超厚卵石層深基坑圍護結構形式適用性分析

趙閣克 趙博洋 付敬卓

摘要：通過對國內外卵石地層基坑支護形式及參數的調研，文章對卵石基坑圍護結構的適用性進行分析，得出結論：（1）調研了洛陽、成都、北京、長沙、蘭州等地188種卵石基坑（洛陽地區30個）常用圍護結構型式，發現深度超過16 m的基坑案例，采用樁+內支撐的結構形式的使用頻率最高，約70 %。（2）共調研了卵石地區共計57個案例，得出了基坑深度與內支撐數量呈正相關。結合洛陽地鐵基坑深度，對深度超過16 m的深基坑，推薦選擇樁+3/4內支撐的支護結構型式。（3）卵石地區嵌入比的選擇主要分布于0.2～0.5，且隨著基坑深度增加，樁徑增大，導致嵌入比有逐漸減小的趨勢。

[基金項目]洛陽市軌道交通1號線科研項目（項目編號：LYG01-ZX-HYFW-（2017）118-CHISCKY）

[作者簡介]趙閣克（1980—），男，本科，工程師，主要從事地鐵基坑圍護結構形式研究工作。

[通信作者]趙博洋（1998—），男，碩士，主要從事地鐵基坑圍護結構形式研究工作。

深基坑工程是地鐵建設過程中一種常見的臨時地下工程，由于支護型式設計和施工時機不當極易引發一系列安全問題：2005年廣州市海珠城廣場基坑因為超挖使得內支撐布置不合理、道數不夠而導致坍塌事故;2007年深圳地鐵1號線大新站因為基坑開挖過快，內支撐架設未能跟上開挖速度導致基坑垮塌;2012年武漢地鐵土家灣站因開挖至9.4 m卻未及時施作第2道內撐造成基坑坍塌。以上事故的發生，在于對變形規律認識不清，而基坑塌方的突發性極易造成施工人員傷亡，導致嚴重的經濟財產損失。

近年來，隨著我國城市軌道交通的快速發展，相繼在北京、成都和洛陽等城市的地鐵基坑開挖過程中遇到了大面積的卵石地層。洛陽軌道交通1號線面臨的高水位、超厚卵石層，滲透系數之大，在國內同類工程中罕見，其基坑開挖的重難點表現在卵石地層穩定性差，地下水位高，基坑施工困難（圖1）。

為解決洛陽市軌道交通1號線建設中高水位超厚卵石層深基坑建設關鍵技術研究的問題，本文以通過調研分析國內卵石地層的基坑支護結構形式及其參數，分析影響卵石地層基坑支護結構選型的主要因素，為類似洛陽市軌道交通1號線高水位超厚卵石地層地鐵修建技術提供建議。

1 卵石基坑圍護結構選型適用性分析

為了解決卵石地層圍護結構的標準化問題，共調研了國內外包括成都、北京、長沙、蘭州和洛陽等地188種卵石基坑。經總結，其中主要采用了7種圍護結構形式，其中樁+內支撐用的最多為101次，約占53.16 %（圖2）。

為研究基坑支護結構選型的適用性，針對基坑深度與基坑地質條件進行深入分析。

1.1 不同深度條件下結構型式及占比

通過對國內外57個卵石地層支護結構案例分析，將不同深度范圍內支護結構使用頻率繪制如圖3所示。

（1）基坑深度為6～11 m 時用了6種圍護結構形式，其中土釘墻使用次數最多，約占了40 %，一般不使用內支撐。

（2）基坑深度為11～16 m時用了7種圍護結構形式，其中土釘使用次數最多，約占了40 %，錨樁和噴錨網用的較多，都占了23 %。

（3）基坑深度為16～21 m時用了5種圍護結構形式，其中樁+內支撐使用次數最多，占了70 %。

（4）大于21 m時也用了5種圍護結構形式，其中樁+內支撐使用次數最多，占了70 %。

1.2 豎向內支撐數量的選擇

共調研全國57個卵石基坑的支撐數量與基坑開挖深度的關系，繪制出支撐數量與開挖深度的關系曲線（圖4）。

可以得出，隨著基坑開挖深度的增加，所需的豎向內支撐數逐漸增加。基坑深度在7 m以下時，內支撐數量為1;基坑深度在7～15 m時，內支撐數普遍為2～3道，當基坑深度為15～24 m時，內支撐數量為3～4;基坑深度超過25 m的少部分深基坑采用了第5道內支撐。

