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浅谈郑州某地铁车站的结构设计

时间:2010年10月01日来源:本站原创 作者:ice-edu 点击:
 
    浅谈郑州某地铁车站的结构设计
柴志阳  孟旭央  邹红英

(黄河勘测规划设计有限公司河南郑州金水路109号450003)
摘 要:根据郑州轨道交通2号线一期工程农业路站深基坑围护结构的特征,选择了人工挖孔桩加钢支撑的基坑支护方案,对支撑构件的强度和基坑支护体系的整体稳定性进行了验算,并简单介绍了地铁工程中半盖挖结构的设计方法。
关键词:地铁;半盖挖;结构;设计
AbstractAccording to the characteristics of the deep foundation pit supporting structure at the Nongye road station on the second line for Zhengzhou subway,the foundation pit supporting solution using manual digging combined with steel brace supporting is selected. Specially the strength of supporting component and the global stability of foundation pit supporting system are checked.Meanwhile the semi-cover excavation design for subway excavation project is also simply introduced.
Keywordssubway; the semi-cover excavation; structure; design.
 
1 工程概况
农业路站位于郑州市花园路与农业路交叉口,车站沿花园路南北向平行设置,偏花园路东侧。站位的东北边为丹尼斯商厦和动物园,东南边为中国银行,西北边为农科院,西南边为郑州国贸中心。花园路为双向八车道,农业路为双向六车道,行人众多,交通繁忙,且道路下方管线密集。地表为混凝土路面,地形平整,地面标高91.00m左右。由于车站交通疏解的要求,车站主体及配线段结构均在西侧采用半盖挖顺筑法施工。
2 岩土分层及特征
根据本次地质钻孔揭示,本场地岩土分层及其特征自上而下分布为:
第(1)层:填土(Q4ml),杂色,稍湿,稍密,上部30cm左右为路面,下部为含三七灰土、碎砖头等建筑垃圾的粉土,局部见生活垃圾。平均层厚2.43m。
第(2-1)层:粉土(Q4al),褐黄色~黄褐色,稍湿,稍密,局部有砂感。干强度低,韧性低,无光泽反应,摇振反应中等。压缩模量10.26MPa,属中等压缩性土,平均层厚4.87m。
第(2-2)层:粉砂(Q4al),灰黄色~黄褐色,湿~饱和,松散~稍密,主要矿物成分长石、石英、少量云母,砂质不纯,粉粒含量较高。平均层厚2.85m。
第(2-3)层:细砂(Q4al),黄褐色,饱和,稍密~中密,局部松散,主要矿物成分长石、石英、少量云母。平均层厚6.13m。
第(2-4)层:粉质粘土(Q4al),褐黄色~黄褐色,可塑,含少量铁锰质斑点、小粒姜石。干强度中等,韧性中等,稍有光泽,无摇振反应。压缩模量5.65MPa,属中等压缩性土,平均层厚2.86m。
第(3-1)层:粉土(Q4al+l),褐灰色~浅灰色,湿,稍密~中密。干强度低,韧性低,无光泽反应,摇振反应迅速。压缩模量10.79MPa,属中等压缩性土,平均层厚3.30m。
第(3-2)层:粉质粘土(Q4al+l),褐灰色~灰黑色,软塑~可塑,含少量生物碎屑。干强度中等,韧性中等,稍有光泽,无摇振反应。压缩模量4.87MPa,属高压缩性土,平均层厚2.92m。
第(4-1)层:粉土(Q4al),褐灰色-黄褐色,湿,中密~密实,含少量小姜石。干强度低,韧性低,无光泽反应,摇振反应迅速。压缩模量10.34MPa,属中等压缩性土,平均层厚2.49m。
第(4-2)层:粉砂(Q4al),褐灰色~灰色,饱和,中密~密实,主要矿物成分长石、石英为主,含少量云母。平均层厚4.76m。
第(4-3)层:细砂(Q4al),灰色~灰黄色,饱和,中密~密实,主要矿物成分石英长石和少量云母。平均层厚7.54m。
第(4-4)层:中砂(Q4al),黄灰色~灰色,饱和,中密~密实,主要矿物成分为石英、

