地鐵圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

喻青儒+宋虎

摘 要：地鐵圍護結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段，圍護結(jié)構(gòu)的形式往往取決于地質(zhì)情況、安全風(fēng)險、經(jīng)濟合理、工期可靠以及可實施性來進行考慮。為保證地鐵圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工的科學(xué)合理、經(jīng)濟可靠，在設(shè)計或施工階段進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是有必要的。

關(guān)鍵詞：圍護結(jié)構(gòu)；地連墻；鉆孔灌注樁

中圖分類號：S611 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0096-03

地鐵車站是一條地鐵線路最為重要的組成部分，合理的設(shè)計往往會對施工安全和社會效益提供比較直觀的效果。一個地區(qū)周邊環(huán)境的復(fù)雜性、施工的經(jīng)濟合理性以及基坑安全性等因素決定了地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式。國內(nèi)地鐵圍護結(jié)構(gòu)的形式有許多種，主要形式有放坡支護、地連墻、鉆孔灌注樁、SMW工法墻、咬合樁等形式，隨著工程建設(shè)水平的不斷發(fā)展以及安全要求越來越高，圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性能也越來越高。

基坑的圍護結(jié)構(gòu)主要承受基坑開挖卸荷所產(chǎn)生的土壓力和水壓力，并將此壓力傳遞給支撐，是穩(wěn)定基坑的一種擋墻結(jié)構(gòu)。在設(shè)計階段，圍護結(jié)構(gòu)的形式往往取決于地質(zhì)情況、安全風(fēng)險等級、經(jīng)濟合理、工期可靠以及可實施性來進行考慮。

本文以佛山軌道交通2號線其中一個車站為實例，主要探討研究地鐵圍護結(jié)構(gòu)幾種主要形式比對的相關(guān)內(nèi)容，總結(jié)該車站在優(yōu)化設(shè)計方面的經(jīng)驗，并為今后同類型地質(zhì)條件及相似外部因素的情況下提供一定的參考與借鑒。

1 工程概況

本文選取佛山地鐵2號線石灣站圍護結(jié)構(gòu)作為研究對象，該車站位于佛山市禪城區(qū)石灣公園旁，車站為兩層島式結(jié)構(gòu)，總長度為329.788m，基坑深度約為16.1m～18.8m。根據(jù)地質(zhì)勘探揭示該處的原始地貌為丘陵地段，站址部分位于低矮山丘，部分區(qū)域基巖較高（如圖1）。

本站點地質(zhì)從上至下主要為人工填土、粉砂（部分軟土）、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖等。站址地下水類型主要是第四系松散層空隙水和基巖裂隙水，地下水位較高，受佛山地區(qū)降雨量影響，補充水系發(fā)達，尤其是雨季降水量對地層含水量影響較大。

2 圍護結(jié)構(gòu)比選

2.1 方案初步選擇（如表1）

根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-2012規(guī)定及廣東省相關(guān)技術(shù)要求，本車站基坑變形控制保護等級為一級。一級基坑支護結(jié)構(gòu)一般采用：地下連續(xù)墻、人工挖孔樁、鉆孔灌注樁等。支護結(jié)構(gòu)的選擇主要取決于車站所處站位、周圍環(huán)境、地下管線及地質(zhì)條件。

綜合考慮車站基坑規(guī)模、所處環(huán)境、地質(zhì)及水文條件、施工安全，本站擬采用地下連續(xù)墻作為車站圍護結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻止水效果好，整體性好，有利于周邊建筑物安全及控制地面沉降。然而，中風(fēng)化巖層中地連墻施工成孔效率低下，考慮投資和工期籌劃等因素，將對本站采用鉆孔灌注樁+旋噴樁止水作為車站圍護結(jié)構(gòu)進行進一步比選。

2.2 優(yōu)化方案設(shè)計

根據(jù)地連墻及圍護樁兩種優(yōu)化方向的選擇，在安全、經(jīng)濟及工效等方面進行分析，得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)來進行圍護結(jié)構(gòu)施工圖的優(yōu)化工作，并指導(dǎo)現(xiàn)場的施工。

方案一設(shè)計情況概述：

第一種方案為地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計地連墻厚度為標(biāo)準(zhǔn)0.8m，標(biāo)準(zhǔn)幅寬度為6m，墻體材料為C30水下混凝土。圍護結(jié)構(gòu)嵌固深度為0.2H（H為基坑深度），冠梁尺寸為0.8m×0.8m，支撐為1道砼支撐+2道鋼支撐。

