地鐵車站復(fù)合墻受力分析

□文/郝天華

地鐵車站復(fù)合墻受力分析

□文/郝天華

結(jié)合midas模型計(jì)算分析，對(duì)地下連續(xù)墻與地鐵結(jié)構(gòu)側(cè)墻協(xié)同受力、變形及在使用階段地下連續(xù)墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)進(jìn)行分析并提出了地下連續(xù)墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)土、側(cè)水壓力時(shí)的貢獻(xiàn)。

地鐵；地下連續(xù)墻；復(fù)合墻；受力

隨著城市交通的日益擁擠，地鐵已逐漸成為各大中城市人們主要交通方式。目前我國(guó)地鐵車站大部分采用明挖法。地下連續(xù)墻因其剛度大、防滲性能好、地層適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，在地鐵設(shè)計(jì)施工中得到廣泛應(yīng)用。地下連續(xù)墻既可作施工階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也可做結(jié)構(gòu)復(fù)合墻的一部分。作為復(fù)合墻整體受力時(shí)，地下連續(xù)墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻的貢獻(xiàn)尚無(wú)專門規(guī)范說(shuō)明。本文通過(guò)midas-gen有限元軟件對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行分析，對(duì)地下連續(xù)墻剛度貢獻(xiàn)做簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)。

1　工程概況

天津某地鐵站為地下2層島式車站，標(biāo)準(zhǔn)段兩柱三跨的現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度13.51 m、底板埋深16.95 m，站中心頂板覆土為2.9 m。車站主體采用明挖法施工。車站兩側(cè)共設(shè)4個(gè)出入口及3個(gè)風(fēng)道。車站采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的支護(hù)型式，墻厚0.8 m，地下連續(xù)墻墻幅標(biāo)準(zhǔn)寬度為6 m。基坑標(biāo)準(zhǔn)段沿豎向設(shè)置4道支撐加1道換撐，兩端盾構(gòu)井處設(shè)5道支撐加1道換撐。標(biāo)準(zhǔn)段及盾構(gòu)井首道支撐采用鋼筋混凝土支撐，截面尺寸為1 000 mm×1 200 mm，間距約8 m，其余采用φ800 mm×16 mm鋼支撐，間距約為3 m，地下連續(xù)墻接頭處采用凹凸鎖扣管接頭。主體結(jié)構(gòu)頂、底板厚度分別為800、900 mm，側(cè)墻厚度700 mm（盾構(gòu)井位置800 mm）。

2　使用階段受力分析

采用平面應(yīng)變理論，取標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面進(jìn)行分析。地下連續(xù)墻按照豎向彈性地基梁法計(jì)算模擬水土壓力作用下，主體結(jié)構(gòu)受力情況分析。地層壓力根據(jù)土層情況，粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算［1］，采用朗肯土壓力計(jì)算主動(dòng)、被動(dòng)土壓力。開挖面以下基坑內(nèi)側(cè)采用彈簧模擬土的作用。車站范圍內(nèi)自上而下土體情況見表1。

表1　基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1模型簡(jiǎn)介

采用midas-Gen2014軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。取1延米寬進(jìn)行分析。地下連續(xù)墻與內(nèi)襯墻間由Gap單元模擬（2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的該單元是屬于“單向受拉-受壓的三維線性單元”，只傳遞軸向壓力）。水壓力作用于主體內(nèi)墻處，土壓力作用于地下連續(xù)墻處。主體結(jié)構(gòu)頂、中、底板厚度分別為800、400、900 mm；側(cè)墻700 mm（盾構(gòu)井處800 mm）、地下連續(xù)墻厚800 mm；中柱按照剛度等效原則，等效墻厚340 mm。頂板、底板、側(cè)墻混凝土強(qiáng)度為C35，柱混凝土強(qiáng)度為C45，見圖1。

圖1　模型計(jì)算

墻、板、柱均用線單元進(jìn)行模擬，網(wǎng)格長(zhǎng)度近似取1 m。車站主體結(jié)構(gòu)下部地下連續(xù)墻和車站底板下土體邊界分別用彈簧和只受壓彈簧進(jìn)行模擬［2］。彈簧剛度Kh、Kv按式（1）計(jì)算

式中：Kh為土彈簧壓縮剛度，kN/m；kh為地基土水平（垂直）向基床系數(shù)，kN/m3；b為彈簧的水平向計(jì)算間距，m；h為彈簧的垂直向計(jì)算間距，m。

2.2使用階段受力分析

本文主要考慮側(cè)向水、土壓力作用下，地下連續(xù)墻和主體結(jié)構(gòu)內(nèi)墻的受力、變形情況。計(jì)算結(jié)果見圖2-圖3。

圖2　使用階段受力計(jì)算結(jié)果（彎矩）

圖3　水土壓力作用下復(fù)合墻變形結(jié)果

3　結(jié)論及建議

1）地下連續(xù)墻與主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻共同受力，地下連續(xù)墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻抵抗水土壓力有很大貢獻(xiàn)作用，根據(jù)計(jì)算，在中、底板及跨中位置處地下連續(xù)墻與主體結(jié)果內(nèi)墻所承受的彎矩近似為1∶1，頂板支座位置地下連續(xù)墻與主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻分擔(dān)彎矩比近似為1∶1.7。

2）地下連續(xù)墻與主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻變形協(xié)調(diào)，變形量基本一致。站廳層變形小，站臺(tái)層變形大，與受力情況吻合（站臺(tái)層側(cè)壓力大）。

3）模型不考慮地下連續(xù)墻作用下，可將地下連續(xù)墻按照剛度平面外等效原則承受水土壓力，每延米地下連續(xù)墻剛度折減0.67倍。

［1］JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］劉國(guó)斌，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］.2版.北京：中國(guó)建筑工程出版社，2009.

U231+.4

C

1008-3197（2016）04-56-02

2016-04-11

郝天華/女，1986年出生，工程師，中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司天津分院，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及巖土相關(guān)工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.022