地鐵工程基坑支護(hù)方案選型與經(jīng)濟(jì)分析

宋林海 中鐵二十四局集團(tuán)安徽公司

1 概況

合肥市軌道交通一號(hào)線試驗(yàn)段位于合肥市濱湖新區(qū)，其中Ⅰ標(biāo)段為錦銹大道站（含）～中山路站（不含），起訖里程為K20+296.6～K22+868，全長(zhǎng) 2.572 km，包含錦銹大道站、紫云路站、錦銹大道站～紫云路站區(qū)間、紫云路站～中山路站區(qū)間，主要工程內(nèi)容為車站及區(qū)間土建工程（含設(shè)備安裝配合、裝修配合、驗(yàn)收、缺陷責(zé)任期修復(fù)、保修期保修等）。

根據(jù)地質(zhì)資料，從上至下依次為：人工填土層（素填土①層、雜填土①層）、第四紀(jì)沉積層（粘土②層、粉質(zhì)粘土②1層、粉細(xì)砂②2層）、第三紀(jì)基巖（全風(fēng)化粉砂巖③層）、白堊紀(jì)基巖（強(qiáng)風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)砂巖④層、④1層）。地下水埋深約4.9～8.3 m。

設(shè)計(jì)提供的基坑支護(hù)方案是：錦繡大道站－紫云路站區(qū)間，基坑兩側(cè)采用圍護(hù)樁及內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)；紫云路站－中山路站區(qū)間，基坑兩側(cè)采用圍護(hù)樁及內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

考慮到工期、施工工藝、工程造價(jià)等因素，將圍護(hù)樁及內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化為放坡開挖、圍護(hù)樁及錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)。以下主要從技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度介紹。

2 基坑支護(hù)方案選型

2.1 支護(hù)方案選型

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）要求，并且參考國(guó)內(nèi)該類基坑工程的成功施工經(jīng)驗(yàn)，考慮采用以下施工方案：⑴錦繡大道站－紫云路站區(qū)間（K20+497.401～K20+800）：東側(cè)放坡開挖、西側(cè)圍護(hù)樁及錨桿，錦繡大道站－紫云路站區(qū)間（K20+800～K21+500）：東西兩側(cè)采用圍護(hù)樁及錨桿，錦繡大道站－紫云路站區(qū)間（K21+500～K21+853）：東側(cè)放坡開挖、西側(cè)圍護(hù)樁及錨桿。⑵紫云路站－中山路站區(qū)間（K22+018.3～K22+867.8）：東側(cè)放坡開挖、西側(cè)圍護(hù)樁及錨桿。

其中，鋼筋混凝土樁采用C30鉆孔樁，直徑0.8 m，間距1.0 m，按照計(jì)算配筋，樁長(zhǎng)根據(jù)基坑深度確定。樁頂部設(shè)置通長(zhǎng)的冠梁，采用構(gòu)造配筋。錨桿采用1根φ32 mmHRB400鋼筋，第1、2道錨桿自由段長(zhǎng)度6.0 m，錨固段長(zhǎng)度15.0 m；第3道錨桿自由段長(zhǎng)度6.0 m，錨固段長(zhǎng)度25.0 m。

2.2 計(jì)算內(nèi)容與要點(diǎn)

主要計(jì)算內(nèi)容包括：支護(hù)結(jié)構(gòu)（鉆孔灌注樁）內(nèi)力變形計(jì)算；錨桿計(jì)算；鋼圍檁計(jì)算；支護(hù)結(jié)構(gòu)（鉆孔灌注樁）配筋計(jì)算；整體穩(wěn)定性計(jì)算；抗傾覆計(jì)算；抗隆起計(jì)算；抗突涌計(jì)算；抗?jié)B流穩(wěn)定性計(jì)算；地表沉降計(jì)算。對(duì)于《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）中沒有的計(jì)算內(nèi)容，參考《上海市基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》（DBJ08-61-97）作補(bǔ)充計(jì)算。

由于基坑一側(cè)的道路需要運(yùn)行，因此考慮車道荷載（10.0 kPa）及施工荷載（4.0 kPa）。支護(hù)結(jié)構(gòu)（鉆孔灌注樁）內(nèi)力變形計(jì)算，考慮以下7種工況（以3道錨桿為例）：開挖至4.0 m、安裝第1道錨桿、開挖至7.5 m、安裝第2道錨桿、開挖至11.0 m、安裝第3道錨桿、開挖至基底14.0 m，并采用水土合算的方法計(jì)算土壓力。