方案二設(shè)計情況概述（比選方案）：

第二種方案為旋挖樁（旋噴樁止水帷幕）+內(nèi)支撐的形式，鉆孔樁樁徑為1m，樁間距為1.2m，鉆孔樁材料為C30水下混凝土。樁間旋噴樁采用600@450mm咬合式進行止水，樁底伸入到不透水層為止?；拥闹卧O(shè)計與方案一基本一致。

2.3 方案對比分析

2.3.1 結(jié)構(gòu)安全性能驗算比對

計算的方式方法：（1）計算分析采用荷載-結(jié)構(gòu)模式，模擬施工及回筑階段結(jié)構(gòu)的受力及變形特點。圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力按彈性地基桿系有限元法計算分析，模擬開挖、支撐的實際施工過程。（2）圍護結(jié)構(gòu)采用荷載結(jié)構(gòu)模式，按荷載"增量法"進行計算。（3）圍護結(jié)構(gòu)僅作為臨時基坑支護用。（4）圍護結(jié)構(gòu)滿足整體穩(wěn)定性、抗滑移、抗傾覆、及基底土體的抗隆起和抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算要求。（5）計算分析對象為縱向每延米的連續(xù)墻，并選擇最不利位置（側(cè)土壓最大處）進行計算。

依據(jù)詳細勘察階段巖土工程勘察報告的結(jié)果和參數(shù)，選取標(biāo)準(zhǔn)段對基坑支護相對不利的地勘鉆孔進行計算。（如圖2、圖3）

根據(jù)計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在該種地質(zhì)條件下，地連墻與鉆孔樁在受力及安全穩(wěn)定方面均能滿足車站結(jié)構(gòu)在最不利情況下的施工需求。

2.3.2 止水效果

因該站點臨近周邊建構(gòu)筑物，對地表沉降控制要求非常高，圍護結(jié)構(gòu)的止水效果與地表沉降緊密關(guān)聯(lián)。地連墻形式的圍護結(jié)構(gòu)連接緊密，止水效果較好。鉆孔樁加止水樁的形式止水效果主要依靠樁間的止水效果，在實際施工過程中可能因?qū)Φ刭|(zhì)判斷不準(zhǔn)有可能在夾層位置存在止水效果較差的情況。實際施工過程種，兩種圍護結(jié)構(gòu)形式均有可能出現(xiàn)漏水的情況，但漏水的情況均能夠在后續(xù)土方開挖過程中進行解決，對周邊影響可以減到最小。

2.3.3 工期比較（如表2）

按照以往工程及同類型工程經(jīng)驗，地下連續(xù)墻施工采用“液壓抓斗成槽機+沖擊鉆孔機”組合模式時，針對巖面以上的粉細砂、粘土層，采用液壓抓斗成槽機，成槽速度：0.5幅/天/組；針對<6>、<7>、<8>號全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化巖層，采用沖擊鉆孔機，成槽速度：0.5幅/天。鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆機時，成孔速度：3～4孔/天/機。

2.3.4 造價對比（如表3）

方案一總價：3467.9萬；方案二總價：3240.2萬；方案二造價減少227.7萬。

3 結(jié)語

（1）通過對各種指標(biāo)的對比分析，在該站點地質(zhì)條件總體較好，從安全可靠、經(jīng)濟最優(yōu)以及工效等方面綜合考慮，選擇第二種圍護結(jié)構(gòu)體系更能體現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的理念。（2）該站點圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的成果，在后續(xù)同類型地質(zhì)條件及周邊環(huán)境下的地鐵車站及民用建筑基坑設(shè)計中有可借鑒的意義。（3）不同施工工藝對工效的影響非常大，工效分析應(yīng)根據(jù)實際條件、周邊環(huán)境以及投入的設(shè)備性能綜合進行總結(jié)比對。目前鉆孔樁以及地連墻施工的設(shè)備有多種，對于不同地層選取不同的設(shè)備應(yīng)做充分的論證和分析。（4）圍護結(jié)構(gòu)體系主要是來保證土體的壓力及水土的流失不對基坑及周邊建構(gòu)筑物造成安全方面的影響，優(yōu)化設(shè)計過程中應(yīng)對支撐體系及基坑土體中水的流失進行合理的設(shè)計。（5）投資項目中設(shè)計優(yōu)化工作對節(jié)省投資來說是一項系統(tǒng)的工作，對管理者來說應(yīng)有充分的認識，并促進投資項目的健康發(fā)展。

參考文獻

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