低凈空條件下深基坑支護設(shè)計

陳 鵬

（中鐵上海設(shè)計院集團有限公司天津分院 天津市 300073）

1 工程概況

三間房車輛段出入段線區(qū)間東接西二環(huán)路站，西接三間房車輛基地。起止點里程為左（右）線：SJFDc（r）K0+035.060～SJFDc（r）K1+500.000，出入段線線路采用V形坡，最大坡度為34‰，線路長1464.940m。區(qū)間采用兩端明挖法+中間盾構(gòu)法施工。

西二環(huán)處明挖區(qū)間為四線并行明挖區(qū)間，出入段線左右線位于內(nèi)側(cè)，正線左右線位于外側(cè)。明挖區(qū)間位于西二環(huán)路站西側(cè)，下穿西二環(huán)鄂爾多斯立交橋，西二環(huán)規(guī)劃紅線寬度70m，目前已實現(xiàn)規(guī)劃。下穿處鄂爾多斯立交橋為3跨連續(xù)鋼箱梁，下穿處橋跨55m，橋面寬度30m，橋梁基礎(chǔ)采用樁基，樁長50m，樁徑1.5m，橋下凈空約6m，區(qū)間結(jié)構(gòu)外皮與橋樁最小凈距約5m。明挖區(qū)間采用地下兩層箱體框架的結(jié)構(gòu)形式。明挖區(qū)間段寬度約20.12～37.88m，結(jié)構(gòu)底板埋深約17.66～22.30m。

圖1 三間房車輛段出入段線明挖區(qū)間與鄂爾多斯立交橋關(guān)系圖

圖2 鄂爾多斯立交橋現(xiàn)狀圖

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

雜填土①1層：雜色，松散～稍密，稍濕，以黏性土、粉土、砂為主，含少量混凝土塊、磚塊、碎石及建筑、生活垃圾等，連續(xù)分布，層厚為0.7～5.7m，層底標(biāo)高為 1043.70～1048.85m。

素填土①2層：黃褐色，松散～稍密，稍濕，以粉土、砂土為主，土質(zhì)不均，含少量磚屑，連續(xù)分布層厚為0.9～3.7m，層底標(biāo)高為1043.13～1046.85m。

粉質(zhì)黏土③2層：黃褐色，可塑，含鐵、錳氧化物，局部夾粉土薄層，可見小孔隙，斷面粗糙，中等壓縮性，連續(xù)分布，層厚為0.8～7.0m，層底標(biāo)高為 1027.32～1035.71m。

粉土③3層：褐黃色，含鐵錳氧化物和云母片，無搖振反應(yīng)，可見小孔，孔隙比e=0.590，為密實狀態(tài)，稍濕，中等壓縮性，透鏡體分布，層厚為0.3～3.8m，層底標(biāo)高為 1031.10～1045.54m。

細(xì)砂③5層：黃褐色，以長石、石英為主，顆粒均勻，級配一般，N=34，密實，飽和，中等壓縮性，連續(xù)分布，層厚為0.8～10.6m，層底標(biāo)高為1023.60～1035.83m。

中砂③6層：褐黃色，主要成分為石英、長石、云母，顆粒不均，級配一般，N=35，密實，飽和，低壓縮性，局部分布，層厚為1.7～8.6m，層底標(biāo)高為1029.26～1043.71m。

圓礫③9層：雜色，密實，飽和，一般粒徑6～35mm，最大粒徑不小于110mm，粒徑大于2mm的顆粒占總質(zhì)量的55%，中砂、粗砂及黏性土充填，連續(xù)分布，層厚為0.6～9.8m，層底標(biāo)高為1034.76～1044.01m。

卵石③10層：雜色，密實，飽和，一般粒徑25～85mm，最大粒徑不小于150mm，粒徑大于20mm的顆粒占總質(zhì)量的52%，中砂、粗砂及黏性土充填，透鏡體分布，偶夾黏土夾層，層厚為7.5～7.6m，層底標(biāo)高為1035.57～1036.41m。

