軟土地區(qū)不規(guī)則地鐵深基坑分倉(cāng)圍護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

茆乘龍

摘 ?要：軟土地區(qū)深基坑開(kāi)挖往往存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形大、對(duì)周邊環(huán)境影響大的問(wèn)題。針對(duì)軟土地區(qū)不規(guī)則地鐵深基坑的情況，采用分倉(cāng)設(shè)計(jì)施工的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用啟明星軟件進(jìn)行計(jì)算，并采用PLAXIS有限元軟件分析了基坑降水和基坑開(kāi)挖對(duì)已建建筑物和周邊環(huán)境的影響。分析結(jié)果表明該圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案能夠確保基坑施工安全，并有效保護(hù)基坑周邊建筑物和道路管線。

關(guān)鍵詞：軟土地區(qū)?? 地鐵?? 不規(guī)則深基坑?? 分倉(cāng)圍護(hù)

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TU753???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on the Application of the Separate Silo Enclosure Design of Irregular Deep Subway Foundation Pits in Soft Soil Areas

MAO Chenglong

（Jiangsu Xiangkai Geotechnical Engineering Co. Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 210001 China）

Abstract： The excavation of deep foundation pits in soft soil areas often has the problems of the large deformation of the envelope structure and large impact on the surrounding environment. Aiming at irregular deep subway foundation pits in soft soil areas， this paper adopts the design scheme of enclosure structure designed and constructed by separate silos， uses Qimingxing software to calculate， and uses PLAXIS finite element software to analyze the impact of the precipitation and excavation of foundation pits on the built buildings and the surrounding environment. The analysis results show that the design scheme of the enclosure structure can ensure the safety of foundation pit construction and effectively protect the buildings and road pipelines around foundation pits.

Key Words： Soft soil area; Subway; Irregular deep foundation pit; Separate silo enclosure

隨著中國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快和國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提升，深基坑工程的規(guī)模越來(lái)越大，工況越來(lái)越復(fù)雜，深基坑工程將會(huì)面臨越來(lái)越多的設(shè)計(jì)和施工上的問(wèn)題^[1]。

王若展^[2]指出基坑開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形是深基坑工程安全事故的主要原因，不僅對(duì)相關(guān)施工人員的生命安全造成嚴(yán)重的威脅，還會(huì)對(duì)地表或者周邊交通的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成嚴(yán)重的影響。佀偉^[3]基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了西安地鐵某深基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近既有地下污水、燃?xì)狻㈦娏芫€的影響。

項(xiàng)寶等人^[4]采用數(shù)值計(jì)算的方法， 確定了基坑降水開(kāi)挖對(duì)鄰近鐵路橋梁的影響分區(qū)。張江華等人^[5]進(jìn)行基坑開(kāi)挖分區(qū)、分段、分層數(shù)值模擬優(yōu)化研究，對(duì)比分析了不同開(kāi)挖方式對(duì)基坑變形及周邊地表變形的影響規(guī)律。范磊等人^[6]分析了兩側(cè)基坑近距離施工對(duì)既有車(chē)站的影響規(guī)律及作用機(jī)理。

考慮不同的假設(shè)條件和因素，支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法可分為古典法、解析法和有限元法^[7]。劉勇健^[8]基于廣州某深基坑工程，針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度和土體的彈性模量對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1? 工程概況

1.1? 項(xiàng)目周邊環(huán)境

項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于南京市江北新區(qū)珍珠路和規(guī)劃浦烏路西側(cè)，北臨頂山街道珍珠街垃圾中轉(zhuǎn)站（兩項(xiàng)目基坑距離約15 m），以及基層社區(qū)用地等；西臨規(guī)劃教育用地；東南側(cè)緊鄰現(xiàn)頂山街道供電所及其他1F～4F民用建筑等；南距南京地鐵4號(hào)線二期珍珠泉站直線距離約50 m。

