青島地鐵麥島站深基坑開挖支護(hù)綜合分析

■李喜國 ■中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750

就目前來看，我國深基坑支護(hù)工程的數(shù)量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。深基坑支護(hù)工程建設(shè)中，開挖支護(hù)的施工周期長、資金成本高、施工難度大，因此需要予以充分的重視。同時，深基坑工程中地下設(shè)施安全、深基坑開挖、降水以及周圍建筑物的監(jiān)測與保護(hù)等一系列項(xiàng)目非常重要，基坑開挖過程中若是導(dǎo)致水土環(huán)境變異狀況出現(xiàn)，都會引發(fā)基坑工程事故。針對這一實(shí)際狀況，深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)確保支護(hù)結(jié)構(gòu)類型與巖土層力學(xué)參數(shù)選取的合理性，對地下水進(jìn)行合理的控制，在此基礎(chǔ)上確?；又ёo(hù)的經(jīng)濟(jì)性、安全性?，F(xiàn)階段，我國臨海地區(qū)中，先進(jìn)行止水帷幕操作，然后再進(jìn)行開挖處理的深基坑支護(hù)工程較少。本文主要針對青島地鐵麥島站深基坑開挖支護(hù)工程為實(shí)例，通過手算方法將受力關(guān)系還原，土壓力的計(jì)算評價主要采用等值梁法，驗(yàn)算支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，為實(shí)際基坑施工提供參考。

1 工程概況

1．1 車站場地

麥島站，實(shí)質(zhì)上就是青島2號線與5號線的換乘站，采用地下雙層(局部三層)島式站臺車，大里程端設(shè)停車線與聯(lián)絡(luò)線。車站基坑開挖深度18．5～25．5m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度約20．7m，車站基坑變形控制保護(hù)等級為一級。車站主體采用雙柱兩層、單柱三層框架結(jié)構(gòu)。頂板、頂縱梁采用C45、P10防水混凝土，中板、中縱梁采用C30混凝土，底板、底縱梁采用C45、P10防水混凝土，邊墻采用C45、P10防水混凝土，中柱采用C50混凝土。鋼筋均為HRB400E鋼筋。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)分段采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐或者鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)的支護(hù)體系。錨索采用抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度為1320Mpa的鋼絞線(1*7標(biāo)準(zhǔn)型)。附屬結(jié)構(gòu)(通道及風(fēng)亭)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+混凝土內(nèi)支撐或者鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)型式。鉆孔灌注樁為φ1000@1500mm，混凝土內(nèi)支撐設(shè)置一道，斷面尺寸為800mm*1000mm，錨索同主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分。消防疏散通道跨度較小(凈跨2m)，在地下段采用暗挖法施工，敞口段采用明挖法施工。

1．2 水文條件與工程地質(zhì)

麥島站位于地勢低洼處，地形整體兩端高，中間低。地表為現(xiàn)代多層、高層建筑、道路及路邊綠化帶。現(xiàn)孔口地面標(biāo)高:17．56～24．91米。場區(qū)地貌類型為剝蝕～剝蝕堆積斜坡，后經(jīng)人工回填改造。通過鉆探揭示，場區(qū)表覆第四系全新統(tǒng)人工堆積素填土，揭露第四系土層厚度0．6～8．0m。下伏燕山晚期粗?；◢弾r，局部地段穿插有煌斑巖、細(xì)?；◢弾r等脈巖;局部地段發(fā)育碎裂巖等構(gòu)造巖。車站場地基坑開挖范圍中的第四系孔隙水，其性質(zhì)主要為潛水，含水層中主要包括碎石土、含砂粘性土以及中粗砂，屬于弱一強(qiáng)透水層范疇;微風(fēng)化巖、全風(fēng)化巖以及粉質(zhì)黏土層的富水性比較差，屬于相對隔水層。麥島站及其周圍個稅層的厚度處于不均勻狀態(tài)，但是其分布呈現(xiàn)連續(xù)性，所以基巖裂隙含水層與松散巖類孔隙含水層之間的水力聯(lián)系不密切。

2 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

2．1 選取支護(hù)方案

對于基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)遵循防水一支護(hù)基本原則，即:“剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線”?；泳S護(hù)工作中，邊幫巖土體主要承力支護(hù)結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨桿加鉆孔灌注樁，輔助支護(hù)主要選用高壓注漿與旋噴方式。高壓注漿方式主要應(yīng)用于基巖中風(fēng)華帶的處理，高壓旋噴方式主要應(yīng)用于基巖強(qiáng)風(fēng)化帶以上邊幫土層的處理。不論是下部中風(fēng)化基巖注漿，還是上部土層高壓旋噴，都應(yīng)當(dāng)達(dá)到帷幕截滲與土層加固效果。

