地鐵車站深基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

湯梅芳，卜 銘，桂建剛

(1．中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，浙江杭州 310004;2．杭州地鐵集團有限公司，浙江杭州 310020;3．杭州市城建設計研究院有限公司，浙江 杭州 310001)

地鐵車站深基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

湯梅芳1，卜 銘2，桂建剛3

(1．中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，浙江杭州 310004;2．杭州地鐵集團有限公司，浙江杭州 310020;3．杭州市城建設計研究院有限公司，浙江 杭州 310001)

深基坑開挖會引起基坑周邊土體應力場變化和土體位移，對鄰近建筑物造成影響。本文以杭州市地鐵汽車城站深基坑為例，分析了基坑開挖對鄰近建筑物沉降的影響，研究結果表明基坑開挖使鄰近建筑物地基土體沉降量超出規定，采用高壓旋噴樁止水帷幕及對建筑物基礎注漿加固的方法，有效控制了鄰近建筑物的沉降變形。

地鐵車站 深基坑 鄰近建筑物 變形控制

基坑的開挖會引起周圍地基中地下水位和應力場的改變，導致周圍地基土體的變形，從而對周圍環境產生較大的影響，嚴重的會導致建筑物傾斜、開裂甚至破壞，最終無法使用［1-2］。基坑開挖同樣會引起鄰近建筑物地基承載力的減損［3］。如何減小對周圍環境的影響是基坑工程的重點和難點，應把基坑工程與周圍環境作為一個整體加以分析，保證相鄰地鐵、道路、管線等的安全［4］。本文以杭州市地鐵汽車城站基坑工程為例，計算分析地鐵車站深基坑施工對相鄰建筑的影響，提出并采取了有效措施，保證了鄰近建筑物的安全。

1 工程概況

汽車城站為地下二層島式車站，采用明挖順作法施工。車站長179.6 m，標準段寬18.3 m，車站頂板埋深約2.45 m，底板埋深約15.34 m。車站周邊主要構筑物為一城標建筑，該城標建筑高28.8 m，采用群樁基礎，共設置34根沉管樁，樁徑為377 mm，有效樁長15 m，樁頂標高為－2.9 m(相對原地面)，采用鋼筋混凝土樁體，樁體鋼筋籠頂部鋼筋錨入承臺，承臺為鋼筋混凝土結構。城標建筑邊緣距基坑最近處僅有3.5 m，城標建筑中心距基坑7.8 m，見圖1。

由于車站主體處在砂質粉土及粉砂層，車站基坑圍護結構采用 φ1000@750鉆孔咬合樁，樁長為28.3 m。內支撐采用一道鋼筋混凝土支撐+三道雙拼φ609鋼管支撐(一道換撐)形式。基坑土方分5步逐層開挖，開挖到設計高程后安裝相應的支撐。

2 基坑支護結構計算

2.1 計算方法說明

1)開挖階段地下墻為基坑的圍護結構，按“先變形，后支撐”的原則，采用增量法按開挖工況分階段進行結構計算。

2)圍護墻按豎向彈性地基梁計算，墻體在開挖面以下的土層采用一系列彈簧模擬，彈簧剛度K=AkH，其中A為彈簧所分擔的面積，kH為地基土的水平向基床系數。彈簧只承受壓力不承受拉力，當出現拉力時，應將該彈簧拆除重新計算。

3)支撐作為具有彈性壓縮的桿單元。

4)開挖階段采用朗肯理論計算主動土壓力，黏性土水土合算，砂性土水土分算。

5)開挖過程每一個階段的荷載為內外側不平衡土壓力的增量。

6)土體開挖卸載引起的土層彈簧的取消以及支撐的拆除均在相對應位置以一個反向集中荷載予以模擬。

7)按增量法計算所得每一階段的內力和變形僅為本階段內力和變形的增量，而真實的內力和變形應為與前面各個階段內力和變形的累加值。

8)圍護結構計算使用同濟啟明星Frws2008軟件。

2.2 計算參數

1)計算時，城標建筑等效成荷載施加在城標建筑樁基礎中間及樁基礎底面，等效荷載大小為50 kPa。

2)場地土層參數見表1。

表1 場地土層參數

2.3 計算結果

圍護結構的位移及內力見圖2，城標建筑側土體沉降量分布見圖3。

地表沉降應滿足：樁基礎允許最大沉降值不應大于 10 mm［5］。

由圖3可見，基坑開挖使城標建筑側土體產生的最大沉降量為29.4 mm，超出允許最大沉降值，因此在施工過程中需要采取措施控制城標建筑的沉降，確保城標建筑的安全。

3 城標建筑變形控制措施

為了有效控制基坑開挖過程中城標建筑的沉降，對城標建筑基礎采用注漿加固，注漿孔間距0.8 m，正三角形布置，注漿深度為18 m(即地面至基坑底下3 m)，基礎與咬合樁之間采用φ800@600高壓旋噴樁止水，見圖4。