1.2? 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目建筑主體高度為34.20 m，地上共7層，地下2層，地上建筑面積約66 960 m²，地下建筑面積約41 358 m²。地下室主要功能為地下停車(chē)、設(shè)備用房及消防水池泵房。主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)形式。基礎(chǔ)形式主要為灌注樁基礎(chǔ)，基坑開(kāi)挖深度10.05～10.55 m。

1.3? 項(xiàng)目地質(zhì)及水文條件

項(xiàng)目場(chǎng)地隸屬于崗前長(zhǎng)江漫灘地貌單元，地勢(shì)總體較為平坦，略有起伏。

項(xiàng)目基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)主要土層為：①-1，雜填土；①-2，素填土；②-1b2-3，粉質(zhì)黏土；②-2b3-4，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。基坑開(kāi)挖面以下主要土層為：②-2b3-4，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；②-3b3+c2-3，粉質(zhì)黏土夾粉土；②-3d2-3，粉砂；②-3e3，圓礫夾粉質(zhì)黏土；③-2b2，粉質(zhì)黏；③-2e，粉質(zhì)黏土夾碎石；③-2c1-2，黏質(zhì)粉土；③-3b1-2，粉質(zhì)黏土；3-4e，粉質(zhì)黏土夾碎石；K2p-2，強(qiáng)風(fēng)化砂巖；K2p-3p，中等風(fēng)化砂巖（破碎）。

場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水與基巖裂隙水。松散巖類(lèi)孔隙水為本場(chǎng)地內(nèi)主要地下水類(lèi)型，又分為孔隙潛水與微承壓水。孔隙潛水主要賦存于淺部人工填土層中，微承壓水含水層組主要由②-3b3+c2-3層粉質(zhì)黏土夾粉土及局部分布的②-3d2-3層粉砂、②-3e3層圓礫夾粉質(zhì)黏土等構(gòu)成。孔隙潛水水位按整平后地表下埋深0.50 m微承壓水位取4.40 m。

2? 基坑圍護(hù)方案

2.1? 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)

基坑設(shè)計(jì)使用年限：2年；安全等級(jí)：二級(jí)；重要性系數(shù)：1.0。

基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)：二級(jí)。

2.2? 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及布置

考慮到基坑周邊有已建建筑、市政道路管線和排洪溝，對(duì)基坑變形控制要求較為嚴(yán)格。經(jīng)多方案對(duì)比，本項(xiàng)目采用鋼筋混凝土灌注樁作為豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在冠梁部位設(shè)置一道鋼筋混凝土支撐。

考慮到基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)存在潛水，對(duì)土方開(kāi)挖影響較大，在基坑內(nèi)部設(shè)置管井井點(diǎn)進(jìn)行疏干降水。由于基坑底部微承壓水層，在基坑內(nèi)部增設(shè)減壓管井井點(diǎn)對(duì)微承壓水層進(jìn)行減壓降水。

項(xiàng)目基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案：豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系采用?1000@1200/1400鉆孔灌注樁，圍護(hù)樁嵌固比0.44～1.84；止水帷幕采用?850@1200三軸深攪樁，止水帷幕穿透微承壓水層和透水層1.0 m；根據(jù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)進(jìn)度和基坑形狀，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用分倉(cāng)設(shè)計(jì)施工，在項(xiàng)目南北之間設(shè)置一道混凝土圍護(hù)樁，將項(xiàng)目分割為一區(qū)和二區(qū)，先施工一區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)，待一區(qū)主體結(jié)構(gòu)施工至±0.00后，進(jìn)行二期基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)施工。

2.3? 典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面計(jì)算分析

取巖層埋深大軟土層厚的AB段進(jìn)行計(jì)算分析。變形控制指標(biāo)取圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移26.38 mm，地面沉降量31.65 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形42.20 mm。

