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地铁车站深基坑钢围檩变形分析与处理

发布时间: 2018-09-13 14:10   733 次浏览
一 前言
    地铁一般都是穿越城市和位于城市的繁华地段,地铁车站的施工直接牵涉到深基坑的开挖与支护施工。深基坑的支护不仅要保证基坑内能正常安全作业,而且要防止基底及坑外土体产生过量移动,以确保基坑附近的建筑物、道路、管线的正常运行。因此,对深基坑工程提出了较高的要求,根据土质不同、相邻的地面建筑物不同,基坑的开挖与支护问题成为地铁车站前期施工的重要技术问题。基坑开挖过程是基坑开挖面卸载的过程,卸载引起基底回弹。同时也引起围护结构在两侧土压力差的作用下产生水平位移和土体位移。在此基础上讨论墙体刚度、基坑开挖顺序、土体加固深度和******道支撑对支护结构变形和内力的影响。
二 地铁车站变形影响因素
1、地质因素
    基坑工程的设计和施工与自然条件关系密切,设计与施工必须全面地掌握基坑所处地的工程与水文地质等特点,也是确定支护方法、开挖方法、降水方法和地基加固等设计的基本依据。
    在饱和软黏土中进行基坑开挖,产生的地层位移比砂土和硬质黏土中大很多,当围护墙体有足够的插入深度时,******水平位移出现在坑底附近。在正常情况下,可以保守的认为******沉降大致与******水平位移大致相等。在影响基坑变形的内因中,土的变形模量、泊松比和内摩擦角对基坑的变形影响较为显著,而重度和黏聚力影响较小。白永学[1尉天津地铁某车站进行了数值分析和参数研究。研究表明,弹性模量对基坑变形的影响***为显著,而且墙体******变形出现的土层的弹性模量改变对墙体变形的影响******。
2、设计因素
    影响基坑变形的设计因素包括围护墙体的刚度及入土深度、支撑的刚度和道数、支撑的位置、预应力水平和被动区的土体加固等。在基坑的开挖过程中,围护墙体和支撑构件都会发生变形,增加这些构件的刚度有利于降低基坑的地表沉降和墙体的水平位移。C1ough和Tsui分析了围护结构和支撑构件的刚度对基坑******水平位移的影响。算例为中等密实的黏土基坑,挖深9.2 m,采用4道锚杆。当墙体的刚度增加为8倍时,******水平位移减小为60%。当锚杆的刚度相差1O倍时,同一墙体的******水平位移也减小为60%。
    Peck认为,头道支撑应该在开挖深度未超过2Su前架设,其中Su为土体的不排水抗剪强度,v 为土的容重,否则支护结构将产生比较大的位移。在软土地层中,头道支撑的位置和架设时间经常被忽视,往往造成开挖深度不大,但地面沉陷却很严重的结果。开挖深度不变的时候,底撑的位置对墙体的侧向变形有比较大的影响,但对墙后的地表沉降影响却相当小 圆弧滑动法稳定分析表明,***下面的一道支撑到坑底的距离对基坑的稳定性影响非常大,基坑抗隆起稳定安全系数随着***下面的—道支撑到坑底的距离的增加而线性减小。因此在满足挖土空间和底板浇注的条件下,应使得***下面一道支撑尽可能靠下。
3、施工因素
    基坑开挖的顺序通常包括“先挖后撑”和“先撑后挖”两种情况。对两种施工方法的比较表明“,先挖后撑”比“先撑后挖”基坑的******沉降值增加将近61%,而墙体变形增)JIJ58%。在“先挖后撑”的施工方法下,由于头道支撑的安装晚了一个工况,从而导致墙顶的水平位移明显增加,是“先撑后挖 的6~7倍。由此可见,基坑工程中应杜绝“先挖后撑”的施工方法。上世纪90年代刘建航等在上海地区长条形地铁基坑工程的长期实践中,提出了时空效应理论。该理论的一个基本思想就是充分考虑土体的时间和空间效应,通过优化施工参数,采用分层分块的方法进行挖土,并严格限制每块土体开挖的大小和时间,利用土体自身的潜力来控制变形。
三  地铁车站深基坑支护结构变形模式
    随着基坑开挖的进行,会出现基坑地步土地的隆起、基坑挡土墙的变形以及周围地表层的移动等状况,三者之中基坑周围地层的移动是基坑变形控制的首要问题。支护结构的破坏变形模式从分类上来看主要分为以下几种方式:深埋式变形模式,深埋式维护结构的变形基本都是上端弯曲下端反向弯曲的形式;拱桥型变形模式,基底以下有明显的弯点,反弯点较为少见。倾斜型变形模式,变形曲线呈前倾,大多数墙端会出现移向坑外的情景。
    围护结构人士深度的不同是产生以上几种变形模式的根本原因 围护结构的人土深度在施工过程中是十分重要的,施工人员需要在保证维护结构的稳定性的同时防止基坑底部的土地因受力原因产生隆起。然而在地铁车站的施工过程中减少维护结构的入土深度直接关系到工程的施工成本。一味的强调增加维护结构的入土深度,但是人士深度过小又会造成基底土体的不稳定,对工程的安全性产生直接的影响。所以承包商需要进行计算合理的墙体人士深度,不仅经济合理又可以******方面的保护基坑的稳定性。
四 控翩深基坑维护结构变形的措施
    如何采取措施减小墙体变形和地表沉降控制深基坑变形的关键。增加地连墙的刚度是其中采用较多的一种手段,这并不是说刚度越大就一定越好,地连墙刚度的取值应该位于某个合适的取值范围,该范围的取值应该做到可以减缓墙体变形增加墙身弯矩。减小围护结构的位移也是控制其变形的—种有效地方式,增加支撑刚度就可以做到,但是同地连墙刚度的增加的幅度一样,支撑刚度的增加范围也需要适当控制。原因在于支撑刚度增加时,随之明显增大的是维护墙的弯矩。如果对基坑变形要求非常严格,在使用增加合适的支撑剐度来减小变形时,施工人员需要考虑到围护墙的抗弯能力。另一种减小围护结构变形的有效办法是增加内支撑预应力,采用这种方法的后果是同时也增加了围护墙上的土压力和结构内力,因此只要施用能有效的控制基坑位移支撑预应力即可。
    采用现代化的信息收集手段是当代地铁车站施工过程中实时监控和控制深基坑维护结构变形的有效措施。施工人员使用电子计算机对深基坑土地压力、钢支撑能力、土地的位移等等数据进行及时的采样分析,了解施工过程中深基坑地表结构和受力程度发生的各项变化。将收集到的信息及时反馈给施工人员进行加工和分析,使得他们可以科学合理的设计维护机构,调整地连墙的刚度,支撑刚度,控制内支撑预应力等等参数,使得工程可以在******限度的节约施工成本的基础上安全高质量的完成。
五 结束语
    地铁工程建设是我国交通运输业中重要的环节之一,直接关系到我国交通网络的完善和运行的安全,地铁的工程施工过程中,地铁车站的的建设是一项专业性的工作,也是一个比较复杂的工序,但同时也是整个地铁建设过程中***为关键的工序。对整个地铁运行的安全性和稳定性,有着极其深刻的影响。因此,地铁车站深基坑建设过程中需要确保******度和安全性,才可以保证整个工程的稳定和质量。促进我国铁路工程行业的健康发展。了解和掌握地铁车站深基坑支护结构变形规律有助于地铁深基施工过程的顺利进行,为整个地铁的建设打下良好的基础。
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