緊鄰地鐵基坑支護工程設(shè)計

王建華，吳厚信，周宏益，左新明

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北廊坊 065000;2.廣東省地質(zhì)建設(shè)工程勘察院，廣東廣州 510080;3.廣東省物料實驗檢測中心，廣東廣州 510080;4.河北省地礦局國土資源勘查中心，河北石家莊 050081)

緊鄰地鐵基坑支護工程設(shè)計

王建華1，吳厚信2，周宏益3，左新明4

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北廊坊 065000;2.廣東省地質(zhì)建設(shè)工程勘察院，廣東廣州 510080;3.廣東省物料實驗檢測中心，廣東廣州 510080;4.河北省地礦局國土資源勘查中心，河北石家莊 050081)

緊鄰地鐵基坑支護必須確保地鐵運營的安全，具有難度大、支護安全儲備高的特點。結(jié)合廣州市林和村改建項目A地塊臨近地鐵基坑支護工程實例，通過三維數(shù)值分析計算，基坑位移、穩(wěn)定性均可滿足設(shè)計要求。并對薄弱點進行加強監(jiān)測。最后通過實測值復(fù)核計算值，實測值基本控制在計算值范圍內(nèi)。

深基坑工程;基坑支護;內(nèi)支撐支護

0 引言

20多年來，隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)速度的發(fā)展，國內(nèi)20多座城市先后發(fā)展軌道交通建設(shè)，城市化建設(shè)進程加快。由于城市各種工程的施工進度不一，使緊鄰地鐵各種基坑支護工程隨之增加，緊鄰地鐵基坑的情況多種多樣。地鐵與基坑的時間分布關(guān)系主要有基坑開挖時地鐵已建、在建和規(guī)劃等3種情況;地鐵與基坑的空間分布關(guān)系主要有:基坑緊鄰地鐵(含正在運營)一側(cè)或兩側(cè)、緊鄰地鐵的上方或下方等。緊鄰地鐵的基坑支護工程的周邊環(huán)境和地質(zhì)情況也十分不一，對基坑支護工程的影響十分大?？紤]到緊鄰地鐵基坑的特殊性，支護設(shè)計常見的支護類型有地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐、支護樁加內(nèi)撐和樁加梁托換技術(shù)等。

本文根據(jù)廣州市林和村改建項目A地塊臨近地鐵基坑支護工程的實例說明緊鄰地鐵基坑支護工程的技術(shù)要求、設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)的分析、計算和實測、施工、監(jiān)測的結(jié)果，通過支護結(jié)構(gòu)所發(fā)揮的關(guān)鍵性作用、計算及實測值的對比分析，從而肯定緊鄰地鐵基坑支護工程的設(shè)計方案。

1 工程概況

擬建場地A區(qū)位于廣州市林和村改造地塊(自編號A1和A2)。擬建回遷住宅6棟，地上49層，地下2層，±0.000 m相當于絕對高程16.60 m，地面絕對高程15.50 m，計入地下室底板和墊層厚度后，A1區(qū)基坑開挖深度約8.30 m，A2區(qū)基坑開挖深度約7.90 m。

1.1 A1 區(qū)基坑周邊環(huán)境

東面:地下室邊線距地鐵一號線區(qū)間10.20 m;相應(yīng)范圍地鐵隧道頂標高約為5.175 m(城建高程)，底標高約為－1.405 m(城建高程);

南面:待建B區(qū)，現(xiàn)為一空地，設(shè)計的基坑也存在緊鄰地鐵基坑支護工程的問題;

西面:地下室邊線距建國酒店大廈地下室邊線(建國酒店11層，地下室2層)約14.0 m;

北側(cè):西段地下室邊線距帝苑大酒店建筑邊線最小距離約22.0 m。

1.2 A2區(qū)基坑周邊環(huán)境

東面:地下室邊線距道路邊線約8.0 m;

南面:待建B區(qū)，設(shè)計的基坑也存在緊鄰地鐵基坑支護工程的問題;

西面:地下室邊線距地鐵一號線區(qū)間9.40 m，相應(yīng)范圍地鐵隧道頂標高約為4.954 m(城建高程)，底標高約為－1.626 m(城建高程);

北側(cè):西段地下室邊線距站東路邊線最小距離約5.50 m。

現(xiàn)場區(qū)紅線范圍內(nèi)有舊地下管線分布，紅線范圍外基坑?xùn)|側(cè)、西側(cè)、北側(cè)都有地下管線分布，但初步判定對基坑開挖和錨索施工影響不大?；娱_挖前應(yīng)對管線分布做詳細查明，對舊地下管線進行拆移。場地周邊環(huán)境條件復(fù)雜程度為中等。

