某地鐵附屬基坑工法選取研究

黃　琴

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司城地院，湖北 武漢　430000)

0　引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)大中型城市的發(fā)展，傳統(tǒng)的交通工具難以有效的滿足人們?nèi)粘５某鲂行枨?，城市軌道交通的蓬勃發(fā)展成為必然的趨勢(shì)。目前，地鐵車(chē)站的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)也已十分成熟，如何結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，從安全性、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)性等方面優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，獲得最合理的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，具有十分重要的意義。

本文結(jié)合某城市地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)前期的設(shè)計(jì)工作，對(duì)附屬?lài)o(hù)結(jié)構(gòu)選型方案進(jìn)行對(duì)比分析，以期獲得最合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，供類(lèi)似工程設(shè)計(jì)工作者及科研人員參考。

1　工程概況

該地鐵車(chē)站位于兩條道路交叉口，車(chē)站沿主路東西向布置。車(chē)站為地下2層島式車(chē)站，車(chē)站頂板覆土深度約3 m。車(chē)站共設(shè)4個(gè)出入口、2組風(fēng)亭(其中2個(gè)出入口分別與2個(gè)風(fēng)亭合建)，附屬基坑開(kāi)挖深度約9.85 m。

2　地質(zhì)資料

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，車(chē)站所處地域按成因?yàn)闆_湖積低平水網(wǎng)平原地貌，60 m以淺土層為第四系全新世至早更新世沉積的疏松沉積物，以黏性土為主，間夾砂性土，各土層的物理力學(xué)見(jiàn)表1。

表1　各地層主要物理力學(xué)性質(zhì)表

本車(chē)站所處站位于②y淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層深厚且土質(zhì)較差，附屬基坑坑底均位于②y層，本次設(shè)計(jì)中對(duì)于坑底位于②y淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的區(qū)域，均采用三軸攪拌樁抽條加固，加固區(qū)域?yàn)榭拥滓韵? m。

3　水文資料

本車(chē)站所處位置承壓水層與微承壓水層相互貫通，附屬結(jié)構(gòu)底板處于微承壓水層中或者距離微承壓水層很近。

4　工法比選

基坑圍護(hù)方案的選擇應(yīng)在確?；庸こ贪踩耘c變形控制要求的前提下，盡可能的降低基坑工程造價(jià)。在本次基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)中，根據(jù)場(chǎng)地條件、土層地質(zhì)條件、圍護(hù)方案造價(jià)、現(xiàn)有工程技術(shù)水平，對(duì)2個(gè)出入口不同圍護(hù)方案進(jìn)行比選，初步擬定的基坑圍護(hù)方案有：850@600 SMW工法、800@1 000灌注樁+850@600三軸攪拌樁止水帷幕、600厚地墻。

4.1　1號(hào)出入口方案比選

1)基坑周邊環(huán)境：基坑寬約11 m～15 m，長(zhǎng)約35 m；最近處距離市民活動(dòng)中心6.15 m；市民活動(dòng)中心為地上5層建筑群，地下人防2層，采用筏板基礎(chǔ)；

2)基坑支撐系統(tǒng)：基坑深度約8.495 m，支撐系統(tǒng)采用混凝土支撐+鋼支撐；

3)三種工法計(jì)算結(jié)果、經(jīng)濟(jì)比選:不同工法的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由于墻底埋深相同，土質(zhì)條件相同，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)構(gòu)基本一致，根據(jù)計(jì)算，圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果為：整體穩(wěn)定性1.91；墻底抗隆起5.03；坑底抗隆起2.01；抗傾覆2.17。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，計(jì)算結(jié)構(gòu)能夠滿足基坑穩(wěn)定性要求。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2　圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表面，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度、基坑開(kāi)挖深度相同的情況下，密插的SMW工法所產(chǎn)生的墻體位移和彎矩均較小，灌注樁、地連墻圍護(hù)所產(chǎn)生的墻體位移和彎矩相差不大。

不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的差異費(fèi)用對(duì)比如表3～表5所示。

表3　方案一造價(jià)計(jì)算表

綜上所述，對(duì)于以上3種施工工法，單從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，密插的SMW工法在產(chǎn)生墻體位移和彎矩以及經(jīng)濟(jì)性方面均有優(yōu)勢(shì)，灌注樁、地連墻墻體位移和彎矩均能滿足設(shè)計(jì)要求，且灌注樁較密插的SMW工法造價(jià)整體增加不大。

