沉入式混凝土套箱在高架車站基坑支護(hù)中的應(yīng)用

李明濤 王會萌 姚文虎

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 陜西西安 710043)

1 前言

沉入式混凝土套箱作為基坑支護(hù)的一種方法，一般在大型橋墩的基坑、污水泵站、大型設(shè)備基礎(chǔ)、人防掩蔽所、盾構(gòu)拼裝井、地下車道與車站水工基礎(chǔ)施工圍護(hù)裝置時使用[1－2]。該方法具有施工設(shè)備簡單、施工工藝方便、防護(hù)效果好、封水容易等特點____[3－4]。

對于淺基坑支護(hù)，放坡開挖施工最為便捷，一般為首選支護(hù)方式[5－7]。但在不同施工環(huán)境和市場環(huán)境下，放坡開挖并非總是最佳選擇，而應(yīng)該進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，選擇安全、經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的支護(hù)方式[8－11]。本文即針對高架車站淺基坑，對比分析不同支護(hù)方案，選出最優(yōu)方案施工，為類似工程中基坑支護(hù)方案的選擇提供參考。

2 項目概況

2.1 位置概況

該車站位置概況如圖1所示，車站位于匯通路和聚霞路十字交叉路口北側(cè)，沿著匯通路路中南北向布置，與遠(yuǎn)期22號線高架車站通過高架通道進(jìn)行換乘，車站形式為路中側(cè)式三層高架站，車站總建筑面積為1.36萬m2，車站主體長度為186 m，車站主體寬度為24.4 m。

圖1 車站位置概況

車站所在現(xiàn)有匯通路紅線為30 m，道路西側(cè)規(guī)劃有10 m寬綠帶，道路東側(cè)規(guī)劃有25 m寬防護(hù)綠帶，東側(cè)為已出讓居住用地，西側(cè)為已投入使用的國際商貿(mào)城。

車站結(jié)構(gòu)采用“橋－建”組合結(jié)構(gòu)體系，如圖2所示，橫向雙柱托站廳四柱的框架結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接采用剛接形式。站臺雨棚擬采用輕鋼結(jié)構(gòu)。

2.2 市政管線概況

市政管線如圖2所示。

圖2 市政管線分布

匯通路由西向東管線情況:

(1)市政電力管線:1 000 mm×1 000 mm，混凝土，埋深約0.6 m，與B軸水平距離約10 m。

(2)給水管:DN300，球墨鑄鐵，埋深約1.8 m，與B軸水平距離約8.75 m。

(3)雨水管:DN1600，混凝土(遷改)，埋深約2.7 m，與B軸水平距離約2.16 m。

(4)污水管:DN700，混凝土(遷改)，埋深約5.7 m，與C軸水平距離約2.65 m。

(5)通信管線:300 mm×500 mm，混凝土，埋深約1.9 m，與C軸水平距離約5.27 m。

(6)給水管:DN300，球墨鑄鐵，埋深約1.7 m，與C軸水平距離約9.84 m。

(7)市政電力管線:1 000 mm×1 000 mm，混凝土，埋深約0.6 m，與C軸水平距離約10.82 m。

2.3 場地土層概況

場地土層分布情況如圖3所示，具體為:

圖3 場地土層分布

(1)1-1雜填土，層厚0.8～2.1 m；

(2)1-2素填土，層厚0.5～2.5 m；

(3)2-2粉質(zhì)黏土，層厚0.5～3.5 m；

(4)2-4細(xì)砂，層厚0.5 m左右；

(5)2-9卵石分為2-9-1松散卵石、2-9-2稍密卵石、2-9-3中密卵石、2-9-4密實卵石四個亞層。

本工程基坑位于人工填土、粉質(zhì)黏土層、細(xì)砂層、2-9-2稍密卵石層。地下水位埋深為4.90～6.90 m。

2.4 基礎(chǔ)概況

基礎(chǔ)采用旋挖鉆孔灌注樁，樁徑1.2 m，墩柱共用承臺，承臺尺寸6 m×13.4 m×2.5 m、8.6 m×13.6 m×2.5 m，承臺頂面距地面高度約為1.1～2.2 m，承臺底標(biāo)高3.6 m、4.7 m。