2．2 計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)

手工計(jì)算主要選用等值梁法，主要是對土壓力進(jìn)行計(jì)算，然后獲取反彎點(diǎn)的具體位置，以此獲取最大彎矩，

利用等值梁法進(jìn)行手工試算，方法是通過計(jì)算土壓力，得出反彎點(diǎn)的位置，得到最大彎矩，最后對配筋進(jìn)行確定。

2．2.1 計(jì)算土壓力

(1)基坑土壓力。從樁土摩擦作用來看，在對被動土壓力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算的過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮修正系數(shù)K，獲取被動土壓力稀疏修正值為3．86。對反彎點(diǎn)位置與主動土壓力強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，獲取樁后土壓力1621．3KN/m。如圖1所示，主動土壓力的分布示意圖。

(2)承力樁的彎矩及其受力特點(diǎn)。承力樁錨固受力點(diǎn)為三個力學(xué)形狀存在一定差異的層位接觸面，那么 A點(diǎn)土壓力強(qiáng)度為 60．34kPa，B點(diǎn)土壓力強(qiáng)度為94．50kPa，C 點(diǎn)土壓力強(qiáng)度為 106．88kPa;懸臂荷載 RARA為196．6kN/m，懸臂荷載 RB為245．76kN/m;懸 臂 荷 載RB為302．08kN/m。將彎矩零點(diǎn)設(shè)定為基坑底2．8m處，獲取承力樁A點(diǎn)彎矩為 3335．6kN·m，B點(diǎn)彎矩為 3391．5kN·m，C點(diǎn)彎矩為3262．42kN·m。

2．2.2 承力樁強(qiáng)度條件

擋土結(jié)構(gòu)中，鉆孔灌注樁處于受力狀態(tài)的時候，可以將其當(dāng)作沿著周邊進(jìn)行均勻配置的縱向鋼筋圓形截面鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件，計(jì)算其正截面受壓承載力，主要根據(jù)以下公式:

圖1 基坑主動土壓力分布示意圖

這一公式中:fy主要代表的是鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，其公式符號為MPa;fcm主要代表的是承力樁抗彎剛度設(shè)計(jì)值，其公式符號為N/mm2;at主要代表的是縱向拉筋截面面積與全部縱向鋼筋截面面積的比值，若是a＞0．625時，則取at=0;a主要代表的是受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角(rad)系數(shù)(與2π比值);r主要代表的是承力樁體半徑，其公式符號為mm2;As主要代表的是全部縱向鋼筋截面面積，其公式符號為mm2;A主要代表的是承力樁截面積，其公式符號為mm2;Mc主要代表的是承力樁抗彎承載力，其公式符號為N·mm。

2．2.3 基坑抗流砂的穩(wěn)定性

地下水從高處流向低處的過程中，對于最大滲透力的計(jì)算主要根據(jù)貼墻體最短路線，抗流砂的穩(wěn)定安全系數(shù)KLS應(yīng)必須與以下公式相符

這一公式中:yw主要代表的是地下水重度，其公式符號為kN/m3;hw主要代表的是墻后地下水位埋深，其公式符號為m。

結(jié)果顯示，KLS=2．2≥2．0，基坑底流砂的穩(wěn)定性符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

綜上所述，青島地鐵麥島站在施工過程中的條件相對獨(dú)立，麥島站的深基坑支護(hù)等級為一級，應(yīng)當(dāng)綜合考慮防水與支護(hù)，邊幫支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)選取預(yù)應(yīng)力錨桿加鉆孔灌注樁，編班滲透、加固處理應(yīng)當(dāng)選用高壓注漿與高壓旋噴方式，能夠達(dá)到顯著的施工效果。

［1］麻鳳海，張維來，呂培印．地鐵車站深基坑開挖對土體影響的數(shù)值模擬［J］．遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012(03)．

［2］王曉楠，王建良．深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形研究進(jìn)展［J］．科學(xué)技術(shù)與工程，2012(21)．

［3］陳太紅，王明洋，解東升，等．地鐵車站基坑工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)識別與預(yù)控［J］．防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2008(03)．