車站深基坑支護樁嵌固深度優(yōu)化分析與應用

陳建山

（中交第一公路工程局廈門工程有限公司，福建廈門 361021）

1 工程概況

松山湖北站是東莞至惠州城際軌道交通項目工程第5個標段，位于松山湖大道和新城路十字路口，車站沿松山湖大道偏新城路口設置，車站主體大部分位于松山湖大道南側(cè)主路，均位于道路紅線內(nèi)。車站為地下兩層，島式站臺，車站中心里程DK32+927.303。車站起點右線里程為DK32+785.303，終點里程為DK33+022.303。車站基坑長237.1 m，寬 21.5～27 m，基坑深度18.88～20.93 m，采用“明挖法”施工。

基坑支護結(jié)構(gòu)采用Φ1200@1300鉆孔灌注樁+樁間旋噴樁止水的型式，支護結(jié)構(gòu)頂設置冠梁。基坑內(nèi)設置內(nèi)支撐體系，豎向設3道內(nèi)支撐，第一道支撐為0.6 m×1.0 m的混凝土支撐，水平間距約6 m；其余均為Φ600，t=16 mm鋼管支撐，水平間距約3 m。樁基分A、B、C三種，共438根。小里程端頭為C型樁45根，大里程端為B型樁45根，中間段為A型樁348根。基坑平面布置見圖1所示。

圖1 基坑平面布置圖

2 原支護嵌固深度方案

支護樁采用Φ1200@1300鉆孔灌注樁。樁基深度：A型樁為25.065 m深，嵌固深度為7 m，見圖2所示；B型樁為26.245 m深，嵌固深度為8 m，見圖3所示。

圖2 基坑支護剖面圖一（單位：mm）

圖3 基坑支護剖面圖二（單位：mm）

3 樁基嵌固深度優(yōu)化后方案

根據(jù)車站施工鉆孔樁的實際渣樣情況,發(fā)現(xiàn)部分A型樁從基坑底開始已進入弱風化片麻巖，部分B型樁從基坑底已開始進入強風化片麻巖，通過優(yōu)化分析，將部分A型樁的嵌固深度調(diào)整成4 m,比原先減少了3 m，將部分B型樁嵌固深度調(diào)整成4 m，比原先減少了4 m。支護樁調(diào)整前后對比見表1所列。

表1 支護樁優(yōu)化前后對比表

4 理論分析與計算

為保證基坑安全，基坑支護結(jié)構(gòu)計算按規(guī)范[1,2]，采用《理正深基坑輔助設計軟件F-SPW 6.0》對支護樁嵌固深度進行了優(yōu)化，并模擬了基坑開挖全過程，按增量法原理進行了計算與驗算,滿足基坑整體穩(wěn)定、抗傾覆、抗管涌和抗隆起要求。

由于樁型不同段落巖土參數(shù)不同，現(xiàn)以A型樁為例進行優(yōu)化分析計算，B型樁分析計算類似，就不再贅述。

4.1 巖土參數(shù)（見表2）

表2 巖土參數(shù)表

4.2 計算模型（見圖4、圖5）

圖4 原方案計算模型（單位：m）

圖5 優(yōu)化計算模型（單位：m）

4.3 計算結(jié)果分析比較

圖6 原方案計算位移內(nèi)力包絡圖

圖7 優(yōu)化后計算位移內(nèi)力包絡圖

4.3.1 位移內(nèi)力分析比較（見圖6、圖7）優(yōu)化后支護結(jié)構(gòu)水平移位變化較大，小于設計支護結(jié)構(gòu)允許最大水平位移32.9 mm；基坑內(nèi)、外側(cè)彎矩變化不大,均小于支護結(jié)構(gòu)基坑內(nèi)外側(cè)抵抗彎矩值。

4.3.2 地表沉降比較（見圖8、圖9）

圖8 原方案計算地表沉降圖

圖9 優(yōu)化后計算地表沉降圖

優(yōu)化后地面沉降與優(yōu)化前比較,地面沉降變化較小，且小于設計值最大沉降量30 mm。

4.3.3 整體穩(wěn)定性驗算（見圖10、圖11）

圖10 原方案穩(wěn)定性計算簡圖（單位：m）

圖11 優(yōu)化后穩(wěn)定性計算簡圖（單位：m）

原方案整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.375,優(yōu)化后整體穩(wěn)定安全系數(shù)整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.731。

