緊鄰地鐵基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)

王建華，吳厚信，周宏益，左新明

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北廊坊 065000;2.廣東省地質(zhì)建設(shè)工程勘察院，廣東廣州 510080;3.廣東省物料實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中心，廣東廣州 510080;4.河北省地礦局國(guó)土資源勘查中心，河北石家莊 050081)

緊鄰地鐵基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)

王建華1，吳厚信2，周宏益3，左新明4

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北廊坊 065000;2.廣東省地質(zhì)建設(shè)工程勘察院，廣東廣州 510080;3.廣東省物料實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中心，廣東廣州 510080;4.河北省地礦局國(guó)土資源勘查中心，河北石家莊 050081)

緊鄰地鐵基坑支護(hù)必須確保地鐵運(yùn)營(yíng)的安全，具有難度大、支護(hù)安全儲(chǔ)備高的特點(diǎn)。結(jié)合廣州市林和村改建項(xiàng)目A地塊臨近地鐵基坑支護(hù)工程實(shí)例，通過(guò)三維數(shù)值分析計(jì)算，基坑位移、穩(wěn)定性均可滿足設(shè)計(jì)要求。并對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。最后通過(guò)實(shí)測(cè)值復(fù)核計(jì)算值，實(shí)測(cè)值基本控制在計(jì)算值范圍內(nèi)。

深基坑工程;基坑支護(hù);內(nèi)支撐支護(hù)

0 引言

20多年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的發(fā)展，國(guó)內(nèi)20多座城市先后發(fā)展軌道交通建設(shè)，城市化建設(shè)進(jìn)程加快。由于城市各種工程的施工進(jìn)度不一，使緊鄰地鐵各種基坑支護(hù)工程隨之增加，緊鄰地鐵基坑的情況多種多樣。地鐵與基坑的時(shí)間分布關(guān)系主要有基坑開挖時(shí)地鐵已建、在建和規(guī)劃等3種情況;地鐵與基坑的空間分布關(guān)系主要有:基坑緊鄰地鐵(含正在運(yùn)營(yíng))一側(cè)或兩側(cè)、緊鄰地鐵的上方或下方等。緊鄰地鐵的基坑支護(hù)工程的周邊環(huán)境和地質(zhì)情況也十分不一，對(duì)基坑支護(hù)工程的影響十分大。考慮到緊鄰地鐵基坑的特殊性，支護(hù)設(shè)計(jì)常見的支護(hù)類型有地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐、支護(hù)樁加內(nèi)撐和樁加梁托換技術(shù)等。

本文根據(jù)廣州市林和村改建項(xiàng)目A地塊臨近地鐵基坑支護(hù)工程的實(shí)例說(shuō)明緊鄰地鐵基坑支護(hù)工程的技術(shù)要求、設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分析、計(jì)算和實(shí)測(cè)、施工、監(jiān)測(cè)的結(jié)果，通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)所發(fā)揮的關(guān)鍵性作用、計(jì)算及實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析，從而肯定緊鄰地鐵基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

擬建場(chǎng)地A區(qū)位于廣州市林和村改造地塊(自編號(hào)A1和A2)。擬建回遷住宅6棟，地上49層，地下2層，±0.000 m相當(dāng)于絕對(duì)高程16.60 m，地面絕對(duì)高程15.50 m，計(jì)入地下室底板和墊層厚度后，A1區(qū)基坑開挖深度約8.30 m，A2區(qū)基坑開挖深度約7.90 m。

1.1 A1 區(qū)基坑周邊環(huán)境

東面:地下室邊線距地鐵一號(hào)線區(qū)間10.20 m;相應(yīng)范圍地鐵隧道頂標(biāo)高約為5.175 m(城建高程)，底標(biāo)高約為－1.405 m(城建高程);

南面:待建B區(qū)，現(xiàn)為一空地，設(shè)計(jì)的基坑也存在緊鄰地鐵基坑支護(hù)工程的問(wèn)題;

西面:地下室邊線距建國(guó)酒店大廈地下室邊線(建國(guó)酒店11層，地下室2層)約14.0 m;

