青島地鐵麥島站深基坑開挖支護綜合分析

■李喜國 ■中鐵十八局集團第一工程有限公司，河北 涿州 072750

就目前來看，我國深基坑支護工程的數量呈現逐漸增加的趨勢，規模也在不斷擴大。深基坑支護工程建設中，開挖支護的施工周期長、資金成本高、施工難度大，因此需要予以充分的重視。同時，深基坑工程中地下設施安全、深基坑開挖、降水以及周圍建筑物的監測與保護等一系列項目非常重要，基坑開挖過程中若是導致水土環境變異狀況出現，都會引發基坑工程事故。針對這一實際狀況，深基坑支護設計過程中，應當確保支護結構類型與巖土層力學參數選取的合理性，對地下水進行合理的控制，在此基礎上確保基坑支護的經濟性、安全性。現階段，我國臨海地區中，先進行止水帷幕操作，然后再進行開挖處理的深基坑支護工程較少。本文主要針對青島地鐵麥島站深基坑開挖支護工程為實例，通過手算方法將受力關系還原，土壓力的計算評價主要采用等值梁法，驗算支護結構參數，為實際基坑施工提供參考。

1 工程概況

1．1 車站場地

麥島站，實質上就是青島2號線與5號線的換乘站，采用地下雙層(局部三層)島式站臺車，大里程端設停車線與聯絡線。車站基坑開挖深度18．5～25．5m，標準段基坑寬度約20．7m，車站基坑變形控制保護等級為一級。車站主體采用雙柱兩層、單柱三層框架結構。頂板、頂縱梁采用C45、P10防水混凝土，中板、中縱梁采用C30混凝土，底板、底縱梁采用C45、P10防水混凝土，邊墻采用C45、P10防水混凝土，中柱采用C50混凝土。鋼筋均為HRB400E鋼筋。主體圍護結構分段采用鉆孔灌注樁+內支撐或者鉆孔灌注樁+預應力錨索(錨桿)的支護體系。錨索采用抗拉設計強度為1320Mpa的鋼絞線(1*7標準型)。附屬結構(通道及風亭)的圍護結構采用鉆孔灌注樁+混凝土內支撐或者鉆孔灌注樁+預應力錨索的支護型式。鉆孔灌注樁為φ1000@1500mm，混凝土內支撐設置一道，斷面尺寸為800mm*1000mm，錨索同主體圍護結構部分。消防疏散通道跨度較小(凈跨2m)，在地下段采用暗挖法施工，敞口段采用明挖法施工。

1．2 水文條件與工程地質

麥島站位于地勢低洼處，地形整體兩端高，中間低。地表為現代多層、高層建筑、道路及路邊綠化帶。現孔口地面標高:17．56～24．91米。場區地貌類型為剝蝕～剝蝕堆積斜坡，后經人工回填改造。通過鉆探揭示，場區表覆第四系全新統人工堆積素填土，揭露第四系土層厚度0．6～8．0m。下伏燕山晚期粗粒花崗巖，局部地段穿插有煌斑巖、細粒花崗巖等脈巖;局部地段發育碎裂巖等構造巖。車站場地基坑開挖范圍中的第四系孔隙水，其性質主要為潛水，含水層中主要包括碎石土、含砂粘性土以及中粗砂，屬于弱一強透水層范疇;微風化巖、全風化巖以及粉質黏土層的富水性比較差，屬于相對隔水層。麥島站及其周圍個稅層的厚度處于不均勻狀態，但是其分布呈現連續性，所以基巖裂隙含水層與松散巖類孔隙含水層之間的水力聯系不密切。

2 基坑支護方案設計

2．1 選取支護方案

對于基坑支護方案的設計，應當遵循防水一支護基本原則，即:“剛柔結合、多道防線”。基坑維護工作中，邊幫巖土體主要承力支護結構主要應用預應力錨桿加鉆孔灌注樁，輔助支護主要選用高壓注漿與旋噴方式。高壓注漿方式主要應用于基巖中風華帶的處理，高壓旋噴方式主要應用于基巖強風化帶以上邊幫土層的處理。不論是下部中風化基巖注漿，還是上部土層高壓旋噴，都應當達到帷幕截滲與土層加固效果。