4.3.4 抗傾覆穩(wěn)定性驗算

原方案傾覆安全系數(shù)最小安全值Ks=4.348≥（1.200）；優(yōu)化后抗傾覆安全系數(shù)最小安全值Ks=5.515≥（1.200），滿足規(guī)范要求。

除此外,優(yōu)化后基坑的抗管涌和抗隆起均滿足規(guī)范要求。

4.3.5 計算分析結(jié)果比較

原設計方案按規(guī)范[1]圓弧滑動簡單條分法計算嵌固深度：圓心(-4.537，9.665)，半徑 =16.790 m，對應的安全系數(shù)Ks=1.333≥（1.300），嵌固深度計算值 h0=6.500 m,設計圖紙嵌固深度采用值 ld=7.000 m。

優(yōu)化后按規(guī)范[1]圓弧滑動簡單條分法計算嵌固深度：圓心（-4.704，16.199），半徑 =18.797 m，對應的安全系數(shù)Ks=1.564≥（1.300）,嵌固深度計算值h0=2.000 m,依據(jù)規(guī)范[2]，多點支護結(jié)構(gòu)嵌固深度設計值小于0.2 h時，宜取hd=0.2 h=3.613 m,現(xiàn)場實際嵌固深度取4 m。

通過計算分析，優(yōu)化后方案從理論上安全可行。

5 經(jīng)濟分析

根據(jù)現(xiàn)場測算，單根支護樁綜合人工、材料和機械費用后每延米約2166元，在優(yōu)化29根樁基后，樁長減少了共99 m，因而可減少費用21.44萬元。在鉆孔灌注樁施工過程中，嵌巖部分是最難施工的部位，通過合理優(yōu)化，減少了樁基嵌巖長度，大大節(jié)約了施工工期，為后續(xù)工序施工創(chuàng)造了有利條件，降低了施工成本。

6 監(jiān)測結(jié)果反饋

車站監(jiān)測數(shù)據(jù)成果[3]詳見表3所列。監(jiān)測結(jié)果表明，現(xiàn)場采用支護樁嵌固深度優(yōu)化方案組織施工，基坑是安全可靠的，滿足設計[4]要求。

表3 監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果表

7 結(jié)語

合理的支護體系是影響深基坑安全性、經(jīng)濟性的關鍵，首先在確保安全的前提下，要盡量減少對施工影響。本文根據(jù)松山湖北站樁基鉆孔過程中實際地質(zhì)情況，在確保安全的前提下，成功地對現(xiàn)場樁基的嵌固深度進行了優(yōu)化,起到了精細化施工的作用，達到了降低施工成本和節(jié)約工期的目的，在實際采用樁基嵌固深度時加了一定的經(jīng)驗系數(shù)，這屬于偏保守考慮。

鉆孔灌注樁樁排圍護墻剛度大、抗彎能力強,變形相對較小，最早用于北京、廣州等地，近年來逐漸推廣至沿海軟土地區(qū)，是應用最廣泛的支護結(jié)構(gòu)圍護墻之一[5]。該標段明挖基坑圍護樁基共七千多根，該車站樁基嵌固深度的成功優(yōu)化為其它樁基優(yōu)化提供了參考。因此，根據(jù)現(xiàn)場樁基施工時的實際地質(zhì)情況，并結(jié)合理論計算分析，以達到合理的優(yōu)化樁基嵌固深度的目的，這不僅能保證基坑的安全性，并減少對施工的影響，還將帶來較大的經(jīng)濟效益。

[1]DBJ/T 15-20-97,廣東省建筑基坑支護工程技術規(guī)程[S].

[2]JGJ120-99，建筑工程支護技術規(guī)程[S].

[3]中國建筑西南勘察設計研究院有限公司.廣東珠三角莞惠城軌道交通土建GZH-5標段松山湖北站施工監(jiān)測報告[R].2011.

[4]中鐵工程設計咨詢集團有限公司.松山湖北站(第一部分)車站主體圍護結(jié)構(gòu)圖（DXJG-05-02）[R].2009.

[5]趙志縉,應惠清編.簡明深基坑工程設計施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2000.

[6]劉建航,侯學淵編.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[7]安關峰,宋二祥.廣州地鐵琶州塔站及站后折返線工程基坑監(jiān)測分析[J].巖土工程學報,2005,27(3):333-337.

[8]雍毅.內(nèi)支撐位置優(yōu)化在城際軌道深基坑施工中的應用 [J].公路,2011,（7）:30-34.