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      地鐵車站基坑支護結構設計思考

      發布時間:2020-12-09 10:06所屬分類:車輛管理加入收藏

      摘要:支護結構對地鐵車站的穩定性具有關鍵性作用,關系到整個地鐵車站工程的安全、使用壽命,為增強基坑支護結構的質量,務必要進行更加合理的設

        摘要:支護結構對地鐵車站的穩定性具有關鍵性作用,關系到整個地鐵車站工程的安全、使用壽命,為增強基坑支護結構的質量,務必要進行更加合理的設計。基于此,本文對地鐵車站基坑支護結構設計相關情況展開探討。首先概述地鐵車站基坑支護結構的概念、特征及安全等級。其次對地鐵車站基坑支護結構設計進行思考,包括設計原則、設計實施方法以及設計要點等。最后以某地鐵車站為例,對基坑支護結構設計進行案例分析,探討設計優化的思路。以期能為基坑支護結構設計質量的提升提供參考。

        關鍵詞:地鐵車站;基坑支護結構;設計

      城市軌道交通

        一、前言

        地鐵車站是城市基礎設施建設的組成部分。在我國現代化城市建設進程中,地鐵車站工程項目量增多,規模擴大,技術含量也日漸提升。然而無論地鐵車站建設工程項目發生何種變化,都離不開對于基坑支護結構的依賴。只有加強基坑支護結構的質量,才能為整個地鐵車站項目安全提供保障,由此也凸顯出基坑支護結構設計的價值。基坑支護結構所需要處理的任務復雜,工程量巨大,設計工作的難度較高,面臨著較為嚴峻的挑戰。處于這樣的背景下,為了能夠給基坑支護結構設計工作的開展提供一定助力,提高設計安全性與可行性,對設計相關情況展開分析十分必要,對地鐵車站項目質量、效率的全面提升,均有積極作用。

        二、地鐵車站基坑支護結構概述

        (一)基坑支護概念

        為引起施工方對基坑支護的重視,國家出臺了《建筑基坑支護技術規程》作為行業標準,其中對基坑支護做出了相應的要求與說明,并對基坑支護的概念做出定義。基坑支護指的是在地下工程施工時,處于地下施工環境、地下結構安全的考慮,對基坑側壁、基坑周邊實施的加固、支擋等保護性措施[1]。如圖1所示。施工過程中,逐漸總結出了不同類型的基坑支護形式,適用于不同的地形條件、工程項目之中。其中比較常見的類型包括有排樁支護、地下連續墻支護、鋼筋混凝土排樁、原狀土放坡等等。且基坑支護可以單獨或者多種結合使用,以達到最佳的支撐防護效果。此外,基坑支護在地下水控制中同樣具有防護作用,通過截水、回灌等形式在基坑開始挖掘階段,對地下水進行適當的控制,避免工程延誤[2]。由此也可以看出,針對基坑支護的結構進行合理的設計師十分關鍵的,也就是要進行明確的基坑支護的整體結構、結構的受力情況進行規劃與設計,以確保基坑支護能順利發揮出自身的價值和作用。

        (二)地鐵車站基坑支護結構的特征

        地鐵車站基坑支護結構的主要特點如下:

        1. 地鐵車站基坑支護結構中,作為承載樁的樁底通常處于土質堅硬的土壤層內,包括硬塑狀黏土、巖石等。原因在于處于堅硬土壤中,能夠為承載樁的質量、安全提供有力的支撐,對樁底形成有效的豎向承載力量。在這些力量的支撐之下,地鐵車站上部分結構所產生的壓力,才能夠處于樁基的符合范圍之中。

        2. 地鐵車站基坑支護結構的豎向承載能力較強,即使是在自身重力、外界因素的作用下,也基本上不會對支護結構產生干擾,也不會產生過度的沉降變化,所出現的傾斜角度通常也是出于可控制的范圍之中[3]。同時,基坑支護結構對于工程項目整體可能出現的側翻風險能夠進行控制,海嘯、地震等外力風險所引起的荷載也能抵消,繼而使地鐵車站的施工安全得到有力的保護。

        3. 基坑支護結構具有液化土層的功能,這就意味著在樁底能在土層之中形成較為有力的支撐作用。正是由于基坑支護結構具有上述特征,才能夠滿足在地鐵車站工程項目施工過程中的安全、質量需求。

        (三)地鐵基坑支護結構安全等級

        《建筑基坑支護技術規程》中將基坑支護結構的安全等級劃分為1級、2級、3級,其重要性系數、后果嚴重程度均不相同,如表1所示。了解基坑支護結構安全等級,能為后續設計工作的開展提供明確的思路和具體的要求,并且要在此基礎上,對安全等級展開進一步的分析,以達到相應等級的安全標準要求。對地鐵車站建筑施工中,關于支護結構的行業規范需要進行全面的分析,繼而對基坑支護結構進行針對性的設計,使后續工程作業能夠獲取堅實的基礎和支撐。在此基礎上,以《建筑基坑支護技術規程》中的安全等級規范作為標準,對地鐵車站基坑側壁安全系數進行劃分,從不同的重要性系數出發,在支護結構的設計工作中迎合安全等級標準[4]。