黏土④1層：灰色～灰黑色，可塑，含鐵錳氧化物和少量姜石，含有機質(zhì)，局部夾粉土薄層，可見小孔隙，斷面粗糙，中等壓縮性，透鏡體分布，層厚為1.2～2.0m，層底標(biāo)高為1013.69～1019.51m。

粉質(zhì)黏土④2層：灰色～灰黑色，可塑，含鐵、錳氧化物和少量姜石，含有機質(zhì)，有機質(zhì)含量約8.0%，局部夾粉土薄層，可見小孔隙，斷面粗糙，中等壓縮性，連續(xù)分布，層厚為10.0～26.7m，層底標(biāo)高為994.41～1013.57m。

粉土④3層：灰色～灰黑色，含鐵錳氧化物和云母片，少量姜石，無搖振反應(yīng)，可見小孔，含有機質(zhì)，孔隙比e=0.534，為密實狀態(tài)，稍濕，中等壓縮性，透鏡體分布，層厚為0.9～5.2m，層底標(biāo)高為1006.10～1009.85m。

細(xì)砂④5層：灰色，以長石、石英為主，顆粒均勻，級配一般，N=44，密實，飽和，中等壓縮性，連續(xù)分布，層厚為3.0～12.7m，層底標(biāo)高為1005.32～1025.01m。

2.2 水文地質(zhì)

本次勘察鉆孔最大深度55m，在勘察深度范圍內(nèi)，經(jīng)現(xiàn)場實測，本場地賦存一層地下水，地下水類型為潛水（二）。本次勘察未見上層滯水，但由于大氣降水、管道滲漏等原因，擬建區(qū)間場地內(nèi)不排除局部存在上層滯水的可能性?，F(xiàn)狀地下水位深度約12m。

3 設(shè)計方案

3.1 圍護結(jié)構(gòu)形式的選擇

明挖區(qū)間下穿鄂爾多斯立交橋處，橋下凈空約6m，屬于低凈空條件。根據(jù)呼和浩特市地下水保護要求，限制抽取地下水，故本明挖區(qū)間需采用止水方案。根據(jù)工程經(jīng)驗，圍護結(jié)構(gòu)主要有鉆孔咬合樁和地下連續(xù)墻兩種方案，鉆孔咬合樁具有低凈空條件下施工難度相對小，施工工期相對較短，投資相對較小的特點，同時具有施工精度較低，樁與樁之間咬合效果難以保證的缺點，難以保證止水效果；地下連續(xù)墻具有整體剛度大，可有效約束基坑周邊變形，對鄂爾多斯立交橋起到較好的保護作用，且地連墻接頭較少，止水效果較好，但是低凈空條件下施工難度大，成槽設(shè)備需要特殊改造，鋼筋籠需要分節(jié)吊裝，投資相對較大。

本明挖區(qū)間工期滿足要求，為了保證基坑本身及鄂爾多斯立交橋的安全，經(jīng)綜合分析，本區(qū)間采用地連墻圍護結(jié)構(gòu)。

3.2 詳細(xì)設(shè)計方案

3.2.1 設(shè)計原則及標(biāo)準(zhǔn)

（1）在基坑工程設(shè)計中，要堅持保證支護體系安全可靠、保護環(huán)境、方便施工和經(jīng)濟性的原則。

（2）基坑支護設(shè)計、施工與基坑開挖，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境要求、主體地下結(jié)構(gòu)要求、施工季節(jié)變化及支護結(jié)構(gòu)使用期等因素，因地制宜、合理選型、優(yōu)化設(shè)計、精心施工、嚴(yán)格監(jiān)控。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)嚴(yán)格控制基坑開挖施工中引起的地面沉降量。應(yīng)對由于土體位移可能引起的周圍建筑、構(gòu)筑物、地下管線產(chǎn)生的危害加以預(yù)測，并提出安全、經(jīng)濟、技術(shù)合理的基坑支護措施。

