地鐵車站基坑支護(hù)參數(shù)選取的思考

◎房昕

本文針對(duì)地鐵車站基坑設(shè)計(jì)要求，從地質(zhì)參數(shù)、支撐布置、內(nèi)力與變形計(jì)算方法、支錨剛度、材料抗力和配筋等方面，對(duì)基坑支護(hù)計(jì)算需要注意的幾個(gè)問題進(jìn)行探討。

引言：隨著地鐵建設(shè)的發(fā)展，地下空間開發(fā)規(guī)模越來越大，基坑也越來越深。這些深大基坑通常都位于城市樞紐，常常緊鄰建筑物、交通干線及各種地下管線，施工場地狹小、施工周期緊張。地鐵車站基坑多采用內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)。支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)一般通過理論估算與軟件（理正或者啟明星）設(shè)計(jì)來綜合考慮。本文對(duì)內(nèi)支撐計(jì)算過程中一些問題進(jìn)行了總結(jié)。

一、地質(zhì)參數(shù)的選取

地質(zhì)參數(shù)作為支護(hù)結(jié)構(gòu)選取的已知條件，對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)有直接影響。應(yīng)選擇附近有代表性的鉆孔，獲得直剪固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)外，還需提供滲透性指標(biāo)。對(duì)于粉性土和砂土還需提供土的顆粒級(jí)配曲線等。

二、支撐布置

圖1內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)

內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)是由支護(hù)樁（墻）、圍檁、水平支撐、鋼立柱和立柱樁等組成，見圖1。地鐵車站基坑多采用鋼筋混凝土支撐+鋼管撐的形式，一般情況采用對(duì)撐，并在基坑四角設(shè)置水平角撐，鋼支撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接處設(shè)置圍檁。支撐的層數(shù)應(yīng)視基坑周圍環(huán)境要求、基坑地質(zhì)條件和基坑深度等因素而定。上、下層水平支撐軸線應(yīng)布置在同一豎向平面內(nèi)，豎向相鄰支撐的水平凈距不宜小于3m，當(dāng)采用機(jī)械開挖及運(yùn)輸時(shí)，不宜小于4m。第一道水平支撐的圍檁可同時(shí)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂?shù)墓诹?，為降低?jì)算深度，可以放低墻頂圈梁的標(biāo)高，但不宜低于自然地面以下3m。同層鋼筋混凝土支撐水平間距不大于9m，鋼支撐水平間距不大于4 m，上、下層鋼筋混凝土支撐與鋼管撐的水平間距成比例設(shè)置，便于出土。

三、內(nèi)力與變形計(jì)算方法

內(nèi)力手算比較準(zhǔn)確的方法為山肩邦男精確解法。但是該法計(jì)算非常繁瑣。實(shí)際施工中，一般采用山肩邦男近似解法計(jì)算，按山氏近似解法計(jì)算的結(jié)果，一般都大于山氏精確解，橫向軸力稍大于精確解，最大彎矩約大10%，近似程度相當(dāng)高。根據(jù)彎矩利用規(guī)范中提供的公式采用結(jié)構(gòu)力學(xué)圖乘法計(jì)算，驗(yàn)算變形。軟件中提供了彈性支點(diǎn)法，可以得到變形。

四、支錨信息

1.支錨剛度計(jì)算。

支撐支錨剛度計(jì)算方法見公式（1）。

式中：KB：支撐結(jié)構(gòu)水平剛度系數(shù)；

α：與支撐松弛有關(guān)的系數(shù)；

E：支撐構(gòu)件材料的彈性模量（N/mm2）；

A：支撐構(gòu)件斷面面積（m2）；

l：支撐構(gòu)件的受壓計(jì)算長度（m）；

S：支撐水平間距（m）。

2.材料抗力計(jì)算。

支撐支錨剛度計(jì)算方法見公式（2）。

式中：T：支撐結(jié)構(gòu)材料抗力；

φ：軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，查閱結(jié)構(gòu)手冊(cè)；

ζ：與工程有關(guān)的調(diào)整系數(shù)；

A：支撐構(gòu)件斷面面積（m2）；

fy：抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，（kN/m2）。

五、冠梁簡化計(jì)算方法

冠梁按以對(duì)撐和角撐構(gòu)件為約束支座的多跨連續(xù)梁[3]，計(jì)算跨度可取相鄰支撐點(diǎn)的中心距。對(duì)撐與角撐離散為以豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)及立柱作為豎向約束的連續(xù)梁或單一構(gòu)件，兩端受壓，豎向承受自重及其他施工荷載。冠梁配筋按照偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，先判斷偏心類型，然后配筋。

六、結(jié)論

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)受周圍環(huán)境要求、地質(zhì)條件、現(xiàn)場施工條件和基坑深度等多種因素影響，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保地質(zhì)參數(shù)、支錨剛度、材料抗力和鋼筋等設(shè)計(jì)準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上，才能得到合理的支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)。