表4　方案二造價(jià)計(jì)算表

表5　方案三造價(jià)計(jì)算表

根據(jù)地勘提供的鉆孔揭示，基坑坑底位于②y淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，且②y層層厚約12 m，地質(zhì)較差；而SMW工法圍護(hù)墻在土體壓力作用下的變形則以局部彎曲變形為主，整個(gè)圍護(hù)墻沿深度成S形變化；考慮到工法樁在淤泥層成樁效果不好，從結(jié)構(gòu)安全性角度考慮，選用800@1 000灌注樁+850@600三軸攪拌樁止水帷幕圍護(hù)。

4.2　3號(hào)出入口方案比選

1)基坑周邊環(huán)境：基坑寬約7.83 m～12.25 m，長(zhǎng)約56 m；最近處距離中國(guó)銀行4.64 m，中國(guó)銀行支行為主樓9層～13層，裙樓1層～2層,采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)；

2)基坑支撐系統(tǒng)：基坑深度約9.415 m，支撐系統(tǒng)采用混凝土支撐+鋼支撐；基坑抗突涌不滿足要求，需降微承壓水水頭約6.5 m；

3)三種工法計(jì)算結(jié)果、經(jīng)濟(jì)比選:不同工法的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由于墻底埋深相同，土質(zhì)條件相同，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)構(gòu)基本一致，根據(jù)計(jì)算，圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果為：整體穩(wěn)定性1.81；墻底抗隆起5.92；坑底抗隆起2.03；抗傾覆1.30。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，計(jì)算結(jié)構(gòu)能夠滿足基坑穩(wěn)定性要求。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6　圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度、基坑開(kāi)挖深度相同的情況下，密插的SMW工法所產(chǎn)生的墻體位移和彎矩均較大，灌注樁、地連墻圍護(hù)所產(chǎn)生的墻體位移和彎矩相差不大。

不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的差異費(fèi)用計(jì)算同表3～表5，得出3號(hào)出入口密插的SMW工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)總造價(jià)172.95萬(wàn)元；800@1 000灌注樁+850@600三軸攪拌樁止水帷幕總造價(jià)172.95萬(wàn)元；600厚地墻總造價(jià)172.95萬(wàn)元。

綜上所述，對(duì)于以上3種施工工法，單從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，密插的SMW工法所產(chǎn)生墻體位移和彎矩較大，灌注樁、地連墻墻體位移和彎矩有明顯的優(yōu)勢(shì)，密插的SMW工法、灌注樁、地連墻圍護(hù)造價(jià)逐步遞增。

考慮到基坑邊緣距離中國(guó)銀行距離很近，施工場(chǎng)地狹小，三軸攪拌樁成樁困難，而地連墻剛度大，基坑整體性好，對(duì)周邊環(huán)境影響小，綜合考慮選用600厚地連墻。

5　結(jié)語(yǔ)

1)在本次附屬?lài)o(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可考慮采用的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括3種：850@600 SMW工法、800@1 000灌注樁+850@600三軸攪拌樁止水帷幕、600厚地墻。

2)對(duì)于以上3種施工工法，SMW工法施工強(qiáng)度大、止水性好，且內(nèi)插的型鋼可拔出反復(fù)使用、經(jīng)濟(jì)性好，對(duì)于地質(zhì)條件良好、周邊環(huán)境影響小的附屬基坑可優(yōu)先選用。

3)在本次基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地質(zhì)、水文條件均不利，且3號(hào)出入口周邊環(huán)境受限制，在綜合考慮各種工法的優(yōu)缺點(diǎn)后，有針對(duì)性的選擇適宜工法，是值得類(lèi)似工程借鑒的。

4)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的造價(jià)以SMW工法、鉆孔樁加攪拌樁止水、地下連續(xù)墻的順序逐步遞增，而且增幅越來(lái)越大；對(duì)于10 m左右的附屬結(jié)構(gòu)優(yōu)先選用SMW工法，但要結(jié)合基坑周邊具體情況進(jìn)行分析，通過(guò)軟件計(jì)算、造價(jià)比選來(lái)確定最終方案，在總體造價(jià)增加不多的情況下，優(yōu)先選擇對(duì)基坑安全更有利的方案。