地铁基坑支护工程
1. 绪论
1.1 引言
1.1 引言
- 随着全球城市化的加速，地铁作为一种快速、高运量的公共交通方式，在缓解城市交通压力、提升城市居民出行质量方面发挥着关键作用。
- 地铁车站的建设通常涉及深基坑工程，这类工程需要在繁忙的城市中心或其他复杂的地下环境中进行。
- 地铁车站基坑工程的复杂性要求支护设计必须能够应对各种复杂地质和水文条件，错误的设计可能导致基坑坍塌、地面沉降、水土流失等严重后果。
1.2 我国基坑工程发展概况
1.2 我国基坑工程发展概况
- 我国基坑工程在各方面不断创新，包括支护技术、地质勘察技术、监测技术等，以适应不同地质条件和工程要求。
- 基坑工程的内容从以往的只有地下空间开挖和支护，到现在的加入了地下管线、地下设施的保护、地下空间的合理利用等多个方面，变得更为全面。
- 基坑工程在我国的城市建设中扮演着至关重要的角色，它直接关系到城市建设的质量、安全和效率。
1.3 我国基坑工程目前存在的问题
1.3 我国基坑工程目前存在的问题
- 基坑施工质量方面，基坑设计不合理、施工过程不规范导致的事故很多。
- 基坑支护技术创新上，尽管目前常用的基坑支护技术已经相对成熟，但在应对复杂地质条件和大型基坑工程时仍存在局限性。
- 数字化技术应用方面，随着数字化技术的发展，如BIM、GIS等，其在基坑工程中的应用越来越广泛。
- 基坑工程监测与预警系统方面，基坑工程施工过程中需要对土体变形、支护结构状态等进行实时监测和预警。
1.4 研究内容
1.4 研究内容
- 地质与工程地质条件，进行地质勘探，对基坑周边区域的地质、地貌、岩土结构等进行实地勘探和分析。
- 基坑支护设计方案选择，根据地质条件、基坑深度等因素，选择合适的支护结构类型。
- 支护结构设计与优化，进行支护结构的力学计算和稳定性分析。
- 地下水控制与沉降监测，设计地下水降低方案，采取降水井、抽水管网等措施控制基坑内地下水位。
2. 基坑支护设计说明
2.1 工程概况
2.1.1 工程简介
- 北京地铁19号线的一期工程中的土建施工08合同段，位于北京市丰台区，其主要方向为沿京开高速公路南北方向布置。
- 新发地站地处于丰台区京开高速公路中的新发地北桥东北侧，该车站的总长度约为252.0m，基坑深度约为18.0m。
2.1.2 基坑周边环境
- 车站的西侧是一条高速公路；车站的北侧则是一栋五层居民住宅；南侧则是一条城市道路；东侧目前为空地。
2.2 工程地质条件
2.2.1 地形地貌
- 车站所处位置的地形高度基本不变，其自然地面的标高约为40m，第四系沉积物主要是古漯水河故道沉积。
2.2.2 地层岩性特征
- 工程场地在勘探深度30.0m范围内的地层分布自上而下为: 杂填土层、粉质黏土1层、黏土层、卵石层、粉质黏土2层。
2.3 水文地质特征
2.3 水文地质特征
- 以圆砾、卵石为主要构成具有较强的渗透性的含水层岩性，通过沿古河道方向的侧向的补给、径流等方式形成了地下水。
2.4 特殊地质条件
2.4 特殊地质条件
- 未在地铁车站所处地况监测出影响基坑稳定性的不良地质作用。
- 人工填土是本工程的详细勘察揭露的特殊性岩土，平均厚度为 0.4～4.2m。
3. 基坑工程设计要点
3.1 基坑工程特点
3.1.1 地下空间利用
- 基坑工程是将地下空间用于建筑物或基础设施的施工工程。
3.1.2 区域性
- 不同地域的岩土性质、地下水埋藏条件差别较大，让基坑工程施工过程中勘查所得数据的离散性差距较大。
3.1.3 支护结构设计
- 由于地下空间的开挖，周围土壤或岩石的稳定性会受到影响，因此需要设计合适的支护结构来支撑周围土体。
3.1.4 复杂施工工艺
- 基坑工程的施工工艺包括地下开挖、支护结构的搭设、基坑排水等多个环节。
3.1.5 影响周边环境
- 基坑工程的施工可能会对周边环境造成一定的影响，尤其是在地下水位较高、承压水头较大的地层中。
3.2 基坑支护方式
3.2.1 土钉支护
- 土钉支护基本原理是通过在地下岩土中预埋钢筋，并通过灌浆或其他方法将钢筋与岩土牢固连接。
3.2.2 水泥土重力式围护墙
- 水泥土重力式围护墙也称为水泥土挡土墙或重力挡土墙。
3.2.3 排桩支护
- 排桩支护是利用常规的桩体，如预制桩、挖孔桩、钻孔灌注桩等并排连续起来围成的地下挡土结构。
3.2.4 地下连续墙
- 地下连续墙是指分槽段用专用机械成槽、安放钢筋笼、浇筑混凝土所形成的连续地下墙体。
3.3 基坑支护结构选用原则
3.3 基坑支护结构选用原则
- 基坑周边的地质条件是选择支护结构的关键因素之一。
- 地下水位的高低需考虑进去。
- 基坑支护结构的选择还要考虑施工时间。
- 在选择支护结构时，也需要考虑其对周边环境和社会的影响。
4. 剖面1支护设计与计算
4.1 排桩相关参数
4.1.1 桩截面尺寸
- 桩径：1.50m
- 桩间距：1.80m
4.1.2 桩身材料
- 混凝土等级: C30
- 抗压强度标准值fck=20.10MPa
- 抗拉强度标准值ftk=2.01MPa
- 弹性模量Ec= 30000.00MPa
- 剪切模量G= 12000.00MPa
- 纵向钢筋: HRB400 fyk=400.00MPa
- 横向钢筋: HRB335 fyk=335.00MPa
4.2 土层设置
4.2.1 指定土层材料
- 杂填土深度：0.00-2.10m 厚度：2.10m
- 粉质黏土1深度：2.10-8.30m 厚度：6.20m
- 黏土深度：8.30-14.80m 厚度：6.50m
- 卵石深度：14.80-21.10m 厚度：6.30m
- 粉质黏土2深度：21.10-28.00m 厚度：6.90m
4.2.2 超载
- 均布荷载：20kN/m2
4.2.3 土层参数
- 剖面1土层主要物理力学参数如下表4.1所示。
4.3 支护结构设计
4.3.1 轴力计算
- 土层各参数加权平均值为：
- 天然重度γ=19.53kN/m3；
- 内摩擦角φ=19.6°；
- 粘聚力c=24.11kPa；
- 主动土压力系数Ka=0.53；
- 被动土压力系数Kp=2.30。
4.3.2 锚杆设计
- 根据《建筑基坑支护技术规程》的规定，锚杆的水平间距不宜小于1.5m，锚杆倾角宜取15°至25°。