北側(cè):西段地下室邊線距帝苑大酒店建筑邊線最小距離約22.0 m。

1.2 A2區(qū)基坑周邊環(huán)境

東面:地下室邊線距道路邊線約8.0 m;

南面:待建B區(qū)，設(shè)計(jì)的基坑也存在緊鄰地鐵基坑支護(hù)工程的問(wèn)題;

西面:地下室邊線距地鐵一號(hào)線區(qū)間9.40 m，相應(yīng)范圍地鐵隧道頂標(biāo)高約為4.954 m(城建高程)，底標(biāo)高約為－1.626 m(城建高程);

北側(cè):西段地下室邊線距站東路邊線最小距離約5.50 m。

現(xiàn)場(chǎng)區(qū)紅線范圍內(nèi)有舊地下管線分布，紅線范圍外基坑?xùn)|側(cè)、西側(cè)、北側(cè)都有地下管線分布，但初步判定對(duì)基坑開挖和錨索施工影響不大。基坑開挖前應(yīng)對(duì)管線分布做詳細(xì)查明，對(duì)舊地下管線進(jìn)行拆移。場(chǎng)地周邊環(huán)境條件復(fù)雜程度為中等。

2 地質(zhì)情況

2.1 地形地貌及環(huán)境條件

場(chǎng)地原地貌單元屬剝蝕殘丘地貌。現(xiàn)地勢(shì)平坦，各鉆孔孔口相對(duì)高程介于13.21～15.62 m之間，最大高差2.40 m。

2.2 地層結(jié)構(gòu)及其工程地質(zhì)特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探結(jié)果，基坑開挖范圍內(nèi)的巖土層按成因類型自上而下分別為填土層(Qml)、殘積層(Qel)以及白堊系(K2d)泥質(zhì)砂巖帶。分述如下。

(1)填土層(Qml)

①1雜填土，雜色，主要由砼塊、磚頭、碎～塊石等建筑垃圾組成，地下水位以下呈飽和狀態(tài)。該層普遍分布。層厚2.00～4.60 m，平均2.99 m。

(2)殘積層(Qel)

泥質(zhì)砂巖殘積土主要為粉質(zhì)粘土，呈可塑～硬塑狀。場(chǎng)地內(nèi)殘積土層厚度變化較大，依據(jù)塑性狀態(tài)，劃分為可塑狀粉質(zhì)粘土②1層和硬塑狀粉質(zhì)粘土②2層。

②1粉質(zhì)粘土，棕紅色，稍濕，可塑，局部硬塑，為泥質(zhì)砂巖風(fēng)化殘積而成。層厚1.80～12.50 m，平均3.60 m。頂面埋深2.00～4.60 m，平均2.99 m;頂面標(biāo)高9.00～13.44 m，平均11.45 m。修正擊數(shù)N=11.5擊。

②2粉質(zhì)粘土，褐色，稍濕，硬塑，局部可塑。主要由粘粒組成，為泥質(zhì)砂巖風(fēng)化殘積而成。層厚1.30～9.90 m，平均5.38 m。頂面埋深2.60～13.80 m，平均6.26 m。修正擊數(shù)N=13.8擊。

(3)基巖(K)

該場(chǎng)地下伏基巖主要為白堊系上統(tǒng)大塱山組(K2d)泥質(zhì)砂巖夾砂礫巖。基坑開挖范圍內(nèi)按其風(fēng)化程度劃分為全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖帶。

③1全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖帶，褐色，巖心呈堅(jiān)硬土狀。揭露厚度1.30～10.00 m，平均3.21 m。作標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)31次，經(jīng)桿長(zhǎng)修正后平均錘擊數(shù)N=26.0擊。

③2強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖帶，棕紅色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖心呈半巖半土狀。揭露厚度0.50～7.70 m，平均2.93 m。經(jīng)桿長(zhǎng)修正后錘擊數(shù)N=36.4～49.4擊，平均42.1擊。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

