某地鐵附屬基坑工法選取研究

黃　琴

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司城地院，湖北 武漢　430000)

0　引言

近年來，隨著我國大中型城市的發展，傳統的交通工具難以有效的滿足人們日常的出行需求，城市軌道交通的蓬勃發展成為必然的趨勢。目前，地鐵車站的設計與施工技術也已十分成熟，如何結合相關工程經驗，從安全性、環境保護、經濟性等方面優化圍護結構形式，獲得最合理的基坑圍護結構方案，具有十分重要的意義。

本文結合某城市地鐵車站設計前期的設計工作，對附屬圍護結構選型方案進行對比分析，以期獲得最合理的圍護結構方案，供類似工程設計工作者及科研人員參考。

1　工程概況

該地鐵車站位于兩條道路交叉口，車站沿主路東西向布置。車站為地下2層島式車站，車站頂板覆土深度約3 m。車站共設4個出入口、2組風亭(其中2個出入口分別與2個風亭合建)，附屬基坑開挖深度約9.85 m。

2　地質資料

根據巖土工程勘察報告，車站所處地域按成因為沖湖積低平水網平原地貌，60 m以淺土層為第四系全新世至早更新世沉積的疏松沉積物，以黏性土為主，間夾砂性土，各土層的物理力學見表1。

表1　各地層主要物理力學性質表

本車站所處站位于②y淤泥質粉質黏土層深厚且土質較差，附屬基坑坑底均位于②y層，本次設計中對于坑底位于②y淤泥質粉質黏土層的區域，均采用三軸攪拌樁抽條加固，加固區域為坑底以下3 m。

3　水文資料

本車站所處位置承壓水層與微承壓水層相互貫通，附屬結構底板處于微承壓水層中或者距離微承壓水層很近。

4　工法比選

基坑圍護方案的選擇應在確保基坑工程安全性與變形控制要求的前提下，盡可能的降低基坑工程造價。在本次基坑圍護設計中，根據場地條件、土層地質條件、圍護方案造價、現有工程技術水平，對2個出入口不同圍護方案進行比選，初步擬定的基坑圍護方案有：850@600 SMW工法、800@1 000灌注樁+850@600三軸攪拌樁止水帷幕、600厚地墻。

4.1　1號出入口方案比選

1)基坑周邊環境：基坑寬約11 m～15 m，長約35 m；最近處距離市民活動中心6.15 m；市民活動中心為地上5層建筑群，地下人防2層，采用筏板基礎；

2)基坑支撐系統：基坑深度約8.495 m，支撐系統采用混凝土支撐+鋼支撐；

3)三種工法計算結果、經濟比選:不同工法的基坑圍護結構，由于墻底埋深相同，土質條件相同，穩定性計算結構基本一致，根據計算，圍護結構穩定性驗算結果為：整體穩定性1.91；墻底抗隆起5.03；坑底抗隆起2.01；抗傾覆2.17。根據相關規范要求，計算結構能夠滿足基坑穩定性要求。

圍護結構位移及內力計算結果如表2所示。

表2　圍護結構的位移及內力計算結果

計算結果表面，在圍護結構深度、基坑開挖深度相同的情況下，密插的SMW工法所產生的墻體位移和彎矩均較小，灌注樁、地連墻圍護所產生的墻體位移和彎矩相差不大。

不同圍護結構所產生的差異費用對比如表3～表5所示。

表3　方案一造價計算表

綜上所述，對于以上3種施工工法，單從計算結果來看，密插的SMW工法在產生墻體位移和彎矩以及經濟性方面均有優勢，灌注樁、地連墻墻體位移和彎矩均能滿足設計要求，且灌注樁較密插的SMW工法造價整體增加不大。

表4　方案二造價計算表

表5　方案三造價計算表

根據地勘提供的鉆孔揭示，基坑坑底位于②y淤泥質粉質黏土層，且②y層層厚約12 m，地質較差；而SMW工法圍護墻在土體壓力作用下的變形則以局部彎曲變形為主，整個圍護墻沿深度成S形變化；考慮到工法樁在淤泥層成樁效果不好，從結構安全性角度考慮，選用800@1 000灌注樁+850@600三軸攪拌樁止水帷幕圍護。

4.2　3號出入口方案比選

1)基坑周邊環境：基坑寬約7.83 m～12.25 m，長約56 m；最近處距離中國銀行4.64 m，中國銀行支行為主樓9層～13層，裙樓1層～2層,采用預應力混凝土管樁基礎；

2)基坑支撐系統：基坑深度約9.415 m，支撐系統采用混凝土支撐+鋼支撐；基坑抗突涌不滿足要求，需降微承壓水水頭約6.5 m；

3)三種工法計算結果、經濟比選:不同工法的基坑圍護結構，由于墻底埋深相同，土質條件相同，穩定性計算結構基本一致，根據計算，圍護結構穩定性驗算結果為：整體穩定性1.81；墻底抗隆起5.92；坑底抗隆起2.03；抗傾覆1.30。根據相關規范要求，計算結構能夠滿足基坑穩定性要求。

圍護結構位移及內力計算結果如表6所示。

表6　圍護結構的位移及內力計算結果

計算結果表明，在圍護結構深度、基坑開挖深度相同的情況下，密插的SMW工法所產生的墻體位移和彎矩均較大，灌注樁、地連墻圍護所產生的墻體位移和彎矩相差不大。

不同圍護結構所產生的差異費用計算同表3～表5，得出3號出入口密插的SMW工法圍護結構總造價172.95萬元；800@1 000灌注樁+850@600三軸攪拌樁止水帷幕總造價172.95萬元；600厚地墻總造價172.95萬元。

綜上所述，對于以上3種施工工法，單從計算結果來看，密插的SMW工法所產生墻體位移和彎矩較大，灌注樁、地連墻墻體位移和彎矩有明顯的優勢，密插的SMW工法、灌注樁、地連墻圍護造價逐步遞增。

考慮到基坑邊緣距離中國銀行距離很近，施工場地狹小，三軸攪拌樁成樁困難，而地連墻剛度大，基坑整體性好，對周邊環境影響小，綜合考慮選用600厚地連墻。

5　結語

1)在本次附屬圍護結構設計中，可考慮采用的基坑圍護結構包括3種：850@600 SMW工法、800@1 000灌注樁+850@600三軸攪拌樁止水帷幕、600厚地墻。

2)對于以上3種施工工法，SMW工法施工強度大、止水性好，且內插的型鋼可拔出反復使用、經濟性好，對于地質條件良好、周邊環境影響小的附屬基坑可優先選用。

3)在本次基坑圍護結構設計中，地質、水文條件均不利，且3號出入口周邊環境受限制，在綜合考慮各種工法的優缺點后，有針對性的選擇適宜工法，是值得類似工程借鑒的。

4)圍護結構的造價以SMW工法、鉆孔樁加攪拌樁止水、地下連續墻的順序逐步遞增，而且增幅越來越大；對于10 m左右的附屬結構優先選用SMW工法，但要結合基坑周邊具體情況進行分析，通過軟件計算、造價比選來確定最終方案，在總體造價增加不多的情況下，優先選擇對基坑安全更有利的方案。