长石和少量云母。平均层厚7.52m。
第(4-5)层:粉土(Q4al),浅灰色,湿,密实,含少量姜石。干强度低,韧性低,无光泽反应,摇振反应中等。压缩模量9.93MPa,属中等压缩性土,平均层厚3.67m。
第(4-6)层:粉质粘土(Q4al),黄褐色,可塑~硬塑,含少量姜石。干强度中等,韧性中等,稍有光泽,无摇振反应。压缩模量7.51MPa,属中等压缩性土,平均层厚3.51m。
第(6-1)层:粉质粘土(Q3al+pl),黄褐色-棕黄色,硬塑~坚硬,含少量姜石。干强度中等,韧性中等,稍有光泽,无摇振反应。压缩模量7.70MPa,属中等压缩性土,平均层厚3.24m。
第(6-2)层:粉土(Q3al+pl),褐黄色~黄褐色,湿,中密~密实,含少量小粒径姜石,局部夹粉质粘土。干强度中等,韧性中等,稍有光泽,无摇振反应。压缩模量10.01MPa,属中等压缩性土,平均层厚3.28m。
 
表1 地层物理力学参数表

地层
序号
天然
含水量
ω
(%)
天然
容重
γ
(kN/m)
内摩
擦角
φ
(°)
凝聚力
C
(kPa)
承载力
标准值
Fk
(kPa)
水平地
基系数
Kv
(MPa/m)
侧压力
系数
1   17.8       10 0.61
2-1 21.5 19.9 20.4 22.9 120 12 0.50
2-2   21.1 21.1   140 15 0.34
2-3   20.3 24.6   165 12 0.34
2-4 26.2 19.3 18.4 13.6 130 15 0.50
3-1 23.8 20.1 13.6 21.6 140 20 0.55
3-2 32.6 18.4 21.6 12.9 120 23 0.55
4-1 19.7 20.1 17.1 25.8 160 27 0.55
4-2   20.0 28.3   180 30 0.40
4-3   21.2 28.5   200 50 0.45
4-4   21.1 30.5   240 70 0.45
4-5 19.7 20.6 21.3 24.8 180 60 0.60
4-6 20.5 19.9 28.2 14.2 160 65 0.60
6-1 21.6 20.1 30.3 14.0 200 70 0.70
6-2 22.6 20.4 9.3 22.4 200 60 0.65
 
3 设计原则
结构设计应结合结构类型、使用功能、荷载特征、施工工艺等条件进行。
根据车站结构的类型和施工方法,分别按照有关的设计规范对施工阶段和使用阶段进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算,必要时还应进行刚度和稳定性计算。当计及地震或其它偶然荷载作用时可不验算结构的裂缝宽度。最大裂缝宽度迎水面应≤0.2mm,背水面应≤0.3mm。
车站结构重要性系数1.1。
车站结构抗震设防烈度为Ⅶ度,并采用相应的抗震构造措施。
深基坑支护结构及其构件应满足强度、稳定性和变形控制的要求。
地下结构应按最不利情况进行抗浮稳定性验算:在不考虑侧壁摩阻力时,抗浮安全系数应>1.05;考虑侧壁阻力时,抗浮安全系数应>1.15。
4 基坑支护结构方案的选择
(1) 因为本基坑深度19.2m,考虑到郑州市的地层情况及地铁1号线的经验,最后选择采用钻孔灌注桩的支护形式。
(2) 排桩与内衬的连接形式选用重合墙结构。
5 围护结构计算
5.1 主要尺寸的拟定
  围护结构尺寸参数:基坑深度19.2m,桩底嵌固深度11.0m,桩径1.0m,桩距1.2m,桩身采用C30钢筋混凝土;支撑道数为4道,材料选用φ609×14mm的A3钢管,支撑长度21.6m,水平间距2.5~3.5m。
5.2 荷载计算
(1) 土压力:根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-99),对多支点排桩基坑底上部主动侧(迎土侧)按主动土压力进行计算;基坑底下部考虑两侧土压力相抵后形成矩形土压力荷载,并在被动侧(基坑侧)计入一组弹性支撑(即地层抗力)。
(2) 水压力:地下水位按实际地下水位计且水压力不折减。
(3) 地面超载取20kPa。
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