A1區(qū):根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探結(jié)果，基坑開挖范圍內(nèi)自上而下分別為填土層(Qml)、殘積層(Qel)粉質(zhì)粘土以及基巖全～強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。基坑開挖深度為8.30 m，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件基本良好，基坑?xùn)|側(cè)有已建地鐵一號(hào)線區(qū)間通過(guò)。根據(jù)周邊環(huán)境情況、地質(zhì)情況及基坑開挖深度，基坑?xùn)|側(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1000@1150旋挖灌注樁加一道內(nèi)支撐支護(hù)。頂部小放坡，坡面噴砼Φ8@200×200，厚100 mm。南側(cè)采用自然放坡支護(hù)方案，西側(cè)及北側(cè)采用加強(qiáng)型土釘墻支護(hù)方案。

A2區(qū):根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探結(jié)果，基坑開挖范圍內(nèi)自上而下分別為填土層(Qml)、殘積層(Qel)粉質(zhì)粘土以及基巖全～微風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、礫砂巖。基坑開挖深度為7.90 m，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件基本良好，基坑西側(cè)有已建地鐵一號(hào)線區(qū)間通過(guò)。根據(jù)周邊環(huán)境情況、地質(zhì)情況及基坑開挖深度，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1000@1150、L=9000～13000 mm旋挖灌注樁加一道內(nèi)支撐支護(hù)。樁后側(cè)設(shè)Φ550@400、L=7000～9000 mm深層攪拌樁止水。

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)如圖1～3所示。

4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的分析、計(jì)算和實(shí)測(cè)

4.1 三維模型建立

三維模型建立的順序是:基坑平面界定→支護(hù)樁、內(nèi)支撐和立柱的平面布置→定義區(qū)段剖面(開挖深度、巖土物理力學(xué)參數(shù)和支撐點(diǎn)高程)→定義邊界條件→協(xié)同計(jì)算。其中，基坑支護(hù)巖土參數(shù)取值見表1。

4.2 基坑設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)必須采用有效的止水帷幕;

(2)支護(hù)樁旋挖樁必須具有足夠的嵌固段，樁嵌固段入坑底不少于3 m，若坑底遇微風(fēng)化時(shí)應(yīng)不少于2 m;

圖1 基坑支護(hù)總平面圖

圖2 基坑支護(hù)三維模擬圖

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

(3)為確保基坑安全，確定內(nèi)支撐的橫向間距為4～6 m，截面尺寸800 mm×800 mm，混凝土等級(jí)C30，配筋后內(nèi)支撐軸力≮6000 kN，且支撐點(diǎn)高程布置需滿足換撐要求;

(4)立柱需避開工程樁、剪力墻、柱布置;

(5)安全等級(jí)為一級(jí)，基坑樁頂位移控制值s≤30 mm，支錨水平剛度系數(shù)kT和土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m是控制基坑水平位移的關(guān)鍵參數(shù)。

圖3 基坑支護(hù)內(nèi)支撐典型剖面圖

4.3 基坑設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果

基坑內(nèi)支撐部位整體位移值4～17.75 mm，A1區(qū)計(jì)算最大位移分別位于基坑北側(cè)大板角撐處和長(zhǎng)對(duì)撐處，最大位移達(dá)17.75 mm;A2區(qū)最大位移同樣分別位于基坑?xùn)|側(cè)大板角撐處和長(zhǎng)對(duì)撐處，最大位移達(dá)15.20 mm，均略大于實(shí)測(cè)值。A1區(qū)計(jì)算最大內(nèi)支撐軸力位于北側(cè)大板角撐處，最大內(nèi)支撐軸力達(dá)1800 kN;A2區(qū)計(jì)算最大內(nèi)支撐軸力位于東側(cè)大板角撐處，最大內(nèi)支撐軸力達(dá)2100 kN。均略大于實(shí)測(cè)值(見圖4、圖5和表2)。基坑完成后的實(shí)景見圖6。

圖4 基坑支護(hù)計(jì)算內(nèi)支撐整體位移圖

表2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移處計(jì)算值和實(shí)測(cè)值對(duì)比

圖5 基坑支護(hù)計(jì)算內(nèi)支撐軸力圖

5 結(jié)論

(1)基坑支護(hù)A1區(qū):基坑開挖深度為8.30 m，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件基本良好，基坑?xùn)|側(cè)有已建地鐵一號(hào)線區(qū)間通過(guò)。根據(jù)周邊環(huán)境情況、地質(zhì)情況及基坑開挖深度，基坑?xùn)|側(cè)采用旋挖灌注樁+一道內(nèi)支撐支護(hù)方案，南側(cè)采用自然放坡支護(hù)方案，西側(cè)及北側(cè)采用加強(qiáng)型土釘墻支護(hù)方案。

