上海某地鐵換乘車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

羅文浩

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，城市地鐵線網(wǎng)也在不斷地深化，地鐵車站的數(shù)量與日俱增，因此，該文以上海地鐵14號(hào)線與15號(hào)線換乘車站-銅川路站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，介紹了換乘車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：換乘車站 深基坑 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)方法

中圖分類號(hào)：U231.+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（b）-0057-02

1 工程概況

銅川路站位于銅川路與大渡河路交叉口，為14號(hào)線與15號(hào)線的T型換乘車站（如圖1所示），其中14號(hào)線車站沿銅川路道路下方東西向布置，為地下二層雙柱島式車站，開(kāi)挖深度為17.8～19.5 m；15號(hào)線車站沿大渡河路下方南北向布置，為地下三層雙柱島式車站，開(kāi)挖深度為25.5～27.4 m。車站周邊環(huán)境比較復(fù)雜，基坑周邊1倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)有多棟建構(gòu)筑物需保護(hù)。因此，車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

2 地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)

車站范圍位于正常沉積區(qū)，在75.39 m的探孔范圍內(nèi)由上至下發(fā)育土層主要有以下幾個(gè)方面。

1-1雜填土：土質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)松散，以粘性土為主，含植物根莖及有機(jī)質(zhì)，工程性質(zhì)差。

1-2浜填土：含生活垃圾，含水量高，土質(zhì)差。

2-1褐黃～灰黃色粉質(zhì)粘土：強(qiáng)度相對(duì)較高。

2-3灰色粘質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：滲透性較大，不利于成槽。

3灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、4灰色淤泥質(zhì)粘土：高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度軟土，工程性質(zhì)較差。

5-11灰色粘土、5-12灰色粉質(zhì)粘土：工程性質(zhì)一般，是深基坑回彈的主要土層。

5-1j灰色砂質(zhì)粉土、5-2灰色砂質(zhì)粉土：微承壓含水層，基坑可能產(chǎn)生突涌，其中5-2層厚度較大處可考慮作為格構(gòu)柱樁基持力層。

6暗綠色粉質(zhì)粘土：工程性質(zhì)較好，對(duì)基坑開(kāi)挖有利。

7-12草黃色砂質(zhì)粉土：層頂埋深約27.3～28.9 m，靜探Ps平均值約10.45 MPa，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N平均值約28.7擊，中密～密實(shí)狀態(tài)。

7-2草黃～灰色粉砂：層頂埋深約32.0～34.8 m，靜探Ps平均值約15.78 MPa，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N平均值約42.6擊，密實(shí)狀態(tài)，工程性質(zhì)好，強(qiáng)度高。7-12、7-2層為上海地區(qū)常用的樁基持力層，均為承壓含水層，且互相連通，基坑開(kāi)挖可能產(chǎn)生突涌。

8-1灰色粉質(zhì)粘土：靜探Ps平均值約2.65 MPa，工程性質(zhì)一般，為相對(duì)隔水層，車站主體基坑止水帷幕考慮進(jìn)入或穿過(guò)該層。

8-22灰色粉質(zhì)粘土與粉土互層：層頂埋深約46.0～49.8 m，靜探Ps平均值約4.67 MPa，性質(zhì)一般，為承壓含水層，對(duì)15號(hào)基坑影響較大。

9灰色粉砂：層頂埋深約61.0～63.8 m，靜探Ps平均值約16.99MPa，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N平均值約57.9擊，土質(zhì)密實(shí)，強(qiáng)度高，工程性質(zhì)良好。

2.2 水文地質(zhì)

車站范圍內(nèi)，2-3層為主要潛水含水層，其穩(wěn)定水位埋深為1.10 ～2.10 m，相應(yīng)水位標(biāo)高1.58 ～2.64 m，平均水位埋深1.41 m，平均水位標(biāo)高2.24 m。設(shè)計(jì)偏保守的按照地面以下0.5 m計(jì)算潛水埋深。

車站北區(qū)范圍內(nèi)（銅川路以北），最淺層頂埋深約為14.0 m，5-2層和7層相互連通；7-12、7-2層相互連通，除局部受古河道切割缺失外，一般均有分布，最淺層頂埋深入約為32.0 m；8-22、9層相互連通，車站范圍內(nèi)均有分布，最淺層頂埋深約為46.0 m，北部5-2、7-2、8-22層互相連通。地質(zhì)分區(qū)15號(hào)線車站北部地質(zhì)分區(qū)內(nèi)微承壓含水層、承壓含水層分布較復(fù)雜。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型

14號(hào)車站主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度為17.8 m，端頭井開(kāi)挖深度為19.5 m；15號(hào)車站主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度為25.5 m，端頭井開(kāi)挖深度為27.4 m，均屬于深大基坑。

