鄭州綜合交通樞紐地下空間基坑支護(hù)工程方案設(shè)計(jì)

徐慶和，黃中磊，曲瑞龍，崔國俊，琚波

（1.河南省鄭州新區(qū)建設(shè)投資有限公司 河南 鄭州 450000）

（2.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津 300743）

（3.中建八局第二建設(shè)有限公司 山東 濟(jì)南 250022）

1 工程背景

鄭州綜合交通樞紐東部核心區(qū)地下空間綜合利用工程項(xiàng)目位于鄭東新區(qū)東南部，為七里河南路、圃田西路、商鼎路、博學(xué)路圍合區(qū)域。地塊長約950m，寬約1 000m。工程西接?xùn)|站東廣場，東連規(guī)劃360m 塔樓、蓮湖景區(qū)；地鐵一號線貫穿通過，并設(shè)博學(xué)路站。地面道路、地下環(huán)路環(huán)繞主體，形成立體交通網(wǎng)絡(luò)。

本項(xiàng)目包括地上部分和地下部分，地上部分為人行步道橋、景觀公園、附屬設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)備用房；地下部分為地下一層附屬設(shè)施及商業(yè)用房，地下二、三層地下車庫。本項(xiàng)目地下三層空間及地上建筑物采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地下一層層高5.9m，地下二層層高5.3m，地下三層層高為4.2m，基坑開挖深度約14.40～17.40m。

圖1 鄭州綜合交通樞紐地下空間項(xiàng)目

2 工程建設(shè)條件

2.1 場地工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)地層結(jié)構(gòu)主要由人工堆填土（Q4ml）、壓實(shí)填土（Q4ml）、全新統(tǒng)（Q4）沖洪積層以及上更新統(tǒng)（Q3）沖洪積層組成，全新統(tǒng)地層結(jié)構(gòu)主要為粉土、粉砂以及粉質(zhì)黏土；上更新統(tǒng)地層結(jié)構(gòu)主要為粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、中砂組成。

2.2 場地堆土

擬建圃田西路、七里河南路，博學(xué)路以及商鼎路環(huán)繞區(qū)目前為鄭東新區(qū)綜合交通樞紐地下道路工程施工區(qū)域，已經(jīng)全封閉，商鼎路、七里河南路東段以及博學(xué)路已經(jīng)全道路封閉。主隧道箱體已成，原隧道采用放坡開挖，目前已回填。在1 號線一期工程新鄭州站-博學(xué)路站區(qū)間已建隧道兩側(cè)有大量推土，主要堆土集中在C 基坑靠近隧道一側(cè)。

2.3 場地周圍主要構(gòu)筑物

鄭東新區(qū)綜合交通樞紐區(qū)地下道路工程位于鄭東新區(qū)綜合交通樞紐區(qū)核心區(qū)東廣場，定位為其他區(qū)域與核心區(qū)地下停車設(shè)施的快捷聯(lián)系通道，兼服務(wù)于鄭州東站樞紐。服務(wù)對象以周邊商務(wù)、辦公、購物出行車輛為主，兼供通往商業(yè)的輕型貨車。本項(xiàng)目的建設(shè)將減少核心區(qū)地面車輛，營造潔凈的地面環(huán)境，形成綠地、景觀有機(jī)結(jié)合、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、功能完善、空間靈活的一體化空間。

地下道路工程是本項(xiàng)目交通專業(yè)的主要骨骼和神經(jīng)，其主要作用是溝通周圍地面道路與地下空間項(xiàng)目交通專業(yè)的聯(lián)系。地下環(huán)路的主隧道結(jié)構(gòu)緊鄰本項(xiàng)目施工。

2.4 本項(xiàng)目與地鐵一號線相對關(guān)系

該項(xiàng)目工程范圍內(nèi)有鄭州地鐵一號線橫貫東西，新博區(qū)間為西起鄭州東站，東至博學(xué)路車站，左線全長838.994m，右線全長838.960m，采用明挖+盾構(gòu)的施工方法。博體區(qū)間線路從博學(xué)路站出發(fā)至體育中心站，左線全長2 190.831m，右線全長2 212.110m，全區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。車站采用明挖法施工。

圖2 地下道路工程與本項(xiàng)目關(guān)系

圖3 鄭州地鐵一號線與本項(xiàng)目關(guān)系

2.5 地下水位相關(guān)情況

根據(jù)基坑監(jiān)測單位提供的地下水位數(shù)據(jù)，地下水位AC 坑約為70.17m，BD 坑左側(cè)水位高約為70.72，右側(cè)約為71.54m，AC 基坑區(qū)域地下水位大部分離隧道底約3.86m，博學(xué)路站附近離結(jié)構(gòu)底約0.82m，博體區(qū)間隧道縱坡較大，從水位觀測數(shù)據(jù)來看，同期地下水位變化量不大，地下水位上浮0.5～1m 左右。

3 基坑工程設(shè)計(jì)方案

3.1 鉆孔灌注樁+兩道水平支撐基坑支護(hù)方案

綜合分析周圍設(shè)計(jì)施工條件，為方便基坑開挖，結(jié)合基坑的形狀，采取的基坑方案1 為鉆孔灌注樁+兩道水平支撐控制基坑開挖期間的變形，采用三軸攪拌樁帷幕止水，防止坑外水位下降，引起地面沉降。為方便基坑開挖，結(jié)合基坑的形狀，對8 個基坑總體采用角撐+對撐的形式。

3.1.1 水平支撐體系

本方案中，支撐采用對撐結(jié)合角撐。采用該種支撐形式，可以在局部達(dá)到換撐條件的情況下，進(jìn)行局部支撐的拆除，加快施工工期。

3.1.2 豎向支承系統(tǒng)