（4）基坑支護應(yīng)滿足下列功能要求：

①保證基坑周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線、道路的安全和正常使用；

②保證主體地下結(jié)構(gòu)的施工空間。

（5）支護結(jié)構(gòu)布置應(yīng)滿足建筑、車輛、設(shè)備等限界的要求，并按規(guī)范允許的結(jié)構(gòu)受力變形、施工誤差等要求進行放線施作。

（6）基坑支護結(jié)構(gòu)采用以分項系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計法設(shè)計。

（7）支護結(jié)構(gòu)在施工期間考慮其承載能力及變形對基坑安全和周邊環(huán)境的影響。

（8）基坑內(nèi)支撐體系的整體設(shè)計使用期限為24個月，連續(xù)墻與抗浮梁為永久結(jié)構(gòu)。

（9）支護結(jié)構(gòu)安全等級為一級，基坑支護結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)γ/0=1.1。

（10）支護結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足基坑穩(wěn)定要求：不產(chǎn)生傾覆、滑移和局部失穩(wěn)；基坑底部不產(chǎn)生隆起、管涌；支撐系統(tǒng)不失穩(wěn)。

（11）結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)按最不利情況進行抗浮穩(wěn)定驗算，在不考慮側(cè)壁摩擦阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.05，當(dāng)計及側(cè)壁摩阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.15，當(dāng)結(jié)構(gòu)抗浮不能滿足要求時，應(yīng)采取相應(yīng)的工程措施。

（12）基坑周邊超載：標(biāo)準(zhǔn)段為20kPa，盾構(gòu)段為30kPa。

3.2.2 設(shè)計方案

沿基坑豎向布3道支撐，第一道采用800×1000mm鋼筋混凝土支撐，混凝土支撐最大水平間距9.0m；第二、三道支撐采用800×16鋼管內(nèi)支撐，鋼支撐平向間距3m，并在鄂爾多斯立交橋下適當(dāng)加密。墻頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，冠梁截面b×h=1.6m×1.0m，第一道支撐撐在冠梁上，如圖3所示。

3.3 施工技術(shù)要求

（1）施工前必須對周邊環(huán)境條件及基礎(chǔ)資料進行進一步摸排、核實，并根據(jù)實際情況對施工風(fēng)險進行預(yù)估，如有必要需進行專題研究解決。

（2）施工前需仔細(xì)閱讀本區(qū)間詳勘報告，并需在施工過程中與實際地質(zhì)情況進行核對，如有不一致，應(yīng)及時通知勘察及設(shè)計單位。

（3）施工前，施工方需對根據(jù)本區(qū)間風(fēng)險源等級劃分，制定有針對性的施工方案及應(yīng)急預(yù)案。

圖3 圍護結(jié)構(gòu)平剖面圖

（4）本區(qū)間明挖段支護結(jié)構(gòu)采用連續(xù)墻+內(nèi)支撐+坑內(nèi)疏干降水的形式，支護結(jié)構(gòu)施工中地下水位降至基底1.0m?；舆吘壴O(shè)置鐵質(zhì)防護欄桿；距離基坑邊緣2m范圍內(nèi)，不得堆載；1倍基坑深度范圍內(nèi)堆載不得超過20kPa。

（5）基坑開挖到底后，必須嚴(yán)格執(zhí)行驗槽制度，核實基底標(biāo)高，防止超挖；核實基底土層并做釬探試驗，確保地基承載力滿足要求；避免施工擾動土體或基底土泡水；此外，接地工程完成后，需經(jīng)相關(guān)專業(yè)人員確認(rèn)滿足要求后，方能進行下一步澆筑墊層施工。

（6）鄂爾多斯立交橋下凈空較低，圍護結(jié)構(gòu)施工時應(yīng)采用合理的施工工藝，確保地連墻成槽質(zhì)量及鋼筋籠的整體性，以確保施工安全。