車站位于銅川路與大渡河路交叉口，銅川路與大渡河路交通均較為繁忙，過(guò)往車輛荷載及行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

車站基坑范圍內(nèi)各種市政管線密布，對(duì)車站環(huán)境保護(hù)等級(jí)要求較高。

車站周邊環(huán)境比較復(fù)雜，基坑周邊1倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)樓房密集，其中車站西北側(cè)普陀區(qū)圖書(shū)館距離14號(hào)基坑最近處只有3.5 m。

根據(jù)《上海市工程建設(shè)規(guī)范基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DG/TJ08-61-2010）[1]相關(guān)規(guī)定，該車站基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，即基坑開(kāi)挖期間，地面最大沉降量≤0.1%H，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.14%H（H為基坑開(kāi)挖深度），KS≥2.2（KS為繞最下道支撐圓弧滑動(dòng)的抗隆起安全系數(shù)）。

綜合車站各種因素，車站主體基坑均采用施工振動(dòng)小、止水效果好、整體性好且剛度較大的地下連續(xù)墻[2]作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并把地下墻作為使用階段側(cè)墻的一部分承受側(cè)向荷載，與內(nèi)襯墻按照疊合墻設(shè)計(jì)。

此外，為保護(hù)基坑周邊眾多的建構(gòu)筑物，在基坑底部利用高壓旋噴樁在車站基坑內(nèi)沿車站布置一圈4 m寬的“裙邊”加固，同時(shí)沿車站長(zhǎng)度方向每隔9 m布置一道3 m寬的“抽條”加固，以此來(lái)減少基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響。

4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 圍護(hù)尺寸

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，14號(hào)線車站采用800厚地下連續(xù)墻，插入比取0.8，則地下墻有效長(zhǎng)度取32 m。同時(shí)，由于7-12、7-2層承壓水對(duì)基坑影響較大，為增長(zhǎng)地下水的繞流路徑，在地墻底部加設(shè)7 m長(zhǎng)素砼。同時(shí)，沿基坑豎向布設(shè)5道支撐（第一道為混凝土支撐，其余為鋼支撐）。

15號(hào)線車站采用1 200厚地下連續(xù)墻，插入比取0.85，則地下墻有效長(zhǎng)度取48 m。同時(shí)，沿基坑豎向布設(shè)7道支撐（第一、五道為混凝土，其余為鋼支撐）。

4.2 計(jì)算方法

車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算采用上海地區(qū)深基坑支護(hù)工程分析常用軟件同濟(jì)啟明星（FRWS）。

地下墻和內(nèi)部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型為支承在彈性地基上的平面框架結(jié)構(gòu)[3]，按平面變形問(wèn)題考慮，沿結(jié)構(gòu)縱向取1 m單位寬度，框架底下土抗力用土彈簧模擬[4]。按基坑分布開(kāi)挖、架設(shè)支撐、回筑結(jié)構(gòu)板以及拆除支撐等工況逐步疊加，最后得到地下墻的彎矩包絡(luò)圖，并根據(jù)最終包絡(luò)后的最不利內(nèi)力進(jìn)行配筋。

4.3 計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)以上模擬工況，求得地下墻的內(nèi)力及位移包絡(luò)圖如圖2、圖3所示。

從圖2中可以看出，14號(hào)線車站基坑地下墻的最大位移為23.6 mm≤0.14%H=24.5 mm，基坑外土體繞最下道支撐圓弧滑動(dòng)的下滑力為4 064.9 kN/m，抗滑力為9 714.8 kN/m，抗隆起安全系數(shù)KS=2.39≥2.2；從圖3中可以看出，15號(hào)線車站基坑地下墻的最大位移為33.3 mm≤0.14%H=35.7 mm，基坑外土體繞最下道支撐圓弧滑動(dòng)的下滑力為6 162.8 kN/m，抗滑力為13 969 kN/m，抗隆起安全系數(shù)KS=2.29≥2.2。即車站基坑在開(kāi)挖過(guò)程中地下墻變形及基坑的抗隆起安全系數(shù)均滿足要求。同時(shí)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型及插入比均比較合理。

5 結(jié)論

該文以上海地鐵銅川路站圍護(hù)結(jié)的設(shè)計(jì)方法為例，詳細(xì)介紹了軟土地區(qū)換乘車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并提出如下建議。

（1）車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)根據(jù)車站周邊環(huán)境、基坑開(kāi)挖深度及車站范圍內(nèi)地層情況來(lái)確定。

（2）在上海等軟土地區(qū)，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的插入比取0.8～0.85較為合理。

參考文獻(xiàn)

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