錨桿計(jì)算時(shí)，其水平夾角采用15°，自由段長(zhǎng)度依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）確定，錨固段長(zhǎng)度依據(jù)計(jì)算值確定。實(shí)際采用的參數(shù)是：?jiǎn)慰?，孔?50 mm；錨桿采用1根φ32 mmHRB400鋼筋；第1、2、3道錨桿自由段長(zhǎng)度6.0 m，第1、2道錨桿的錨固段長(zhǎng)度15.0 m，第3道錨桿的錨固段長(zhǎng)度25.0 m；錨桿間距1.0 m。鋼圍檁（連續(xù)梁）近似按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算，支護(hù)結(jié)構(gòu)（鉆孔灌注樁）根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010－2002）計(jì)算配筋。其余計(jì)算內(nèi)容：整體穩(wěn)定性根據(jù)是否考慮錨桿作用分別計(jì)算，抗傾覆計(jì)算和抗隆起參照《上海市基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》（DBJ08-61-97）計(jì)算，抗?jié)B流穩(wěn)定性和抗突涌計(jì)算，地表沉降計(jì)算等，均符合規(guī)范要求。

按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）要求，需要進(jìn)行錨桿試驗(yàn)，以檢驗(yàn)錨桿受力的可靠性。試驗(yàn)結(jié)果表明，錨固體的受力可以滿足計(jì)算要求，為變更施工方案提供了條件。

為保證圍護(hù)樁之間的土體穩(wěn)定性，采用鋼筋網(wǎng)片及噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)片與圍護(hù)樁內(nèi)鋼筋相互連接。圍護(hù)樁頂部的土體采用硬化及排水溝等措施，防止雨水侵入樁后土體內(nèi)。施工中錨桿上方嚴(yán)禁挖土，以保證錨桿的覆土厚度滿足要求；同時(shí)，在基坑頂部，兩倍基坑深度范圍內(nèi)禁止堆積土體或其他重物，以防產(chǎn)生額外荷載。

放坡開挖段采用坡度1：1，并設(shè)置1 m寬的工作平臺(tái)?？紤]到施工時(shí)間較長(zhǎng)，為防止雨水沖刷坡面，采用土釘固定的鋼筋網(wǎng)及噴漿護(hù)面，分段設(shè)置。

經(jīng)計(jì)算，擬采用的放坡開挖、圍護(hù)樁及錨桿支護(hù)方案在技術(shù)上是可行的。

3 經(jīng)濟(jì)分析

方案優(yōu)化前后，施工項(xiàng)目發(fā)生增減，并由此引起單價(jià)發(fā)生相應(yīng)變化。優(yōu)化前后施工項(xiàng)目、數(shù)量、單價(jià)及最終成本分析詳見表1。根據(jù)成本發(fā)生變化的因素，可分為以下三種類型。

表1 成本分析對(duì)照表

⑴優(yōu)化后項(xiàng)目增加。錨桿及鋼圍檁共增加成本834.9萬元。

⑵優(yōu)化后項(xiàng)目取消。鋼支撐取消后節(jié)約成本1 122.2萬元。

⑶優(yōu)化后項(xiàng)目數(shù)量增加或減少。鉆孔樁及冠梁工程量減少，節(jié)約成本1 135.9萬元?；油谕凉こ塘吭黾?65 000 m3，但同時(shí)因取消鋼支撐，工作面變寬，土方開挖工效提高，土方開挖單價(jià)由原先8元/m3降低為3元/m3，土方施工費(fèi)用節(jié)約成本80.5萬元。噴混凝土工程量增加2416 m3，因噴射混凝土施工工藝由全部垂直噴射改為部分傾斜噴射，其單價(jià)由原先995.41元/m3降低為969.58元/m3，增加施工成本230.4萬元。

根據(jù)上述分析，方案優(yōu)化后施工成本共節(jié)約1273.2905萬元?？梢钥闯鰧?duì)成本優(yōu)化貢獻(xiàn)最大的為鉆孔樁工程數(shù)量減少，其次為鋼支撐取消，再次為挖方單價(jià)降低。

4 結(jié)束語

按照優(yōu)化后的施工方案，該基坑工程已順利竣工?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與應(yīng)力、土壓力、地表沉降等各項(xiàng)參數(shù)滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120－99）要求。

通過該基坑工程的支護(hù)方案選型，表明施工圖審核和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研對(duì)于合理選擇施工方案是關(guān)鍵的第一步，同時(shí)參考類似工程經(jīng)驗(yàn)、選擇合理技術(shù)參數(shù)也是非常重要的環(huán)節(jié)。因地制宜，加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)，即時(shí)反饋、分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，合理組織，保證了施工安全、實(shí)現(xiàn)了工程創(chuàng)效。