典型剖面處場(chǎng)地標(biāo)高為+8.50 m，坑底開(kāi)挖面標(biāo)高為-2.05 m，基坑開(kāi)挖深度為10.550 m。

地面荷載考慮半無(wú)限20 kPa。紅線外為珍珠路，道路路邊距離用地紅線47.0 m，不考慮附加荷載。西北側(cè)為已建市政環(huán)衛(wèi)設(shè)施，地上4層，無(wú)地下室，天然地基，考慮局部附加荷載40 kPa。

2.3.1 啟明星建模分析

建模分析考慮基坑開(kāi)挖和拆撐兩個(gè)階段。

根據(jù)圖1所示，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移10.80 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形25.00 mm，滿足變形控制指標(biāo)要求。

根據(jù)圖2所示，地面沉降最大19.9 mm，滿足變形控制指標(biāo)要求。

根據(jù)圖3所示，地面沉降最大20.2 mm，滿足變形控制指標(biāo)要求。

根據(jù)圖4所示，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移21.50 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形25.00 mm，滿足變形控制指標(biāo)要求。

2.3.2? PLAXIS建模分析

采用有限元軟件PLAXIS 2D 對(duì)典型剖面進(jìn)行有限元分析。模型寬度130 m，高度40 m，土體模型選用HS-small模型。

根據(jù)圖5所示，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移25.68 mm，滿足變形控制指標(biāo)要求。

根據(jù)圖6所示，地面沉降最大18.60 mm，滿足變形控制指標(biāo)要求。

根據(jù)圖7所示，環(huán)衛(wèi)用房側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移26.92 mm，稍大于變形控制指標(biāo)26.38 mm；另一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移24.70 mm，滿足變形控制指標(biāo)要求。

根據(jù)圖8所示，地面沉降最大18.95 mm，滿足變形控制指標(biāo)要求。

3? 基坑監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)工程要求、周?chē)h(huán)境、基坑本身特點(diǎn)及相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，按照安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，測(cè)點(diǎn)布置主要選擇在3倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)布點(diǎn)。

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移、豎向位移監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在基坑各邊中間部位、陽(yáng)角、深度變化的部位以及鄰近構(gòu)筑物及地下管線的部位，且間距為10～20 m范圍內(nèi)。每側(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)量不少于3處。

（2）地下水位監(jiān)測(cè)。布置于基坑周邊，間距為20～50 m范圍內(nèi)。

（3）圍護(hù)樁變形監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于圍護(hù)樁體內(nèi)，沿基坑周邊的中部、陽(yáng)角處及代表性的部位，水平間距為20～40 m范圍內(nèi)，每側(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)量不少于3處。

（4）支撐軸力監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置于基坑長(zhǎng)短邊中點(diǎn)且間距<15 m，支撐的內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)。

（5）基坑周?chē)乇沓两当O(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿基坑外側(cè)長(zhǎng)、短邊中點(diǎn)，間距為10～20 m范圍，每側(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)量不少于5處，間距3、3、5、5、5 m。

（6）立柱結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿立柱周邊均勻布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，沿縱向間距小于30 m，同一地質(zhì)單元或同一結(jié)構(gòu)單元量測(cè)橫斷面不少于2處。

4? 結(jié)論

通過(guò)計(jì)算分析和對(duì)比，本方案能夠有效保證項(xiàng)目施工安全，有效保護(hù)周邊已建建筑物和市政道路管線。同時(shí)也得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）隨著基坑土方開(kāi)挖、坑內(nèi)降水、墊層及底板澆筑等施工工序的推進(jìn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和周邊地面沉降呈現(xiàn)逐步增大趨勢(shì)，當(dāng)基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)挖深，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和周邊地面沉降達(dá)到最大并趨于穩(wěn)定。

（2）對(duì)于有水平支撐系統(tǒng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)水平支撐拆除時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移有明顯增大。

（3）啟明星計(jì)算結(jié)果滿足項(xiàng)目變形控制指標(biāo)。

（4）PLAXIS有限元軟件能夠更好地分析基坑降水和土方施工對(duì)周邊建筑物的影響，有助于對(duì)周邊建筑物進(jìn)行保護(hù)。

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