土层名称层厚(米)孔隙比天然含水量(%)固结快剪C(KPa)Ф(0)①1杂填土0.5②1褐黄色粘土3.8③2灰色粉质粘土11.00.9936.711.027.8④1灰色淤泥质粘土土2.01.2845.812.012.4⑤2-2灰色砂质粉土11.11.0739.216.012.7⑤3灰色粉质粘土17.60.8931.918.522.5⑦1砂质粉土20.00.7528.136.024.0土加权天然重度——γ=18KN/m3钢支撑——φ609钢管钢筋混凝土支撑——根据支撑截面确定土弹簧刚度——④层及以上土层KH=10000KN/m3；④层以下土层KH=15000KN/m3（考虑时空效应的经固化后的土弹簧刚度）地面超载——30KN/m2侧压力系数——按水土分算结果取值图2.2中间风井围护结构各工况计算简图2）计算结果及分析各工况的弯矩及位移图如图2.3所示，由土中可以看出，基坑开挖过程中，最大弯矩及位移均发生在工况十一，最大弯矩值为2827KN·m，最大位移为52.8mm。经验算，围护结构的强度满足要求，同时基坑的整体稳定性、抗隆起、抗倾覆、抗管涌均满足规范要求，由于基坑较深，施工阶段结构抗浮不满足要求，因此要求结构顶板未覆土前，底板泄水孔不能封堵，使用阶段结构抗浮满足规范要求。图2.3中间风井围护结构各工况计算结果图2.4地下连续墙构造方案地下连续墙的分幅施工使幅与幅之间存在接缝，往往成为渗漏水的途径，因此地下连续墙接头的构造形式和施工对防水效果影响较大。常用的地下连续墙接头形式如下：(1)半圆形接头：是最常用的接头形式、吊放和起拔方便，构造简单，但防水效果较差。接缝渗漏水达30％以上。(2)双圆形(眼睛式)接头：由于延长渗漏水途径、防水效果优于半圆形接头，但接头管制作要求较高，起拔较难。(3)预留注浆孔接头：弥补半圆形接头的不足，在接头处预留注浆孔注入微膨胀防水砂浆或其它能适应一定量变形的防水材料，起到接缝止水作用，施工工艺较复杂。(4)钢板型接头：先行幅钢筋笼两端用型钢制作刚性接头，后行幅地下墙与先行幅墙体形成刚性连接，防水效果好，但成本较高，一般用于特殊要求或无内衬围护结构。(5)柔性防水接头：用橡胶止水带放入两幅相邻墙体内，止水效果好，但施工工艺复杂、技术要求高。根据以上地下连续墙接头形式特点，结合本基坑较深以及所处地层为软土，局部含砂层的实际情况，选择十字钢板型接头，以满足接头防水要求，确保基坑开挖安全，接头钢板如图2.4所示：图2.4地下连续墙接头钢板图3、结束语1）上海地铁7号线工程浦江南浦站～浦江耀华站区间中间风井基坑深度较大，达到26.5m，在国内软土地层中算是较深基坑，本文对沉井与地下连续墙围护形式在该基坑围护结构中的适用做了比选，认为地下连续墙围护形式是该基坑的最理想围护结构形式；2）同时对地下连续墙围护形式在该基坑应用中的变形控制难及连续墙接头防水难进行了专门探讨，采用了钢筋砼支撑与钢管撑相结合的支撑体系，对控制基坑变形与降低造价有较大意义；3）采用钢板型接头为该基坑连续墙接头形式，防水效果好。主要