2 地質(zhì)情況

2.1 地形地貌及環(huán)境條件

場地原地貌單元屬剝蝕殘丘地貌?，F(xiàn)地勢平坦，各鉆孔孔口相對高程介于13.21～15.62 m之間，最大高差2.40 m。

2.2 地層結(jié)構(gòu)及其工程地質(zhì)特征

根據(jù)現(xiàn)場鉆探結(jié)果，基坑開挖范圍內(nèi)的巖土層按成因類型自上而下分別為填土層(Qml)、殘積層(Qel)以及白堊系(K2d)泥質(zhì)砂巖帶。分述如下。

(1)填土層(Qml)

①1雜填土，雜色，主要由砼塊、磚頭、碎～塊石等建筑垃圾組成，地下水位以下呈飽和狀態(tài)。該層普遍分布。層厚2.00～4.60 m，平均2.99 m。

(2)殘積層(Qel)

泥質(zhì)砂巖殘積土主要為粉質(zhì)粘土，呈可塑～硬塑狀。場地內(nèi)殘積土層厚度變化較大，依據(jù)塑性狀態(tài)，劃分為可塑狀粉質(zhì)粘土②1層和硬塑狀粉質(zhì)粘土②2層。

②1粉質(zhì)粘土，棕紅色，稍濕，可塑，局部硬塑，為泥質(zhì)砂巖風(fēng)化殘積而成。層厚1.80～12.50 m，平均3.60 m。頂面埋深2.00～4.60 m，平均2.99 m;頂面標高9.00～13.44 m，平均11.45 m。修正擊數(shù)N=11.5擊。

②2粉質(zhì)粘土，褐色，稍濕，硬塑，局部可塑。主要由粘粒組成，為泥質(zhì)砂巖風(fēng)化殘積而成。層厚1.30～9.90 m，平均5.38 m。頂面埋深2.60～13.80 m，平均6.26 m。修正擊數(shù)N=13.8擊。

(3)基巖(K)

該場地下伏基巖主要為白堊系上統(tǒng)大塱山組(K2d)泥質(zhì)砂巖夾砂礫巖?；娱_挖范圍內(nèi)按其風(fēng)化程度劃分為全風(fēng)化和強風(fēng)化巖帶。

③1全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖帶，褐色，巖心呈堅硬土狀。揭露厚度1.30～10.00 m，平均3.21 m。作標準貫入試驗31次，經(jīng)桿長修正后平均錘擊數(shù)N=26.0擊。

③2強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖帶，棕紅色，巖石風(fēng)化強烈，巖心呈半巖半土狀。揭露厚度0.50～7.70 m，平均2.93 m。經(jīng)桿長修正后錘擊數(shù)N=36.4～49.4擊，平均42.1擊。

3 支護設(shè)計方案

A1區(qū):根據(jù)現(xiàn)場鉆探結(jié)果，基坑開挖范圍內(nèi)自上而下分別為填土層(Qml)、殘積層(Qel)粉質(zhì)粘土以及基巖全～強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖?；娱_挖深度為8.30 m，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件基本良好，基坑?xùn)|側(cè)有已建地鐵一號線區(qū)間通過。根據(jù)周邊環(huán)境情況、地質(zhì)情況及基坑開挖深度，基坑?xùn)|側(cè)基坑支護結(jié)構(gòu)采用Φ1000@1150旋挖灌注樁加一道內(nèi)支撐支護。頂部小放坡，坡面噴砼Φ8@200×200，厚100 mm。南側(cè)采用自然放坡支護方案，西側(cè)及北側(cè)采用加強型土釘墻支護方案。

A2區(qū):根據(jù)現(xiàn)場鉆探結(jié)果，基坑開挖范圍內(nèi)自上而下分別為填土層(Qml)、殘積層(Qel)粉質(zhì)粘土以及基巖全～微風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、礫砂巖?；娱_挖深度為7.90 m，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件基本良好，基坑西側(cè)有已建地鐵一號線區(qū)間通過。根據(jù)周邊環(huán)境情況、地質(zhì)情況及基坑開挖深度，基坑支護結(jié)構(gòu)采用Φ1000@1150、L=9000～13000 mm旋挖灌注樁加一道內(nèi)支撐支護。樁后側(cè)設(shè)Φ550@400、L=7000～9000 mm深層攪拌樁止水。

基坑支護設(shè)計如圖1～3所示。

4 圍護結(jié)構(gòu)的分析、計算和實測

4.1 三維模型建立

三維模型建立的順序是:基坑平面界定→支護樁、內(nèi)支撐和立柱的平面布置→定義區(qū)段剖面(開挖深度、巖土物理力學(xué)參數(shù)和支撐點高程)→定義邊界條件→協(xié)同計算。其中，基坑支護巖土參數(shù)取值見表1。

4.2 基坑設(shè)計要點

(1)必須采用有效的止水帷幕;

(2)支護樁旋挖樁必須具有足夠的嵌固段，樁嵌固段入坑底不少于3 m，若坑底遇微風(fēng)化時應(yīng)不少于2 m;

