沈阳地铁南京街站基坑围护方案研究

1 工程概况 南京街站位于南京街与中华路交叉口以东,沿中华路东西向布置,站址范围中华路为沈阳市商业繁华区,街道两侧商店、高层建筑林立、地面交通繁忙且道路较窄(20m)。车站西侧为外汇商品大楼及建设银行,北侧是辽宁省总工会及工商银行南站支行,南侧均为商业建筑。车站西北端有一块新拆迁空地及外贸商品大楼、西南端为沈阳联营公司、东南端为正在修建的曼哈顿广场、东北端为辽宁省建行沈阳营业部等高层。 2 工程地质及水文地质 2.1 工程地质 车站建筑场地地势平坦,西部高东部低,地表相对高差1.94m。场地地貌类型属第四系浑河新扇。车站范围内地层为第四系全新统人工填筑层(Q4ml)、第四系浑河新扇(Q41al+pl)、第四系上更新统浑河老扇(Q32al+pl)。各地层描述如下: 1) 第四系全新统人工填筑层(Q4ml)。杂填土:位于中华路与南京街交汇处附近街道两侧及绿化地段,杂填土主要由碎石类土、砂类土、粘性土及建筑垃圾等组成,稍湿,松散~稍密状态;位于中华路与南京街道路部分,杂填土卵、碎石、砂类土、粘性土及建筑垃圾组成。该层上部多为0.10m~0.20m沥青路面。 2) 第四系浑河新扇(Q41al+pl)。粉质粘土:黄褐色~黑褐色,含有铁锰质结核及云母碎片,可塑状态,稍有光滑,摇振反应无,干强度中等,韧性中等。局部夹有粉、细砂。 中、粗砂:黄褐色~灰褐色,级配不良,石英、长石质,含1%~19%砾石,偶见卵石,可见最大粒径约50mm,一般上部为中砂,向下粒径加大,逐渐变为粗砂,稍湿~饱和,中密~密实。 3) 第四系上更新统浑河老扇(Q32al+pl)。粉质粘土:黄色,含少量铁锰质结核,可塑,局部软塑,稍有光滑,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。局部混中砂颗粒,夹细砂薄层。 2.2 水文地质 1)地下水赋存条件及含水层性质。该场区粉质粘土分布较连续,将该区地下水分为两层:上层为第四系孔隙潜水,赋存于砾砂中,静止水位6.50m~12.50m;下层水为承压水,赋存于中、粗砂和砾砂层中。 2)地下水补给、排泄、径流条件。该场地地下水的补给主要是大气降水、地表人工河渠垂向渗透补给及浑河侧向渗透补给,地下水水位季节性变幅在0.5m~2.0m,地下水的排泄主要为地下水向下游径流排泄和地下水人工开采。在枯水期地下水向浑河等地表水系的排泄,同时有少量的地面蒸发排泄。场地地下水径流条件良好,地下水流向基本是由东向西流,但由于市内有较多的人为开采,使得局部地下水流向有所变化。 3 围护结构方案比选 3.1 选择围护结构形式的主要原则 基坑围护形式多种多样,具体选择时根据工程地质及水文地质条件、基坑深度、地面建筑及道路交通情况、周边环境等,结合工程地质和水文地质条件及对周边环境保护的要求确定。所选定的围护结构,首先应具有施工的可行性、应能满足根据站位环境所确定的基坑保护等级对基坑水平位移和地表沉降的限制要求,在满足上述要求的前提下,再经技术、经济比较后确定最终的围护结构形式。 3.2 南京街站基坑的主要特点 南京街站主体标准段为地下两层,开挖深度约16.9m,盾构端头井处开挖深度约18.9m,基坑开挖深度较深,由于周边建筑物多并且比较重要,因此,车站主体基坑围护结构安全等级为一级,基坑环境保护等级为一级,地面最大沉降量不大于0.15%H(H为基坑开挖深度),围护结构最大水平位移不大于0.2%H且不大于30mm;即地面最大沉降量25.35mm(标准段),28.35mm(端头井段);围护结构最大水平位移30mm(标准段),30mm(端头井段)。 3.3 常见基坑围护方案 根据南京街站工程情况及基坑特点,车站基坑可采用的围护结构形式主要有地下连续墙、钻孔灌注桩、SMW工法桩、钻孔咬合桩、TRD工法桩等。 