地鐵工程基坑支護方案選型與經濟分析

宋林海 中鐵二十四局集團安徽公司

1 概況

合肥市軌道交通一號線試驗段位于合肥市濱湖新區，其中Ⅰ標段為錦銹大道站（含）～中山路站（不含），起訖里程為K20+296.6～K22+868，全長 2.572 km，包含錦銹大道站、紫云路站、錦銹大道站～紫云路站區間、紫云路站～中山路站區間，主要工程內容為車站及區間土建工程（含設備安裝配合、裝修配合、驗收、缺陷責任期修復、保修期保修等）。

根據地質資料，從上至下依次為：人工填土層（素填土①層、雜填土①層）、第四紀沉積層（粘土②層、粉質粘土②1層、粉細砂②2層）、第三紀基巖（全風化粉砂巖③層）、白堊紀基巖（強風化泥巖、泥質砂巖④層、④1層）。地下水埋深約4.9～8.3 m。

設計提供的基坑支護方案是：錦繡大道站－紫云路站區間，基坑兩側采用圍護樁及內支撐的支護結構；紫云路站－中山路站區間，基坑兩側采用圍護樁及內支撐的支護結構。

考慮到工期、施工工藝、工程造價等因素，將圍護樁及內支撐的支護結構方案優化為放坡開挖、圍護樁及錨桿的支護結構。以下主要從技術角度和經濟角度介紹。

2 基坑支護方案選型

2.1 支護方案選型

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）要求，并且參考國內該類基坑工程的成功施工經驗，考慮采用以下施工方案：⑴錦繡大道站－紫云路站區間（K20+497.401～K20+800）：東側放坡開挖、西側圍護樁及錨桿，錦繡大道站－紫云路站區間（K20+800～K21+500）：東西兩側采用圍護樁及錨桿，錦繡大道站－紫云路站區間（K21+500～K21+853）：東側放坡開挖、西側圍護樁及錨桿。⑵紫云路站－中山路站區間（K22+018.3～K22+867.8）：東側放坡開挖、西側圍護樁及錨桿。

其中，鋼筋混凝土樁采用C30鉆孔樁，直徑0.8 m，間距1.0 m，按照計算配筋，樁長根據基坑深度確定。樁頂部設置通長的冠梁，采用構造配筋。錨桿采用1根φ32 mmHRB400鋼筋，第1、2道錨桿自由段長度6.0 m，錨固段長度15.0 m；第3道錨桿自由段長度6.0 m，錨固段長度25.0 m。

2.2 計算內容與要點

主要計算內容包括：支護結構（鉆孔灌注樁）內力變形計算；錨桿計算；鋼圍檁計算；支護結構（鉆孔灌注樁）配筋計算；整體穩定性計算；抗傾覆計算；抗隆起計算；抗突涌計算；抗滲流穩定性計算；地表沉降計算。對于《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）中沒有的計算內容，參考《上海市基坑工程設計規程》（DBJ08-61-97）作補充計算。

由于基坑一側的道路需要運行，因此考慮車道荷載（10.0 kPa）及施工荷載（4.0 kPa）。支護結構（鉆孔灌注樁）內力變形計算，考慮以下7種工況（以3道錨桿為例）：開挖至4.0 m、安裝第1道錨桿、開挖至7.5 m、安裝第2道錨桿、開挖至11.0 m、安裝第3道錨桿、開挖至基底14.0 m，并采用水土合算的方法計算土壓力。

錨桿計算時，其水平夾角采用15°，自由段長度依據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）確定，錨固段長度依據計算值確定。實際采用的參數是：單孔，孔徑150 mm；錨桿采用1根φ32 mmHRB400鋼筋；第1、2、3道錨桿自由段長度6.0 m，第1、2道錨桿的錨固段長度15.0 m，第3道錨桿的錨固段長度25.0 m；錨桿間距1.0 m。鋼圍檁（連續梁）近似按照簡支梁計算，支護結構（鉆孔灌注樁）根據《混凝土結構設計規范》（GB50010－2002）計算配筋。其余計算內容：整體穩定性根據是否考慮錨桿作用分別計算，抗傾覆計算和抗隆起參照《上海市基坑工程設計規程》（DBJ08-61-97）計算，抗滲流穩定性和抗突涌計算，地表沉降計算等，均符合規范要求。

按照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）要求，需要進行錨桿試驗，以檢驗錨桿受力的可靠性。試驗結果表明，錨固體的受力可以滿足計算要求，為變更施工方案提供了條件。

為保證圍護樁之間的土體穩定性，采用鋼筋網片及噴射混凝土，鋼筋網片與圍護樁內鋼筋相互連接。圍護樁頂部的土體采用硬化及排水溝等措施，防止雨水侵入樁后土體內。施工中錨桿上方嚴禁挖土，以保證錨桿的覆土厚度滿足要求；同時，在基坑頂部，兩倍基坑深度范圍內禁止堆積土體或其他重物，以防產生額外荷載。

放坡開挖段采用坡度1：1，并設置1 m寬的工作平臺。考慮到施工時間較長，為防止雨水沖刷坡面，采用土釘固定的鋼筋網及噴漿護面，分段設置。

經計算，擬采用的放坡開挖、圍護樁及錨桿支護方案在技術上是可行的。

3 經濟分析

方案優化前后，施工項目發生增減，并由此引起單價發生相應變化。優化前后施工項目、數量、單價及最終成本分析詳見表1。根據成本發生變化的因素，可分為以下三種類型。

表1 成本分析對照表

⑴優化后項目增加。錨桿及鋼圍檁共增加成本834.9萬元。

⑵優化后項目取消。鋼支撐取消后節約成本1 122.2萬元。

⑶優化后項目數量增加或減少。鉆孔樁及冠梁工程量減少，節約成本1 135.9萬元。基坑挖土工程量增加165 000 m3，但同時因取消鋼支撐，工作面變寬，土方開挖工效提高，土方開挖單價由原先8元/m3降低為3元/m3，土方施工費用節約成本80.5萬元。噴混凝土工程量增加2416 m3，因噴射混凝土施工工藝由全部垂直噴射改為部分傾斜噴射，其單價由原先995.41元/m3降低為969.58元/m3，增加施工成本230.4萬元。

根據上述分析，方案優化后施工成本共節約1273.2905萬元。可以看出對成本優化貢獻最大的為鉆孔樁工程數量減少，其次為鋼支撐取消，再次為挖方單價降低。

4 結束語

按照優化后的施工方案，該基坑工程已順利竣工。現場監測結果表明，支護結構的變形與應力、土壓力、地表沉降等各項參數滿足《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120－99）要求。

通過該基坑工程的支護方案選型，表明施工圖審核和現場調研對于合理選擇施工方案是關鍵的第一步，同時參考類似工程經驗、選擇合理技術參數也是非常重要的環節。因地制宜，加強基坑監測，即時反饋、分析監測數據，合理組織，保證了施工安全、實現了工程創效。