1.3 卵石基坑的圍護結構嵌入比研究

基坑的嵌入比是影響基坑穩定和坑底抗隆起穩定系數的一個重要指標。樁的嵌入比定義為樁的嵌入深度與基坑底部以上樁長（當樁頂位于地面時，可用基坑深度近似代替）的比值，是評價樁體長度設計經濟性的重要指標。

1.3.1 嵌入比影響指標及其控制標準

本工程基于理正深基坑設計軟件對基坑圍護結構的嵌入比進行優化。理正深基坑支護軟件依據JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》和北京、上海、天津、廣東、深圳、廣州、武漢的地方規范以及冶金部行業規范等共10個基坑規范編制。分別采用經典法和彈性法（包括全量法和增量法）完成懸臂式或支錨式單排樁、雙排樁、地下連續墻、鋼板樁、水泥土墻（包括方法）、土釘墻、天然放坡等多種支護形式的計算。計算項目包括土壓力計算、支護構建內力計算及配筋、錨桿及內撐計算、整體穩定計算、抗傾覆計算、抗隆起計算、抗管涌計算、承壓水計算，可輸出圖文并茂的詳盡的計算書。并可根據基坑的實際形狀和內撐鋪桿的實際布置形式進行三維整體計算。算時可模擬整個施工過程（如開挖、加撐、換撐、拆撐），慮土層與支護結構的共同作用，結果安全可靠。

巖土工程與地下工程趙閣克， 趙博洋， 付敬卓： 超厚卵石層深基坑圍護結構形式適用性分析

計算依據理正深基坑計算所得的的地表位移、整體穩定性、抗傾覆能力、抗隆起能力和抗管涌能力等結果對卵石深基坑圍護結構嵌入比進行優化（表1）。

圍護結構計算規范與規程參照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）基坑等級為一級，基坑側壁重要性系數取1.1，圍護結構內力采用增量法進行計算。結構計算模型如圖所示，基坑深度為20 m，咬合灌注樁嵌固深度為H，樁直徑1.0 m，樁間距0.75 m（素混凝土樁和鋼筋混凝土樁交替），冠梁尺寸1.7 m×1.0 m，基坑從上到下共四道內支撐，第一道為混凝土支撐，第二、三和四道內支撐為609 mm，t=16 mm的鋼管支撐，混凝土強度等級為C30。

1.3.2 圍護結構嵌入比調研

國內砂卵石土分布較為廣泛的有北京、成都、長沙和蘭州等地。通過調研得到了相似底層的嵌入比（圖5）。

圖5給出了卵石地區基坑嵌入比選擇的分布規律，可以看出，卵石地區嵌入比的選擇主要分布于0.2～0.50，且隨著基坑深度增加，樁徑增大，導致嵌入比有逐漸減小的趨勢。

根據統計資料可以看出洛陽地區的設計嵌入比統計的其他卵石基坑的嵌入比普遍偏大，因此對圍護結構的嵌入比尚且有一定的優化空間。

2 結論

通過通過對國內外卵石地層基坑支護形式及參數的調研，對卵石基坑圍護結構的適用性進行分析，得出結論：

（1）調研了洛陽、成都、北京、長沙、蘭州等地188種卵石基坑（洛陽地區30個）常用圍護結構型式，發現深度超過16 m的基坑案例，采用樁+內支撐的結構形式的使用頻率最高，約70 %。

（2）共調研了卵石地區共計57個案例，得出了基坑深度與內支撐數量呈正相關。結合洛陽地鐵基坑深度，對深度超過16 m的深基坑，推薦選擇樁+3/4內支撐的支護結構型式。

（3）卵石地區嵌入比的選擇主要分布于0.2～0.5，且隨著基坑深度增加，樁徑增大，導致嵌入比有逐漸減小的趨勢。

參考文獻

[1] 陳偉，吳裕錦，彭振斌.廣州某基坑搶險監測及坍塌事故技術原因分析[J].地下空間與工程學報，2006（6）：1034-1039

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[4] 王洪新.基坑寬度對圍護結構穩定性的影響[J].土木工程學報，2011，44（6）：120-126.