地下连续墙位于饱水软弱地层,如饱水砂层、饱和的淤泥土层等。在此类土层中地下连续墙既可以控制土压力,又可以有效地阻隔地下水,同时还可以作为车站结构的一部分,因此在软土地区得到广泛应用。 钻孔灌注桩是采用排桩桩墙来挡土和防水,实现基坑的围护,具有较广的土层适用范围。该工法在北京、广州、深圳、沈阳等地铁工程中都有应用。 SMW工法桩是在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的劲性材料,来增强水泥土搅拌桩抗弯、抗剪能力。以其做成的基坑围护结构同时具有较好的防水功能,在6m~10m深的基坑中具备技术优势,与地下连续墙相比,SMW工法桩施工速度快,施工占地少,无污染。同时由于型钢可以拔出回收,造价低廉。因此,此方法在上海和南京地铁车站的出入口基坑围护中得到广泛应用。 钻孔咬合桩是近年来开发的一种基坑围护结构新工法,采用全套管钻机成孔,相邻桩采用素混凝土和钢筋混凝土间隔布置并相互咬合排列。与其他类型灌注桩相比具有不坍孔、成桩质量好、防水效果好、成桩效率高、造价低、施工无污染等优点,在软土地层,尤其在富水软土地层中施作围护结构具有明显优势。该技术已在深圳地铁金益区间等明挖基坑施工中成功应用,并已推广应用于杭州等地区的基坑围护结构的施工。 3.4 南京街站基坑围护方案 1)方案简介。根据上述分析,南京街站主体标准段采用Φ1000@1300mm钻孔灌注桩,桩长为23.0m,桩底穿透粉质粘土层,插入中、粗砂层或砾砂层中。端头井段采用Φ1000@1300mm钻孔灌注桩,桩长为26.0m,桩底穿透粉质粘土层,插入砾砂层中。横撑采用Φ600钢管,壁厚t为14mm,16mm,横撑水平间距一般为3.5m左右,横撑布置应避开主体结构立柱。标准段竖向采用三道支撑,盾构井处竖向采用四道支撑。 2)计算软件。本设计采用北京理正软件设计研究院的深基坑软件(V5.22)进行计算。 3)荷载及组合。a.永久荷载。结构自重按实际重量计算,钢筋混凝土重度按25kN/m3计; 侧压力除砂层按水土分算外,其他粘性土层均按水土合算;静水压力采用全水头(勘探期间的稳定高水位)进行计算。 b.可变荷载。施工期间基坑侧面超载一般按20kPa计,盾构端头井侧面超载按30kPa计。 4)计算结果。支撑及钻孔灌注桩内力及位移包络图如图1所示。根据上面计算结果看,标准段围护结构最大水平位移为17.63mm,最大设计轴力分别为:第一道539.27kN,第二道2575.64kN,第三道2252.88kN。端头井处围护结构最大水平位移为19.65mm,最大设计轴力分别为:第一道359.06kN,第二道2390.74kN,第三道2574.69kN,第四道1609.21kN,当拆除第三道支撑时,应进行支撑倒换,换撑设计轴力为2052.78kN。经验算,围护结构满足强度、整体稳定性和变形等要求。 4 结语 从上述分析可以看出,在沈阳地区用明挖法修建地铁时,只要设计参数得当,采用钻孔灌注桩与钢管支撑联合作用的围护结构形式是比较可行的。 参考文献: [1]GB50157-2003,地铁设计规范[S]. [2]GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S]. [3]JGJ120-99,建筑基坑支护技术规程[S]. [4]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S]. [5]JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范[S]. 信息来源于：中国城市轨道交通网