低凈空條件下深基坑支護設計

陳 鵬

（中鐵上海設計院集團有限公司天津分院 天津市 300073）

1 工程概況

三間房車輛段出入段線區間東接西二環路站，西接三間房車輛基地。起止點里程為左（右）線：SJFDc（r）K0+035.060～SJFDc（r）K1+500.000，出入段線線路采用V形坡，最大坡度為34‰，線路長1464.940m。區間采用兩端明挖法+中間盾構法施工。

西二環處明挖區間為四線并行明挖區間，出入段線左右線位于內側，正線左右線位于外側。明挖區間位于西二環路站西側，下穿西二環鄂爾多斯立交橋，西二環規劃紅線寬度70m，目前已實現規劃。下穿處鄂爾多斯立交橋為3跨連續鋼箱梁，下穿處橋跨55m，橋面寬度30m，橋梁基礎采用樁基，樁長50m，樁徑1.5m，橋下凈空約6m，區間結構外皮與橋樁最小凈距約5m。明挖區間采用地下兩層箱體框架的結構形式。明挖區間段寬度約20.12～37.88m，結構底板埋深約17.66～22.30m。

圖1 三間房車輛段出入段線明挖區間與鄂爾多斯立交橋關系圖

圖2 鄂爾多斯立交橋現狀圖

2 工程地質及水文地質

2.1 工程地質

雜填土①1層：雜色，松散～稍密，稍濕，以黏性土、粉土、砂為主，含少量混凝土塊、磚塊、碎石及建筑、生活垃圾等，連續分布，層厚為0.7～5.7m，層底標高為 1043.70～1048.85m。

素填土①2層：黃褐色，松散～稍密，稍濕，以粉土、砂土為主，土質不均，含少量磚屑，連續分布層厚為0.9～3.7m，層底標高為1043.13～1046.85m。

粉質黏土③2層：黃褐色，可塑，含鐵、錳氧化物，局部夾粉土薄層，可見小孔隙，斷面粗糙，中等壓縮性，連續分布，層厚為0.8～7.0m，層底標高為 1027.32～1035.71m。

粉土③3層：褐黃色，含鐵錳氧化物和云母片，無搖振反應，可見小孔，孔隙比e=0.590，為密實狀態，稍濕，中等壓縮性，透鏡體分布，層厚為0.3～3.8m，層底標高為 1031.10～1045.54m。

細砂③5層：黃褐色，以長石、石英為主，顆粒均勻，級配一般，N=34，密實，飽和，中等壓縮性，連續分布，層厚為0.8～10.6m，層底標高為1023.60～1035.83m。

中砂③6層：褐黃色，主要成分為石英、長石、云母，顆粒不均，級配一般，N=35，密實，飽和，低壓縮性，局部分布，層厚為1.7～8.6m，層底標高為1029.26～1043.71m。

圓礫③9層：雜色，密實，飽和，一般粒徑6～35mm，最大粒徑不小于110mm，粒徑大于2mm的顆粒占總質量的55%，中砂、粗砂及黏性土充填，連續分布，層厚為0.6～9.8m，層底標高為1034.76～1044.01m。

卵石③10層：雜色，密實，飽和，一般粒徑25～85mm，最大粒徑不小于150mm，粒徑大于20mm的顆粒占總質量的52%，中砂、粗砂及黏性土充填，透鏡體分布，偶夾黏土夾層，層厚為7.5～7.6m，層底標高為1035.57～1036.41m。

黏土④1層：灰色～灰黑色，可塑，含鐵錳氧化物和少量姜石，含有機質，局部夾粉土薄層，可見小孔隙，斷面粗糙，中等壓縮性，透鏡體分布，層厚為1.2～2.0m，層底標高為1013.69～1019.51m。

粉質黏土④2層：灰色～灰黑色，可塑，含鐵、錳氧化物和少量姜石，含有機質，有機質含量約8.0%，局部夾粉土薄層，可見小孔隙，斷面粗糙，中等壓縮性，連續分布，層厚為10.0～26.7m，層底標高為994.41～1013.57m。

粉土④3層：灰色～灰黑色，含鐵錳氧化物和云母片，少量姜石，無搖振反應，可見小孔，含有機質，孔隙比e=0.534，為密實狀態，稍濕，中等壓縮性，透鏡體分布，層厚為0.9～5.2m，層底標高為1006.10～1009.85m。

細砂④5層：灰色，以長石、石英為主，顆粒均勻，級配一般，N=44，密實，飽和，中等壓縮性，連續分布，層厚為3.0～12.7m，層底標高為1005.32～1025.01m。

2.2 水文地質

本次勘察鉆孔最大深度55m，在勘察深度范圍內，經現場實測，本場地賦存一層地下水，地下水類型為潛水（二）。本次勘察未見上層滯水，但由于大氣降水、管道滲漏等原因，擬建區間場地內不排除局部存在上層滯水的可能性。現狀地下水位深度約12m。