圖1 基坑支護總平面圖

圖2 基坑支護三維模擬圖

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標

(3)為確?；影踩?，確定內(nèi)支撐的橫向間距為4～6 m，截面尺寸800 mm×800 mm，混凝土等級C30，配筋后內(nèi)支撐軸力≮6000 kN，且支撐點高程布置需滿足換撐要求;

(4)立柱需避開工程樁、剪力墻、柱布置;

(5)安全等級為一級，基坑樁頂位移控制值s≤30 mm，支錨水平剛度系數(shù)kT和土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m是控制基坑水平位移的關(guān)鍵參數(shù)。

圖3 基坑支護內(nèi)支撐典型剖面圖

4.3 基坑設(shè)計計算結(jié)果

基坑內(nèi)支撐部位整體位移值4～17.75 mm，A1區(qū)計算最大位移分別位于基坑北側(cè)大板角撐處和長對撐處，最大位移達17.75 mm;A2區(qū)最大位移同樣分別位于基坑?xùn)|側(cè)大板角撐處和長對撐處，最大位移達15.20 mm，均略大于實測值。A1區(qū)計算最大內(nèi)支撐軸力位于北側(cè)大板角撐處，最大內(nèi)支撐軸力達1800 kN;A2區(qū)計算最大內(nèi)支撐軸力位于東側(cè)大板角撐處，最大內(nèi)支撐軸力達2100 kN。均略大于實測值(見圖4、圖5和表2)?；油瓿珊蟮膶嵕耙妶D6。

圖4 基坑支護計算內(nèi)支撐整體位移圖

表2 基坑圍護結(jié)構(gòu)最大位移處計算值和實測值對比

圖5 基坑支護計算內(nèi)支撐軸力圖

5 結(jié)論

(1)基坑支護A1區(qū):基坑開挖深度為8.30 m，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件基本良好，基坑?xùn)|側(cè)有已建地鐵一號線區(qū)間通過。根據(jù)周邊環(huán)境情況、地質(zhì)情況及基坑開挖深度，基坑?xùn)|側(cè)采用旋挖灌注樁+一道內(nèi)支撐支護方案，南側(cè)采用自然放坡支護方案，西側(cè)及北側(cè)采用加強型土釘墻支護方案。

基坑支護A2區(qū):基坑開挖深度為7.90 m，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件基本良好，基坑西側(cè)有已建地鐵一號線區(qū)間通過。根據(jù)周邊環(huán)境情況、地質(zhì)情況及基坑開挖深度，基坑采用旋挖灌注樁+一道內(nèi)支撐支護方案。

設(shè)計方案是合理、可行和安全的。

(2)基坑支護設(shè)計的各項技術(shù)要求和措施均合乎政策法規(guī)、規(guī)范、地鐵保護辦的規(guī)定和要求。

圖6 基坑完成后實景圖

(3)鋼筋混凝土角、對撐受力均衡，支撐設(shè)計截面混凝土角撐軸力最大6000 kN，大于計算值2100 kN，有足夠的安全儲備。

(4)地鐵一號線隧道左、右線日運營100多萬人次，運營正常，人員安全。

(5)緊鄰地鐵的基坑支護工程基坑支護設(shè)計采用樁+一道內(nèi)支撐支護方案施工工藝，可在舊城區(qū)、緊鄰地鐵周圍又有天然地基民宅和較多地下管線施工時推廣和運用。

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［3］沈杰.地基基礎(chǔ)設(shè)計手冊.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

［4］史佩棟.實用樁基工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

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［10］JGJ 79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［11］JGJ 120－99，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.

Design of Foundation Pit Support Project Close to the Subway

WANG Jian-hua1，WU Hou-xin2，ZHOU Hong-yi3，ZUO Xin-ming4(1.The Institute of Exploration Techniques，CAGS，Langfang Hebei 065000，China;2.Guangdong Geological Engineering Investigation Institute，Guangzhou Guangdong 510080，China;3.Guangdong Province Material Testing Center，Guangzhou Guangdong 510080，China;4.The Center of Land and Recourse Exploration，Hebei Bureau of Geology and Mineral Exploration，Shijiazhuang Hebei 050081，China)

The safety of subway operation must be ensured in the construction of foundation pit support project close to the subway with great difficulty and high safety margin.This paper describes an engineering practice of foundation pit support close to the subway，by the three-demensional numerical analysis，the displacement and stability of the excavation met the design requirement and the weak points were mainly monitored.According to the check calculation on measured values，the measured values were controlled in the range of calculated values.

deep foundation pit profict;foundation pit support;inside bracing

TU473.2

A

1672－7428(2011)11－0071－05

2011－07－21;

2011－11－06

王建華(1963－)，男(漢族)，河北邢臺人，中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所高級工程師，勘察技術(shù)與施工管理專業(yè)，從事勘探技術(shù)研究工作，河北省廊坊市金光道77號，tkgcw@163.com。