武汉地铁三号线竹叶山站基坑围护结构设计
1. 工程背景
1.1 工程概况
1.1.1 工程地理位置
- 竹叶山站位于武汉市，地处红谷滩新区绿茵路与凤凰中大道交叉处。
- 车站沿凤凰中大道设置，呈东西走向，是武汉市地铁三号线的重要组成部分。
1.1.2 工程规模
- 站台中心里程为SK7+939.847，设计起里程SK7+794.247～SK8+018.247。
- 设计地面标高19.600m，站台中心里程处基坑开挖深度16.210m，顶板覆土厚度3.0m。
- 两侧端头井基坑开挖深度约17.71m，车站主体结构内包尺寸总长224m，宽度17.6m。
1.1.3 周边环境
- 车站西南角为12层混凝土结构楼房，距离车站8m~9m。
- 东南角为2层砖混结构医院，距车站主体14m。
- 东北角有2层砖混结构饭店，距车站主体最近为25m。
- 西北角有2层砖混结构超市和6层砖混结构居民楼，超市距车站主体最近距离为25m，居民楼距车站主体最近距离为29m。
1.2 工程地质条件
1.2.1 地层结构
- 素填土：主要由粉性土与黏性土交织而成，夹杂着少量碎石、建筑垃圾及生活垃圾。
- 粉质黏土：质地柔软，具有较好的塑性和黏性。
- 强风化岩：含火山角砾、晶屑岩屑凝灰的特殊结构，呈现出块状构造。
- 中风化岩：含火山角砾晶屑岩屑凝灰结构，呈现出块状构造特征。
1.2.2 地层物理力学参数
- 杂填土：平均层厚4.26m，重度19.00kN/m3，粘聚力2.00kPa，内摩擦角12.00°。
- 粉质粘土：平均层厚1.50m，重度19.00kN/m3，粘聚力20.00kPa，内摩擦角13.00°。
- 强风化砂岩：平均层厚6.51m，重度22.00kN/m3，粘聚力23.00kPa，内摩擦角26.00°。
- 中风化砂岩：平均层厚23.74m，重度26.00kN/m3，粘聚力400.00kPa，内摩擦角40.00°。
1.3 水文地质条件
1.3.1 地下水类型
- 孔隙性潜水：存在于场地表部的1层填土和2层黏质粉土之中。
- 孔隙微承压水：主要赋存于粉质黏土之中。
- 基岩裂隙水：深藏于坚实的基岩层之内。
1.3.2 地下水特征
- 孔隙性潜水的主要补给来源为大气降水和地表水体的下渗。
- 孔隙微承压水的补给主要依赖于上部潜水层的越流补给。
- 基岩裂隙水的补给来源主要来自上部的潜水层和深部的承压水层。
1.4 工程地质评价
1.4.1 工程地质条件评价
- 工作区域内未出现诸如泥石流、滑坡等恶劣地质现象。
- 工作区域内存在大量的粉尘和碎屑物质，具备较强的渗透性。
- 赣抚冲积平原Ⅰ级阶梯土壤层之上，地势相对较高，有利于排水和地基稳定性。
- 岩石结构坚实稳固，排除了因地质构造缺陷导致的岩石崩塌、巨型变形或损毁的风险。
2. 围护结构方案选型
2.1 设计说明
2.1.1 设计原则
- 遵循安全、经济、合理、环保的原则。
- 确保基坑围护结构能够满足施工期间的安全要求。
- 考虑结构的耐久性和后期拆除的便捷性。
2.1.2 技术标准
- 地面超载：车站标准段和端头井处施工时分别为20kPa和30kPa。
- 主体结构施工：从下往上依此施工，即顺作法。
- 稳定性验算：基坑应通过的各种稳定性验算，且保证围护体系的形变、位移、沉降等满足最小控制值的要求。
- 动态设计与信息化施工：围护结构设计与施工应遵循与监测结果进行动态设计、信息化施工相结合的原则。
2.2 维护结构方案比较