方案采用臨時鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁作為基坑開挖階段水平支撐體系的豎向支承構(gòu)件。臨時鋼立柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的4L160×16 型鋼格構(gòu)柱，其截面尺寸為460×460mm，鋼材型號為Q345B，立柱插入作為立柱樁的鉆孔灌注樁中。擬增打樁徑Φ700 的鉆孔灌注樁作為立柱樁，增打的鉆孔灌注樁樁長擬定為20m，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30。立柱和立柱樁定位偏差不大于20mm，鋼立柱垂直度不大于1/200，立柱在穿越底板的范圍內(nèi)需設(shè)置止水片。

圖4 基坑支護(hù)方案1

3.2 地連墻+水平撐的支護(hù)方案

綜合分析項(xiàng)目的特點(diǎn)，本工程場地土以粉土、粉質(zhì)黏土等組成。該工程項(xiàng)目為全部地下結(jié)構(gòu)，對于支護(hù)系統(tǒng)為考慮采用地連墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于支護(hù)和后期結(jié)構(gòu)外墻，及兩墻合一的結(jié)構(gòu)形式，節(jié)省工程造價，通過相關(guān)計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算并綜合比選，建議遠(yuǎn)離地鐵一側(cè)采用放坡+水平撐的支護(hù)形式?？拷罔F一側(cè)由于只有一層地下結(jié)構(gòu)，推薦采用鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)[2]。

該支護(hù)項(xiàng)目中，A～D 基坑均采用淺層放坡卸土+地連墻結(jié)合一道水平支撐的順作法支護(hù)形式。B3、D3 基坑較淺，采用放坡結(jié)合地連墻懸臂支護(hù)。A～D 基坑靠地鐵隧道一側(cè)一層地下室外擴(kuò)，A～D 基坑靠隧道一側(cè)淺層采用懸臂鉆孔灌注樁支護(hù)。

3.2.1 水平支撐體系

本方案中，支撐采用對撐結(jié)合角撐。采用該種支撐形式，可以在局部達(dá)到換撐條件的情況下，進(jìn)行局部支撐的拆除，加快施工工期，鋼筋混凝土水平支撐具體情況詳見附圖。

圖5 遠(yuǎn)離地鐵側(cè)基坑支護(hù)方案

圖6 靠近地鐵側(cè)基坑支護(hù)方案

圖7 地連墻+水平撐支護(hù)（局部）

3.2.2 豎向支承系統(tǒng)

方案采用臨時鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁作為基坑開挖階段水平支撐體系的豎向支承構(gòu)件。臨時鋼立柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的4L125×12 型鋼格構(gòu)柱，其截面尺寸為400×400mm，鋼材型號為Q345B，立柱插入作為立柱樁的鉆孔灌注樁中。擬增打樁徑Φ700 的鉆孔灌注樁作為立柱樁，增打的鉆孔灌注樁樁長擬定為15m，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30。立柱和立柱樁定位偏差不大于20mm，鋼立柱垂直度不大于1/200，立柱在穿越底板的范圍內(nèi)需設(shè)置止水片。

3.2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)

A～D 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)普遍采用800mm 厚地下連續(xù)墻兩墻合一，墻底進(jìn)入不透水層，連續(xù)墻采用剛性接頭。

地連墻與樓板連接采用地連墻預(yù)留鋼筋，通過與邊梁連接與樓板進(jìn)行結(jié)合的方式。

圖8 地連墻與底板連接

3.3 支護(hù)方案分析比選

地下連續(xù)墻支護(hù)系統(tǒng)主要是通過成槽機(jī)挖槽。形成一條狹長的深槽，然后吊裝鋼筋籠并灌注混凝土。該支護(hù)體系整體性好，剛度大，抗?jié)B性能好。施工影響小，被廣泛應(yīng)用于深基坑工程項(xiàng)目，其缺點(diǎn)是建設(shè)成本較高，但該工程方案采用地連墻+水平撐的支護(hù)形式，水平支撐采用一層撐，地連墻作為支護(hù)和結(jié)構(gòu)墻兩墻合一用，綜合考慮降低了工程造價[3]，并且施工交叉較少，由于少一層水平支撐，施工速度較快。

4 結(jié)語

對于現(xiàn)有深基坑項(xiàng)目而言，常規(guī)的支護(hù)方式有多種，依托鄭州綜合交通樞紐東部核心區(qū)地下空間綜合利用工程深基坑項(xiàng)目，從造價、施工難度和可行性等實(shí)際操作層面出發(fā)以綜合比選深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。通過分析工程地質(zhì)條件，周圍地下道路情況，以及該工程項(xiàng)目與地鐵一號線的相對關(guān)系?？刹捎萌S攪拌樁+支護(hù)樁+兩層水平撐和淺層放坡卸土+地連墻+一層水平撐支護(hù)方案，綜合各方面因素，優(yōu)先選用淺層放坡卸土+地連墻+一層水平撐支護(hù)方案，該方案安全合理，經(jīng)濟(jì)性高，經(jīng)過相關(guān)計(jì)算分析及論證，證明該支護(hù)方案在深基坑工程的開挖過程中，支護(hù)體系安全可靠，地下道路變形在安全控制范圍，軌道交通一號線相關(guān)變形參數(shù)在允許范圍內(nèi)。證明該支護(hù)方案安全有效。

建議的后續(xù)施工單位采取的必要措施：

制定詳細(xì)的基坑開挖方案，建議采用分層分塊開挖。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案比選

加強(qiáng)隧道監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整基坑開挖順序，靠近地鐵一側(cè)土體最后開挖。

地下室結(jié)構(gòu)根據(jù)開挖情況分段施工，完成一段基坑，施工一段結(jié)構(gòu)，不留涼槽時間。