岳新凱

【摘 要】隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的地鐵工程建設(shè)越來越多，為人民的出行以及經(jīng)濟的發(fā)展起到了非常重要的作用。在地鐵工程施工中，基坑支護的主要作用是保證工程開挖的安全性，避免出現(xiàn)不安全事故。而通過對基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，大幅減少了樁基成孔、鋼筋制安、混凝土澆筑等工程量，節(jié)約了工期，同時為基坑土石方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了較為便利的施工條件?；诖?，文章對地鐵車站基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化進行分析，以期能夠提供一個借鑒。

【關(guān)鍵詞】地鐵車站；基坑支護結(jié)構(gòu)；設(shè)計優(yōu)化

1.支護結(jié)構(gòu)體的優(yōu)化設(shè)計作用

（1）對結(jié)構(gòu)體的補強。根據(jù)受力分析和大量工程監(jiān)測資料表明，支護樁樁頂位移、樁身變形以及樁身鋼筋應(yīng)力都是中間樁大，在基坑拐角附近（約l/5基坑邊長處），支護結(jié)構(gòu)受力較小，可以適當(dāng)?shù)臏p小樁長和配筋數(shù)量或采用單排樁與雙排樁混合形式；對于鋼筋籠易控制的人工挖孔樁，可采用單面配筋以減小配筋數(shù)量。

此外，在基坑拐角處設(shè)置斜撐，費用不多，但卻可以大大增加支護結(jié)構(gòu)的整體剛度及穩(wěn)定性，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先考慮。對具體方案的細部進行優(yōu)化計算時，如錨桿或支撐點的位置和層數(shù)、支護樁的樁徑和樁距等均可進行優(yōu)選。

（2）對土體的補強

對于土體的補強，一般情況下是對于被動區(qū)土進行加固。而如果加固深度Hr/H（Hr）被動區(qū)補強體砌入基坑底的深度，H-基坑開挖深度）為015-016時，效果最好。對于深、厚流塑至軟塑粘性土層的深基坑，支護結(jié)構(gòu)體前的主動土壓力非常大；另一方面，在基坑開挖過程中和開挖后，由于土體自重應(yīng)力釋放、土體松弛與儒變以及支護結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)的變形擠壓等方面原因，導(dǎo)致坑底隆起變形和坑底下一定范圍內(nèi)土體強度的降低。為了控制支護結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，減少坑底隆起，降低工程造價，可在基坑開挖前一定時間（加固土體的硬結(jié)時間）內(nèi)，對支護結(jié)構(gòu)被動區(qū)進行加固。加固的形式有格構(gòu)式暗撐、齒形暗扶壁和暗墻、微型樁、高壓注漿等。

2.工程概況

該地鐵車站呈西南至東北走向布置，橫跨花地大道，與I號線西朗站通過換乘通道相接，車站全長386.3m，標準段寬20.7m，基坑深度15.84m，為地下兩層結(jié)構(gòu)。圖1為該車站平面示意圖。工程地質(zhì)巖土性狀及物理力學(xué)指標見表1。

2.1鉆孔灌注樁+鋼支撐支護型式分析

2.1.1力學(xué)計算結(jié)果

地層參數(shù)按表2選取，采用同濟啟明星支護軟件進行計算，計算模型見圖3。鉆孔灌注樁內(nèi)支撐支數(shù)值護型式計算成果見表3。

2.1.2經(jīng)濟分析

見表4。

通過表4分析，樁長是影響造價的主要因素其次是樁的直徑及間距在滿足基坑整體穩(wěn)定性的條件下，Ф800mm@1400mm的鉆孔灌注樁支護型式與Ф1000mm@1800mm的鉆孔灌注樁支護型式，造價基本相仿，而Ф1000mm@1600mm，造價相對偏高，考慮到本線部分車站主體穿越粉細砂層，樁間距較小時可防止砂土流失，暫推薦采用Ф800mm@1400～的鉆孔灌注樁。

2.2鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護型式分析

2.2.1力學(xué)計算結(jié)果

計算結(jié)果見表5。

2.2.2經(jīng)濟分析

針對表6分析，Ф800@mm1400mm的鉆孔灌注樁，豎向設(shè)置4道預(yù)應(yīng)力描索，下插角度為20°時較為經(jīng)濟。

2.3優(yōu)化后的支護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

通過相關(guān)工程類比及結(jié)構(gòu)計算分析，最終確定優(yōu)化后的支護結(jié)構(gòu)由疏排鉆孔灌注樁+三道支撐體系組成?；又ёo標準段采用Ф1000mm@2000mm的疏排鉆孔灌注樁，部分淤泥較深和靠近建筑物的局部地段支護樁采用Ф1000mm@1150mm的疏排鉆孔灌注樁，樁間迎水而樁間采用Ф600mm旋噴樁r.水，背水而樁間噴錨支護，如圖2所示。同時調(diào)整支撐體系，第一道混凝土支撐水平間距由6m調(diào)整為10m，第二、三道鋼支撐水平間距由3m調(diào)整為5m。

