杨溢军
(广州地铁设计研究院有限公司)
【摘要】随着城市化的发展[1],城市轨道交通路网的规划和建设日新月异,地铁车站周边商业开发同步发展。新建基坑工程与邻近地铁车站交叉建设不可避免,近距离施工时影响非常复杂。本文以苏州某工程为例,采用MIDAS/GTS分析了基坑工程分区分期开挖、架设支撑及回筑地下室及上部结构施工对邻近建设中的轨道交通车站工程的影响,综合考虑了各种因素影响下的在建车站围护及主体结构的内力、变形,最终提出相应的保护措施及施工对策,研究结果对类似工程有一定的指导意义。
【关键词】基坑;midas gts;地铁;变形
本工程位于苏州市高新区,场地紧邻在建的苏州轨道交通3号线横山路站在建工地。拟建项目总建筑面积为131581.14m2,其中地下49605.94m2:共分三层,主要功能为车库和商业;地上81975.2m2,分为五个区:A区地上七层,主要功能为商业和社区用房;B区地上二十一层,主要功能商业和办公用房;C区为地上五层,主要功能为商业用房;D区为地上四层,主要功能为商业用房;E区地上二十六层,主要功能为商业和酒店。拟建项目场地地理位置见图1。
图1 拟建项目场地地理位置
苏地2014-G-7号地块项目的基坑总面积约22147m2。其中远离地铁侧B#基坑面积约19762.8m2,邻近地铁侧A#基坑面积约2384.2m2。本工程± 0.000=+3.750,基坑开挖深度详见表1。
根据本基坑工程的开挖深度、规模和基坑周边环境等情况,按照国家《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)[2],并参考上海市《基坑工程技术规范》(DG/TJ08-61-2010)[3],本基坑的安全保护等级为一级。
表1 基坑各区开挖深度
注:底板一般区域厚度800mm,承台位置厚度1500mm。场地整平后相对标高-1.000m。
区域底板面相对标高底板厚(m)基底相对标高(含垫层)开挖深度(m) A区-14.90.8/1.5-15.9/-16.614.9/15.6 B区-14.90.8/1.5-15.9/-16.614.9/15.6 C区-14.90.8/1.5-15.9/-16.614.9/15.6 D区-14.90.8/1.5-15.9/-16.614.9/15.6 E区-14.90.8/1.5-15.9/-16.614.9/15.6
基坑采用分区分期的施工方案,分区及分期方案如图2所示。
图2 基坑施工分区分期示意图
施工流程简述:B基坑-A1基坑-A2基坑。
⑴施工工程桩、立柱(桩)、钻孔桩、止水搅拌桩、管井等;
⑵开挖分区B#基坑并回筑地下室结构,继续施工上部裙房及塔楼结构;
⑶A1、A2基坑施工围护桩、止水搅拌桩等;
⑷开挖分区A1#基坑并回筑两层地下室结构;
⑸开挖分区A2#基坑并回筑两层地下室结构;
⑹拆除第一道支撑,施工地下室负一层顶板,同时凿除相邻分区桩,连通地下室各层楼板、框架梁等构件。
注:地铁主体分段施工如图3所示:
图3 地铁主体分段施工图
邻近本项目基坑的地铁主体B区施工段总长155m,共分8个施工段。由于B区存在109.5m长的与地铁侧共用围护结构段,考虑到基坑施工的安全,为减少工程交叉作业的相互影响,初步沟通后确定地铁车站B区主体结构回筑施工及本项目A1#、A2#基坑范围内管线迁改工作完成后,才能进行A1#、A2#近地铁侧基坑的施工。由于A1#、A2#基坑开工受限制因素较多,考虑B区全部裙房及塔楼超载对车站的不利影响。
2.1 计算模型
表2 数值仿真计算采用的基坑土参数
注:三轴试验的割线刚度
直剪(固快)C(KPa)φ(deg)①填土18.00.5015106.06.018.00.33②粘土19.90.4550.214.87.87.823.40.31③粉质粘土19.10.5023.917.06.36.318.90.33④-1粉土夹粉砂19.20.364.525.810.310.330.90.26④-2粉砂19.00.343.830.913.213.239.60.25④-3粉砂夹粉土18.90.383.428.611.211.233.60.28⑤砂质粉土18.90.5122.119.49.89.829.40.34⑥粉质粘土夹粉土18.50.5015.119.314.814.844.40.33⑦-1粉砂18.60.380.332.527.927.983.70.28⑦-2粉砂夹粉土18.80.418.927.337.737.7113.10.29⑧粉质粘土夹粉土18.60.4645.615.434.834.8104.40.33⑨粉砂18.60.380.332.581.381.3243.90.31⑩粉质粘土17.90.4728.515.232.932.998.70.33土层重度γ (kN/m3)K0 E50ref(MPa)Eoedref(MPa)Eurref(MPa)泊松比