2．2 計算支護結構

手工計算主要選用等值梁法，主要是對土壓力進行計算，然后獲取反彎點的具體位置，以此獲取最大彎矩，

利用等值梁法進行手工試算，方法是通過計算土壓力，得出反彎點的位置，得到最大彎矩，最后對配筋進行確定。

2．2.1 計算土壓力

(1)基坑土壓力。從樁土摩擦作用來看，在對被動土壓力系數進行計算的過程中，應當充分考慮修正系數K，獲取被動土壓力稀疏修正值為3．86。對反彎點位置與主動土壓力強度進行計算，獲取樁后土壓力1621．3KN/m。如圖1所示，主動土壓力的分布示意圖。

(2)承力樁的彎矩及其受力特點。承力樁錨固受力點為三個力學形狀存在一定差異的層位接觸面，那么 A點土壓力強度為 60．34kPa，B點土壓力強度為94．50kPa，C 點土壓力強度為 106．88kPa;懸臂荷載 RARA為196．6kN/m，懸臂荷載 RB為245．76kN/m;懸 臂 荷 載RB為302．08kN/m。將彎矩零點設定為基坑底2．8m處，獲取承力樁A點彎矩為 3335．6kN·m，B點彎矩為 3391．5kN·m，C點彎矩為3262．42kN·m。

2．2.2 承力樁強度條件

擋土結構中，鉆孔灌注樁處于受力狀態的時候，可以將其當作沿著周邊進行均勻配置的縱向鋼筋圓形截面鋼筋混凝土偏心受壓構件，計算其正截面受壓承載力，主要根據以下公式:

圖1 基坑主動土壓力分布示意圖

這一公式中:fy主要代表的是鋼筋強度設計值，其公式符號為MPa;fcm主要代表的是承力樁抗彎剛度設計值，其公式符號為N/mm2;at主要代表的是縱向拉筋截面面積與全部縱向鋼筋截面面積的比值，若是a＞0．625時，則取at=0;a主要代表的是受壓區混凝土截面面積的圓心角(rad)系數(與2π比值);r主要代表的是承力樁體半徑，其公式符號為mm2;As主要代表的是全部縱向鋼筋截面面積，其公式符號為mm2;A主要代表的是承力樁截面積，其公式符號為mm2;Mc主要代表的是承力樁抗彎承載力，其公式符號為N·mm。

2．2.3 基坑抗流砂的穩定性

地下水從高處流向低處的過程中，對于最大滲透力的計算主要根據貼墻體最短路線，抗流砂的穩定安全系數KLS應必須與以下公式相符

這一公式中:yw主要代表的是地下水重度，其公式符號為kN/m3;hw主要代表的是墻后地下水位埋深，其公式符號為m。

結果顯示，KLS=2．2≥2．0，基坑底流砂的穩定性符合相應標準。

3 結語

綜上所述，青島地鐵麥島站在施工過程中的條件相對獨立，麥島站的深基坑支護等級為一級，應當綜合考慮防水與支護，邊幫支護結構應當選取預應力錨桿加鉆孔灌注樁，編班滲透、加固處理應當選用高壓注漿與高壓旋噴方式，能夠達到顯著的施工效果。

［1］麻鳳海，張維來，呂培印．地鐵車站深基坑開挖對土體影響的數值模擬［J］．遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2012(03)．

［2］王曉楠，王建良．深基坑支護結構內力與變形研究進展［J］．科學技術與工程，2012(21)．

［3］陳太紅，王明洋，解東升，等．地鐵車站基坑工程建設風險識別與預控［J］．防災減災工程學報，2008(03)．