其他施工措施如下：

1)為防止咬合樁施工時的水土流失，施工時加大套管超前深度，避免成孔過程中涌砂等現象發生。

2)基坑開挖嚴格按照先撐后挖、分段、分塊、分層、對稱平衡限時的原則進行土方開挖，滿足基坑開挖的“時空效應”原理。土方開挖至基坑底部時，及時進行墊層的施工，并且在最短的時間內完成結構底板的施工。

3)基坑外城標建筑附近原則上不允許降水，以免由于降水引起城標建筑的不均勻沉降。在城標建筑附近設置回灌井，防止因基坑降水及圍護結構滲漏引起城標建筑地下水位下降。

4)加強工程監測，動態掌握施工全過程城標建筑的變形趨勢，在城標建筑周圍布置8個沉降觀測點。加強對城標建筑側地下水位和土體側向位移的監測。在基礎附近預留深層注漿管，施工單位可視現場情況及建筑變形情況進行注漿加固。

4 城標建筑沉降監測結果

監測結果表明，城標建筑最大沉降量為8 mm，滿足允許最大沉降值10 mm的要求。最大差異沉降為6 mm，監測點S2與S7之間水平距離為5 m，因此城標建筑最大傾斜僅為0.001 2，滿足高聳結構基礎傾斜＜0.006的規范要求。

5 結語

本工程周邊環境比較復雜，對基坑及地表變形要求高。為了確保周邊建筑物的安全，需要嚴格控制基坑周邊地層移動及土體變形。實踐表明，通過在建筑物與鉆孔咬合樁之間設置高壓旋噴樁止水帷幕，避免了水土流失引起的地表沉降。對建筑物基底土層進行注漿加固，可有效加強地層強度，同時增強既有建筑物基礎支持地層能力，降低基坑開挖對地層的松弛和擾動，減小既有建筑物的變形。

［1］劉建航，候學淵．基坑工程手冊［M］．北京：中國建筑工業出版社，1997．

［2］候學淵，楊敏．軟土地基變形控制設計理論和工程實踐［M］．上海：同濟大學出版社，1996．

［3］王紅雨，楊敏．基坑附近既有建筑物地基承載力減損的估算［J］．土木工程學報，2005，38(8)：95-101．

［4］沈健，李耀良，王建華．深基坑開挖對鄰近高架基礎影響的三維數值分析［J］．地下空間與工程學報，2005(4)：518-521．

［5］顧碩．地鐵隧道開挖對構筑物結構沉降控制分析［J］．科技資訊，2010(12)：98．

Analysis on influence of excavation of metro station's deep foundation pit upon adjacent buildings

TANG Meifang1，PU Ming2，GUI Jiangang3
(1．East China Survey and Design Co．，Ltd．，CREEC，Hangzhou Zhejiang 310004;2．Hangzhou Metro Co．，Ltd．，Hangzhou Zhejiang 310020;3．Hangzhou Architectural Design and Research Institute Co．，Ltd．，Hangzhou Zhejiang 310001)

The excavation of deep foundation pit may cause a stress variation in the soil mass around，which possibly lead to the deformation of the adjacent structures．The paper uses Hangzhou metro-bus station as the study object to analyze the influence of excavation on the adjacent structures．The results indicate that the excavation leads to an excessive settlement in the soil mass of the foundations，which can be resolved by either the water-stop curtain made by the high-pressure chemical churning pile or foundation grouting reinforcement．

Metro station;Deep foundation pit;Adjacent structures;Deformation control

(責任審編 李付軍)

U231+．4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．01．25

1003-1995(2014)01-0088-03

2013-02-20;

2013-04-30

湯梅芳(1980— )，女，江西萬載人，工程師。