地鐵鄰近房屋寬大基坑的設計與保護

江智鵬

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司， 湖北武漢 430063)

1 工程概述

1.1 工程概況

深圳地鐵一號線坪洲站1號出入口及1號風道為合建結構,基坑長約46.45 m,寬約38.7 m,深約10.6 m。基坑北側有五層磚混結構住宅樓,該樓已修建多年現破損較嚴重,住宅樓距基坑最小距離約970 mm。該樓施工沒有圖紙,屬當地村民自建房屋,只能通過現場調研了解。該樓為條形基礎,基礎埋深在地表下2.5 m(圖1)。

圖1 場地環境布置

1.2 工程地質

基坑所在場地地層依次為：①1素填土，層厚2.0 m；②8細砂，層厚2.5 m；③9中砂，層厚3.6 m；⑥2砂質黏性土，層厚5.5 m；⑧1全風化混合花崗巖，層厚2.35 m；⑧2強風化混合花崗巖，層厚2.1 m；⑧3中等風化混合花崗巖，層厚1.7 m；⑧4微風化混合花崗巖，層厚3.1 m。

1.3 水文地質

本場地范圍內的含水層主要是砂層,地下水按賦存條件主要分為孔隙水及基巖裂隙水。孔隙水主要賦存在砂層、黏性土、殘積層和全風化混合花崗巖中。基巖裂隙水主要賦存在混合花崗巖強風化層—中等風化層中,略具承壓性。地下水位埋深0.8～1.9 m,水位高程1.33～2.53 m,水位變幅0.5～2.0 m。設計水位取地表下1.0 m，施工期間采用人工降水。

2 基坑設計方案

根據深圳地方的習慣做法,本基坑圍護采用φ800@1 000 mm的鉆孔灌注樁+兩道φ600 mm鋼支撐體系,近房屋側樁外采用φ600@400 mm咬合三管旋噴止水,其他部位采用樁間旋噴止水。考慮房屋沉降及基坑變形的控制,本次設計采用化大為小的原則,在基坑中設置雙排隔離樁把基坑劃分為三個小基坑,同時考慮基坑外側房屋較近,為保證房屋安全,對房屋近基坑側周邊采用袖閥管注漿加固。

2.1 圍護結構設計計算

本基坑根據基坑深度和距周邊建筑物的距離等條件,設計按一級基坑進行計算,重要性系數γ0=1.1,計算采用同濟啟明星FRWS4.0軟件,分別選取各種代表性的樁號進行圍護計算,基坑周邊五層住宅樓和地面超載,折算成地面附加載荷q=60 kN/m進行計算,地下水位hw=1.0 m,計算模型見圖2。

圖2 計算模型(單位：m)

根據相關地勘資料,對本圍護采用M法進行計算,以水土分算的原則。計算結果如圖3。結果表明,圍護采用φ800 mm鉆孔灌注樁合理可行,基坑抗隆起、整體穩定性、抗傾覆等安全系數能滿足相關規范要求。支撐體系采用φ600 mm,t=12 mm的鋼支撐也能滿足強度和穩定性的要求。

圖3 內力計算結果

2.2 房屋沉降計算

基坑周邊的民用住宅樓屬自建房,沒有相關設計圖紙和資料,通過現場調研了解到該房屋的現狀資料和一些間接施工情況。鑒于此,設計對該房屋的沉降進行了一個理論計算分析。結果見圖4。

圖4 房屋沉降計算結果

地表沉降的計算采用同濟FRWS4.0進行計算,計算理論采用如下三角形法公式進行：

式中H——基坑開挖深度；

D——基坑開挖面以下支擋結構的長度；

φ——支擋結構所穿越土層的平均內摩擦角。

地表最大沉降

式中Sw——支擋結構側移面積。

從上面計算結果看,距基坑970 mm處的房屋沉降小于30 mm的控制指標,能滿足安全要求。

3 房屋保護措施

1號出入口及1號風道周邊民房租住著大量人員,并且房屋年久失修,局部地方在基坑開挖前就已開裂,鑒于這些不利因素,經多方商討決定對該基坑和房屋進行必要的保護設計。

3.1 基坑化大為小措施

本基坑基本尺寸為46.45 m×38.7 m×10.6 m。采用鋼支撐體系變形較大,經協調決定在基坑中部設兩道臨時隔離樁,使大基坑化為三個小基坑,分兩期開挖(見圖5)。

圖5 基坑平面布置

3.2 樁處咬合旋噴止水措施

基坑所在場地有較厚的透水性強的砂質地層,施工期間正好處于雨季。為保證房屋的安全,需進一步加強止水措施,設計采取φ600@400 mm高壓旋噴樁止水,旋噴樁長由冠梁到基底1.5 m處,旋噴樁的設計參數如表1。

表1 旋噴樁設計參數表[4]

根據以上設計參數對28 d齡期的試樣進行了取芯試驗,試驗結果顯示靠近人工回填土層和砂質地層處的強度指標在2.1～6.6 MPa之間, 旋噴樁滲透系數≤10-6cm/s,能滿足止水的要求。

3.3 房屋基礎注漿加固措施

從理論計算看,房屋的沉降最大達到25 mm,考慮到房屋陳舊, 局部存在開裂情況,并且住著大量人員,經多方研究決定,為避免房屋出現過大不均勻沉降,對房屋靠基坑側周邊采取注漿保護措施。根據地質資料,注漿基本參數見表2。

表2 注漿設計參數

4 施工監測

地鐵建設中施工監測是一項重要環節,能起到提前發現事故,做到信息化施工的作用。根據建筑物的體型、結構特點、工程地質條件,對該建筑物布設三個監控點,對建筑物的基礎沉降、傾斜和建筑物裂縫進行檢查,其中以沉降作為監控的重點繪制沉降—時間曲線如圖6。

圖6 坪洲站1號出入口及1號風道房屋沉降監測

根據沉降監測值并結合房屋允許沉降要求,實際沉降值基本小于設計允許值30 mm。

5 結束語

坪洲站1號出入口及1號風道,由于拆遷的問題,原本在基坑北側的五層住宅需拆遷,后因拆遷費用過高無法進行。為減少施工風險,設計人員采取必要措施,對該風險工程進行了必要的保護。從現場施工情況看,該方案安全可行，有較好的經濟效益。

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