        三、地鐵車站基坑支護結構設計思考

        (一)地鐵車站基坑支護結構設計原則

        在對地鐵車站基坑支護結構進行設計的過程當中,應當遵循一定的原則進行,從而為施工有序開展指明方向。具體如下:

        1. 成本及科學性兼顧原則。設計工作中,應當要考慮到支護結構的合理性、科學性以及適用性,能符合不同地鐵車站施工項目的具體需求,與此同時還需要兼顧成本控制的需求,避免出現成本超支的現象,使得經濟效果、科學性都達到合理的標準[5]。

        2. 結構安全性原則。基坑支護結構在地鐵車站施工中應用的主要作用便是能夠為整個工程的安全予以保障,因此也就要求在設計工作中務必要以安全為重,確保工程項目施工的安全達標,支護結構才能為施工的安全撐起“保護傘”。

        3. 施工簡便性原則。設計工作不僅要考慮科學性、安全性,同時也要考慮到是否具有實用性,考慮到在特定的地下施工環境中,設計需求是否能夠付諸實際,加之以地下施工環境較為復雜,施工難度較大,因而便需要在設計環節中進行充分的考慮,盡可能提高支護結構設計的便捷性,盡可能的規避潛在的施工風險。

        (二)地鐵車站基坑支護結構設計實施方法

        為了能夠保證基坑支護結構設計方案在工程中實現,應當要掌握正確的設計實施方法。具體如下:

        1. 為了使基坑支護結構的穩定性達到最佳狀態,需要掌握支護結構正常使用時的極限狀態、以及承載能力的極限狀態。在兩種不同極限狀態的交互、配合作用下,使支護結構的穩定性達到最佳。

        2. 基坑支護結構設計過程中,需要對施工環境周邊的土質條件、土壤條件等進行分析,并且納入到設計考慮因素之中,尤其是要對支護結構在地下魂晶中的受壓性、受剪承載力的因素做出衡量與判斷[6]。

        3. 考慮到錨桿、構件對于基坑支護結構設計地下作業所產生的影響,應當要選擇性能可靠性突出的錨桿,以及支撐性穩定的構件,并且進行磨合與適應,以保證在實踐中能夠將支護結構的設計效果達到最佳。

        (三)地鐵車站基坑支護結構設計分析

        1. 地鐵車站基坑工程勘察

        在地鐵車站基坑支護結構設計的過程當中,需要對設計工作予以充分的重視,其中對地鐵車站基坑工程進行深度勘察是首要工作內容。具體包括如下方面:

        (1)在基坑施工安全前提條件的規范下,盡可能全面的對施工周邊環境進行勘察,包括地下水分布等因素都要納入到考慮的范圍之中。在此基礎上,設計人員才能夠出具具有針對性的基坑支護結構設計方案,從根源上對可能發生的施工不穩定風險進行防范。

        (2)面向地鐵車站基坑工程進行勘察時,需要將地下巖石相關因素作為重點考慮對象。對巖石施工條件、開挖時的深度等方面因素進行綜合性考量,并且可設置若干數量的勘察點,多角度、多方位進行考察,收集資料數據,在此基礎上確定最終的地鐵車站基坑巖石施工范圍及細節。

        (3)對地鐵車站基坑做工程勘察時,需注重水文條件的觀測。在進行勘察的過程中,要關注施工范圍內地下水的靜止水位、視見水位,繼而推測地下水位可能會產生的動態變化情況,以及動態水位變化發生之后,對基坑支護結構可能產生的影響與波及范圍。只有做好對地鐵車站基坑的工程開展,才能為設計工作的開展提供第一手的參考資料和設計依據[7]。

        2. 地鐵車站基坑支護設計前準備

        在地鐵車站基坑支護結構設計工作正式開始之前,需做好前期準備工作。

        (1)收集與地鐵車站基坑支護結構設計相關的資料、數據和信息,包括國內外同類型工程項目的參考、以及前期基坑工程勘察工作中所獲取的相關信息等。只有保證了資料的準確性,才能降低基坑支護結構設計的誤差。

        (2)在基坑主體工程支護結構的設計中,重點任務是樁位布置、平面布置相對位置。對于該部分的重點內容,需要切合實際,選擇最為合理、適宜的基坑支護結構類型,使主體工程的樁位、平面位置都保持合理狀態。

        (3)基坑支護結構設計的前期準備工作中,有必要對施工可能需要的設備設施進行檢查,滿足高難度設計的實踐應用需求,也為后續設計工作的推進奠定基礎。

        3. 基坑支護結構設計要點

        在基坑支護結構設計中,應熟練掌握設計要點。

        (1)基坑支護結構的類型日漸多樣化,如地下連續墻支護、鋼筋混凝土排樁、排樁支護、原狀土放坡等。不同類型適用于不同的施工環境之中。支護結構設計工作當中,關鍵任務便是要切合實際情況,從基坑施工環境出發,設計相應的類型結構,以達到工程穩定性最大化的目標。

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