3 基坑支護(hù)方案對比

結(jié)合基坑開挖深度及現(xiàn)場實際情況，選擇了三種方案進(jìn)行綜合比選，分別為“放坡開挖＋土釘支護(hù)”、“沉入式套箱支護(hù)”和“鋼板樁支護(hù)”。

3.1 施工過程對比

三種基坑支護(hù)方案施工過程對比如圖4所示。與放坡開挖方案相比，套箱支護(hù)方案和鋼板樁支護(hù)方案的工序銜接更加緊密。與鋼板樁支護(hù)方案相比，套箱支護(hù)方案可進(jìn)一步省去承臺支模工序，節(jié)約施工時間。

圖4 施工過程對比

3.2 工程費(fèi)用對比

三種基坑支護(hù)方案的工程費(fèi)用對比見表1，由表可知:(1)對承臺基坑支護(hù)涉及的土石方、支護(hù)等本體工程的造價，套箱支護(hù)方案總造價最低，為120.6萬元，相比放坡開挖方案可節(jié)省投資10萬元；(2)進(jìn)一步考慮道路恢復(fù)工程費(fèi)用后，套箱支護(hù)方案的經(jīng)濟(jì)性更加明顯，相比放坡開挖方案，可節(jié)省投資約100萬元；(3)鋼板樁支護(hù)方案的總費(fèi)用介于其他兩個方案之間。

表1 基坑支護(hù)工程費(fèi)用對比

3.3 其他要素對比

表2給出從對市政管線和道路的影響、工程前期協(xié)調(diào)工作量、工期、施工風(fēng)險等方面進(jìn)行對比分析的結(jié)果，由表可知:(1)相比放坡開挖方案，套箱支護(hù)方案和鋼板樁支護(hù)方案對市政管線和道路的影響小，工程前期協(xié)調(diào)工作量小，且工期短；(2)相比鋼板樁支護(hù)方案，套箱支護(hù)方案對硬土層的適應(yīng)性更好。

表2 基坑支護(hù)工程其他要素的對比

所以，綜合對比分析，最終選擇沉入式套箱支護(hù)方案。

4 沉入式套箱結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

沉入式套箱結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)《沉井與氣壓沉箱施工規(guī)范》(GB/T 51130－2016)[12]、《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)[13]和《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》(CECS 137:2015)[14]，套箱結(jié)構(gòu)安全等級為二級，基坑監(jiān)測等級為三級。

套箱主要承擔(dān)地面堆載、施工車輛荷載、水土壓力荷載?？紤]套箱下沉過程中的土方開挖的影響，側(cè)向土壓力采用主動土壓力；套箱下沉驗算中，淺層土的側(cè)摩阻力相應(yīng)進(jìn)行折減。套箱結(jié)構(gòu)計算包括下沉階段及使用階段驗算，下沉階段主要進(jìn)行下沉驗算、封底計算，使用階段主要進(jìn)行側(cè)壁的受力配筋計算。套箱設(shè)計時的兩個注意點:(1)側(cè)壁厚度根據(jù)下沉、受力和抗浮要求確定，淺基坑工程中，考慮簡化工序，不增加配重，壁厚受下沉需要控制；(2)套箱頂部設(shè)置掛壁，起到鎖口梁、防緩沉、擋水坎的作用。

套箱設(shè)計尺寸為6.7 m×14.1 m×4.1 m、9.4 m×14.4 m×4.2 m和6.8 m×14.2 m×5.3 m，套箱施工完成現(xiàn)場如圖5所示。該方案在保證結(jié)構(gòu)和施工安全性的基礎(chǔ)上，達(dá)到了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 套箱施工完成現(xiàn)場

5 結(jié)論與展望

(1)沉入式套箱土方工程量小、對周邊環(huán)境影響少、節(jié)省工期和造價，適用于狹窄場地施工，在路中高架車站基坑支護(hù)中具有推廣應(yīng)用價值。

(2)淺基坑支護(hù)設(shè)計也應(yīng)對基坑支護(hù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，選擇安全、經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的支護(hù)方案。

(3)沉入式套箱有條件實現(xiàn)工廠加工、現(xiàn)場裝配施工，能夠發(fā)揮裝配式建筑技術(shù)的優(yōu)勢。因此，后續(xù)可進(jìn)一步研究預(yù)制裝配技術(shù)在套箱支護(hù)中的應(yīng)用。