2.2.1 围护结构方案比选
- 排桩：适用于土质较差的地区，具有较好的抗侧压能力。
- 地下连续墙：适用于各种土质，但成本较高。
- 土钉墙：适用于土质较好的地区，成本较低。
- 钢板桩：适用于临时性支护，施工速度快。
2.2.2 内支撑选型
- 水平支撑：适用于较深的基坑，能有效控制基坑变形。
- 斜撑：适用于空间受限的基坑，能提供较大的支撑力。
- 竖向支撑：适用于浅基坑，能有效控制基坑侧向变形。
2.3 围护结构设计计算
2.3.1 计算图示与计算模型
- 采用有限元分析法，建立基坑围护结构的计算模型。
- 考虑地质条件、施工条件、经济成本等因素的限制。
- 确保设计方案的可行性和经济性。
2.3.2 配筋计算
- 冠梁配筋：根据荷载和结构要求进行配筋计算。
- 截面计算：根据荷载和结构要求进行截面计算。
2.3.3 稳定性验算
- 整体稳定性验算：确保基坑围护结构的整体稳定性。
- 抗倾覆稳定性验算：确保基坑围护结构的抗倾覆稳定性。
- 抗隆起稳定性验算：确保基坑围护结构的抗隆起稳定性。
2.4 端头井结构计算
2.4.1 计算图示与计算模型
- 采用有限元分析法，建立端头井结构的计算模型。
- 考虑地质条件、施工条件、经济成本等因素的限制。
- 确保设计方案的可行性和经济性。
2.4.2 端头井基本信息
- 端头井基坑开挖深度约17.71m。
- 端头井主体结构内包尺寸总长224m，宽度17.6m。
2.4.3 端头井计算结果
- 根据计算结果，确定端头井结构的尺寸和配筋。
2.4.4 稳定性验算
- 整体稳定性验算：确保端头井结构的整体稳定性。
- 抗倾覆稳定性验算：确保端头井结构的抗倾覆稳定性。
- 抗隆起稳定性验算：确保端头井结构的抗隆起稳定性。
3. 基坑监测方案
3.1 监测目的
- 确保基坑施工期间的安全与稳定。
- 为施工的开展提供及时的反馈信息。
3.2 监测项目
- 地表沉降。
- 围护墙顶水平位移及竖向沉降。
- 围护墙体水平位移。
- 地下水位量测。
3.3 监测项目的具体实施
3.3.1 地表沉降
- 在基坑周围设置地表沉降监测点。
- 定期进行地表沉降监测，及时掌握基坑周围地表沉降情况。
3.3.2 围护墙顶水平位移及竖向沉降
- 在围护墙顶设置水平位移和竖向沉降监测点。
- 定期进行围护墙顶水平位移和竖向沉降监测，及时掌握围护墙的变形情况。
3.3.3 围护墙体水平位移
- 在围护墙体设置水平位移监测点。
- 定期进行围护墙体水平位移监测，及时掌握围护墙体的变形情况。
3.3.4 地下水位量测
- 在基坑周围设置地下水位监测点。
- 定期进行地下水位量测，及时掌握基坑周围地下水位变化情况。
4. 结论
- 通过对竹叶山站基坑围护结构的系统研究，提出了一套合理、经济、可靠的基坑围护设计方案。
- 设计方案包括围护结构的选择、结构设计、受力分析及稳定性评估等方面。
- 设计过程中考虑了地质条件、施工条件、经济成本等因素的限制，确保设计方案的可行性和经济性。
- 研究内容主要包括基坑围护结构的选择与优化、结构设计方法的研究、受力性能分析、基坑变形控制等。
- 研究方法包括文献调研、数值模拟、理论分析和现场监测等，以确保设计的合理性和准确性。
- 设计的创新点可能包括采用新型支护结构或优化现有支护结构的设计方案，提高基坑围护的安全性和稳定性。
- 预期成果包括一套完整的基坑围护设计方案、相关的理论分析成果和数值模拟报告，为类似工程提供参考和借鉴。