根据工程实际情况,基于midas/gts建立了三维有限元分析模型,土层计算参数见表2,计算模型采用修正剑桥模型。
图4 围护桩(墙)、支撑(含冠梁、支撑杆件)及临时立柱模型
2.2 计算结果及分析
2.2.1 基坑受力变形分析
对各个工况下基坑的竖向位移,水平位移、围护结构的弯矩等进行了计算分析。图5-图7所示为B#基坑架设第三道钢筋砼支撑后,开挖至基坑底部时计算结果云图。
图8-图11为各工况计算结果汇总及趋势分析。
结果显示:远离地铁侧大基坑底的最大隆起量23.6mm,邻近地铁侧窄条基坑底的最大隆起量21.0mm。基坑的最大总水平位移16.5mm。远离地铁侧大基坑围护桩最大正弯矩1202kN.m/m,最大负弯矩668kN.m/m;近地铁侧窄条基坑围护桩最大正弯矩834kN.m/m,最大负弯矩453kN.m/m。
图5 基坑竖向位移图
图6 基坑水平位移图
图7 围护结构弯矩图
图8 远离地铁侧大开挖B#基坑围护结构弯矩
图9 远离地铁侧大开挖B#基坑围护结构水平位移
图10 近地铁侧窄条A#基坑围护结构弯矩
图11 近地铁侧窄条A#基坑围护结构水平位移
从计算结果看来,随着B#基坑及A1#、A2#基坑开挖深度的增加,基坑的自身变形逐渐增大,但从最大计算结果来看基坑的竖向和水平变形值基本满足规范要求,基坑变形在可控范围之内,新建基坑工程对地铁基坑工程的影响也是可以控制的。
2.2.2 车站的变形分析
对各工况下车站结构的水平位移作了计算分析,见图12、图13。
基坑的开挖必然引起临近地铁车站的变形,由于A1#、A2#基坑土层的开挖,地铁车站一边土体卸载,既有车站在两侧土压力差作用下,必然产生一定的变形。
结果显示:由于地铁邻近侧窄条基坑的施工,对已完成车站B区结构产生的最大水平位移8.1mm,方向指向窄条基坑内侧。
2.2.3 分析小结
⑴车站结构的最大水平位移(指向基坑内侧)8.1mm(MIDAS/GTS);最大竖向位移7.3mm。模拟结果表明:基坑施工全过程对地铁车站的位移有一定的影响,但能够满足轨道交通结构水平及竖向位移量不大于10mm的要求;
图12 车站结构水平位移云图
图13 车站结构水平位移云图
⑵本项目B#基坑的最大水平位移16.5mm,最大正弯矩标准值1202kN.m/m,最大负弯矩标准值-668kN.m/m;A#基坑的最大水平位移8.7mm,最大正弯矩标准值834kN.m/m,最大负弯矩标准值-453kN.m/m;均能满足基坑自身的安全性要求。
⑴轨道交通横山路站主体结构回筑施工完成后,A#窄条基坑分两期先后施工对车站结构有影响,车站结构最大水平位移8.1mm;最大竖向位移7.3m。在项目实施过程中应进行严格的施工控制,避免发生车站结构的变形量大于理论分析值,导致无法满足轨道交通结构的保护要求,
⑵从计算结果看来,B#基坑围护结构的最大水平位移16.5mm,A#基坑围护结构的最大水平位移8.7mm,可以满足基坑安全保护等级一级的要求[2]。
⑶邻近地铁车站的基坑工程开挖,对既有车站会产生一定影响,且随着开挖面积的增大,影响随之增大。
⑷新建基坑工程分坑分期的开挖方案,从空间上减小了对既有车站的变形,对今后类似工程,建议基坑可采用分坑分期小范围开挖的方案实施,可减小对既有结构的变形。●
【参考文献】
[1]王春辉.地下工程临近既有地铁施工安全性影响评价研究[D].北京:北京交通大学,2011.
[2]JGJ 120-2012,建筑基坑支护技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社.
[3]DG/TJ08-61-2010,上海市基坑工程技术规范[S].
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