基坑支護(hù)A2區(qū):基坑開挖深度為7.90 m，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件基本良好，基坑西側(cè)有已建地鐵一號(hào)線區(qū)間通過(guò)。根據(jù)周邊環(huán)境情況、地質(zhì)情況及基坑開挖深度，基坑采用旋挖灌注樁+一道內(nèi)支撐支護(hù)方案。

設(shè)計(jì)方案是合理、可行和安全的。

(2)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)技術(shù)要求和措施均合乎政策法規(guī)、規(guī)范、地鐵保護(hù)辦的規(guī)定和要求。

圖6 基坑完成后實(shí)景圖

(3)鋼筋混凝土角、對(duì)撐受力均衡，支撐設(shè)計(jì)截面混凝土角撐軸力最大6000 kN，大于計(jì)算值2100 kN，有足夠的安全儲(chǔ)備。

(4)地鐵一號(hào)線隧道左、右線日運(yùn)營(yíng)100多萬(wàn)人次，運(yùn)營(yíng)正常，人員安全。

(5)緊鄰地鐵的基坑支護(hù)工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用樁+一道內(nèi)支撐支護(hù)方案施工工藝，可在舊城區(qū)、緊鄰地鐵周圍又有天然地基民宅和較多地下管線施工時(shí)推廣和運(yùn)用。

［1］［美］H·F·溫特科思.基礎(chǔ)工程手冊(cè)［M］.方曉陽(yáng)，錢鴻紹，葉書麟，等譯.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1983.

［2］曾國(guó)熙.地基處理手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988.

［3］沈杰.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)手冊(cè).上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

［4］史佩棟.實(shí)用樁基工程手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

［5］楊春，趙慎中，宋珪.近地鐵結(jié)構(gòu)地連墻施工技術(shù)可行性分析與應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(6):56－58.

［6］司呈慶，劉新偉.復(fù)雜邊界條件下的基坑支護(hù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(12):58－60，70.

［7］黃舉松，譚金娥，李志明.邊界環(huán)境復(fù)雜條件下基坑支護(hù)施工技術(shù)分析［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(11):42－45.

［8］隆威，鄭克清，王雅瓊，等.土釘和樁錨在長(zhǎng)沙華韻城市海岸基坑支護(hù)中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38 (2):36－38，42.

［9］楊生彬，劉志偉.深基坑復(fù)合支護(hù)技術(shù)三維數(shù)值模擬研究［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(11):32－34.

［10］JGJ 79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［11］JGJ 120－99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

Design of Foundation Pit Support Project Close to the Subway

WANG Jian-hua1，WU Hou-xin2，ZHOU Hong-yi3，ZUO Xin-ming4(1.The Institute of Exploration Techniques，CAGS，Langfang Hebei 065000，China;2.Guangdong Geological Engineering Investigation Institute，Guangzhou Guangdong 510080，China;3.Guangdong Province Material Testing Center，Guangzhou Guangdong 510080，China;4.The Center of Land and Recourse Exploration，Hebei Bureau of Geology and Mineral Exploration，Shijiazhuang Hebei 050081，China)

The safety of subway operation must be ensured in the construction of foundation pit support project close to the subway with great difficulty and high safety margin.This paper describes an engineering practice of foundation pit support close to the subway，by the three-demensional numerical analysis，the displacement and stability of the excavation met the design requirement and the weak points were mainly monitored.According to the check calculation on measured values，the measured values were controlled in the range of calculated values.

deep foundation pit profict;foundation pit support;inside bracing

TU473.2

A

1672－7428(2011)11－0071－05

2011－07－21;

2011－11－06

王建華(1963－)，男(漢族)，河北邢臺(tái)人，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所高級(jí)工程師，勘察技術(shù)與施工管理專業(yè)，從事勘探技術(shù)研究工作，河北省廊坊市金光道77號(hào)，tkgcw@163.com。