3 設計方案

3.1 圍護結構形式的選擇

明挖區間下穿鄂爾多斯立交橋處，橋下凈空約6m，屬于低凈空條件。根據呼和浩特市地下水保護要求，限制抽取地下水，故本明挖區間需采用止水方案。根據工程經驗，圍護結構主要有鉆孔咬合樁和地下連續墻兩種方案，鉆孔咬合樁具有低凈空條件下施工難度相對小，施工工期相對較短，投資相對較小的特點，同時具有施工精度較低，樁與樁之間咬合效果難以保證的缺點，難以保證止水效果；地下連續墻具有整體剛度大，可有效約束基坑周邊變形，對鄂爾多斯立交橋起到較好的保護作用，且地連墻接頭較少，止水效果較好，但是低凈空條件下施工難度大，成槽設備需要特殊改造，鋼筋籠需要分節吊裝，投資相對較大。

本明挖區間工期滿足要求，為了保證基坑本身及鄂爾多斯立交橋的安全，經綜合分析，本區間采用地連墻圍護結構。

3.2 詳細設計方案

3.2.1 設計原則及標準

（1）在基坑工程設計中，要堅持保證支護體系安全可靠、保護環境、方便施工和經濟性的原則。

（2）基坑支護設計、施工與基坑開挖，應綜合考慮地質條件、基坑周邊環境要求、主體地下結構要求、施工季節變化及支護結構使用期等因素，因地制宜、合理選型、優化設計、精心施工、嚴格監控。

（3）結構設計中應嚴格控制基坑開挖施工中引起的地面沉降量。應對由于土體位移可能引起的周圍建筑、構筑物、地下管線產生的危害加以預測，并提出安全、經濟、技術合理的基坑支護措施。

（4）基坑支護應滿足下列功能要求：

①保證基坑周邊建（構）筑物、地下管線、道路的安全和正常使用；

②保證主體地下結構的施工空間。

（5）支護結構布置應滿足建筑、車輛、設備等限界的要求，并按規范允許的結構受力變形、施工誤差等要求進行放線施作。

（6）基坑支護結構采用以分項系數表示的極限狀態設計法設計。

（7）支護結構在施工期間考慮其承載能力及變形對基坑安全和周邊環境的影響。

（8）基坑內支撐體系的整體設計使用期限為24個月，連續墻與抗浮梁為永久結構。

（9）支護結構安全等級為一級，基坑支護結構構件的重要性系數γ/0=1.1。

（10）支護結構應滿足基坑穩定要求：不產生傾覆、滑移和局部失穩；基坑底部不產生隆起、管涌；支撐系統不失穩。

（11）結構設計應按最不利情況進行抗浮穩定驗算，在不考慮側壁摩擦阻力時，其抗浮安全系數不得小于1.05，當計及側壁摩阻力時，其抗浮安全系數不得小于1.15，當結構抗浮不能滿足要求時，應采取相應的工程措施。

（12）基坑周邊超載：標準段為20kPa，盾構段為30kPa。

3.2.2 設計方案

沿基坑豎向布3道支撐，第一道采用800×1000mm鋼筋混凝土支撐，混凝土支撐最大水平間距9.0m；第二、三道支撐采用800×16鋼管內支撐，鋼支撐平向間距3m，并在鄂爾多斯立交橋下適當加密。墻頂設置鋼筋混凝土冠梁，冠梁截面b×h=1.6m×1.0m，第一道支撐撐在冠梁上，如圖3所示。

3.3 施工技術要求

（1）施工前必須對周邊環境條件及基礎資料進行進一步摸排、核實，并根據實際情況對施工風險進行預估，如有必要需進行專題研究解決。

（2）施工前需仔細閱讀本區間詳勘報告，并需在施工過程中與實際地質情況進行核對，如有不一致，應及時通知勘察及設計單位。

（3）施工前，施工方需對根據本區間風險源等級劃分，制定有針對性的施工方案及應急預案。

圖3 圍護結構平剖面圖

（4）本區間明挖段支護結構采用連續墻+內支撐+坑內疏干降水的形式，支護結構施工中地下水位降至基底1.0m。基坑邊緣設置鐵質防護欄桿；距離基坑邊緣2m范圍內，不得堆載；1倍基坑深度范圍內堆載不得超過20kPa。

（5）基坑開挖到底后，必須嚴格執行驗槽制度，核實基底標高，防止超挖；核實基底土層并做釬探試驗，確保地基承載力滿足要求；避免施工擾動土體或基底土泡水；此外，接地工程完成后，需經相關專業人員確認滿足要求后，方能進行下一步澆筑墊層施工。

（6）鄂爾多斯立交橋下凈空較低，圍護結構施工時應采用合理的施工工藝，確保地連墻成槽質量及鋼筋籠的整體性，以確保施工安全。