2.4鋼管支撐與預(yù)應(yīng)力錨索經(jīng)濟分析

本節(jié)針對同樣深度的基坑在不考慮格構(gòu)柱的施工干擾及后期處理情況下，對樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護型式的單延米造價與樁加內(nèi)支撐支護型式的單延米造價進行對比（錨索采用一次性錨索，考慮到鋼支撐重復(fù)利用，租賃時間按9個月計，基坑寬度大于25m時，架設(shè)臨時立柱），當(dāng)基坑寬度達到33m時，2種支護型式造價才基本相當(dāng)，因此，在不考慮其他相關(guān)施工因素，當(dāng)基坑寬度小于33m時，鋼支撐的支護型式是較為經(jīng)濟的。

2.5基坑開挖

基坑開挖前，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、基坑深度、地質(zhì)條件、氣侯條件、周圍環(huán)境、地面荷載等有關(guān)資料，會同設(shè)計單位共同確定基坑開挖方案和地下水控制施工方案?；娱_挖遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則，以便土方及支護穿插施工?；娱_挖過程中，避免碰撞鋼支撐及圍護樁。

2.6基坑監(jiān)測

在基坑開挖的過程中必須進行監(jiān)測，并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)基坑施工全過程。根據(jù)本基坑支護及周圍環(huán)境的特點，需進行監(jiān)測的項目包括支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測和周圍環(huán)境監(jiān)測。基坑監(jiān)測應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的專業(yè)監(jiān)測單位進行。監(jiān)測單位應(yīng)根據(jù)環(huán)境圖、支護平面圖等布置監(jiān)測點，并經(jīng)設(shè)計單位、監(jiān)理單位同意后方能實施。各監(jiān)測項目在基坑支護施工前應(yīng)測得穩(wěn)定的初始值。各項監(jiān)測工作的時間間隔參照有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。所有監(jiān)測安排以確?；又ёo及周邊環(huán)境安全為宗旨。在圍護結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖期間出現(xiàn)異常情況時，適當(dāng)加密監(jiān)測次數(shù)，并采取有效措施進行控制。各監(jiān)測項目的監(jiān)控報警值取控制值的80%。

2.7支護結(jié)構(gòu)驗算

（1）計算原理支護結(jié)構(gòu)計算基于增量法原理，即采用彈性支點法和極限平衡法模擬基坑開挖和回筑施工過程中各種基本因素對支護結(jié)構(gòu)受力的影響，在分步計算中考慮結(jié)構(gòu)體系受力的連續(xù)性，跟蹤施工全過程逐階段計算。開挖面以下用一組彈簧模擬地層水平抗力，土的水平抗力系數(shù)按K法確定，采用彈性支點法計算。支護結(jié)構(gòu)計算采用“理正深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件”（F-SPW 5.41）。支護結(jié)構(gòu)計算模型見圖3。

（2）主要荷載

1）結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重按25KN/m3計。

2）水土側(cè)壓力：施工階段按朗金主動土壓力進行計算，使用階段按靜止土壓力進行計算。

3）地面超載：標準段按20KN/m3計，盾構(gòu)吊出端按70KN/m3計，A4建筑物位置按60KN/m3計。

（3）巖層、土層設(shè)計計算基本參數(shù)

巖層、土層力學(xué)指標參數(shù)見表2。

該車站基坑標準段深度為15.84m，按一級基坑考慮。根據(jù)勘察資料和設(shè)計規(guī)范要求，基坑以下支護樁嵌固深度確定為：中風(fēng)化層不少于2.5m，微風(fēng)化層不少于1.5m。

（4）計算結(jié)果

設(shè)計方案優(yōu)化后，該車站以24個地質(zhì)鉆孔進行基坑支護結(jié)構(gòu)驗算，計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，經(jīng)過驗算，基坑全部樁身的最大水平位移、承載力與穩(wěn)定性均滿足設(shè)計規(guī)范要求。文章通過實例，對地鐵車站基坑支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計進行分析，大幅減少了樁基成孔、鋼筋制安、混凝土澆筑等工程數(shù)量，節(jié)約了工期，經(jīng)濟效益顯著。更重要的是，能夠在很大程度上提高工程的施工安全性，保證人民的生命財產(chǎn)安全。

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