武漢某地鐵車站深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及地下水處理措施

何李 殷凱

摘 要：通過(guò)武漢市某地鐵車站基坑支護(hù)及降水設(shè)計(jì)實(shí)例，詳細(xì)介紹了該工程基坑支護(hù)及降水設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為今后類似工程地質(zhì)條件下深基坑設(shè)計(jì)提供了重要的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵車站深基坑；基坑支護(hù)；地下水處理

武漢市是我國(guó)中部崛起概念下的支點(diǎn)城市，近幾年城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)得到了較快發(fā)展。但城市公共交通仍以常規(guī)地面交通為主，公交服務(wù)水平較低，與武漢市的城市地位和功能不相適應(yīng)。因此，大力發(fā)展地鐵交通是城市發(fā)展的必要選擇。武漢市是眾多江湖交錯(cuò)的城市，地質(zhì)條件復(fù)雜，加之地鐵工程身處鬧市，周邊環(huán)境較為復(fù)雜；所以，地鐵工程深基坑的設(shè)計(jì)和施工尤為重要。

1 工程概況

該工程位于武漢市漢陽(yáng)區(qū)江城大道與規(guī)劃道路交叉路口，車站東西向設(shè)置于規(guī)劃道路下，并與軌道交通10號(hào)線車站換乘，本工程位于遠(yuǎn)期10號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間上方。江城大道與規(guī)劃道路十字路口西側(cè)及南側(cè)為南太子湖；東南側(cè)現(xiàn)狀為空地；東側(cè)為一大型廠區(qū)；北側(cè)現(xiàn)狀為荒地、魚(yú)塘，規(guī)劃為商業(yè)居住用地，江城大道跨太子湖建有太子湖大橋。江城大道紅線寬70m，雙向六車道，規(guī)劃道路紅線寬50m，目前尚未實(shí)施。

該工程為地下2層島式車站，大里程端帶單渡線，車站外包總長(zhǎng)304.9m，車站采用明挖法施工。車站主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬22.1m，端頭盾構(gòu)井處寬27.2m，基坑深度約17.2～19.1m，總開(kāi)挖面積約6000m2。

2 場(chǎng)地地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)概況

本車站場(chǎng)區(qū)位于長(zhǎng)江Ⅲ級(jí)階地，地形較為平緩，地面高程介于19.7～22.5m?；娱_(kāi)挖深度范圍內(nèi)，表層為1-1層雜填土、1-2素填土層，厚度約1.0～4.5m；中上部均以Q2堅(jiān)硬狀的老黏性土為主，局部（主要大里程端附近）發(fā)育薄層Q4流塑狀淤泥及細(xì)砂；基坑底板置于Q2堅(jiān)硬狀的老黏土中。距離基坑底板11m以下為10-2層角礫，厚度7～10m；下伏白堊-第三系15大層泥質(zhì)粉砂巖，巖面標(biāo)高-17～-23m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度1～3m。其主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 地質(zhì)物理力學(xué)表

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)含水介質(zhì)和地下水的賦存狀況，可將場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水劃分為上層滯水、孔隙承壓水、基巖裂隙水三種類型。上層滯水無(wú)統(tǒng)一的自由水面，水量有限?？辈炱陂g，穩(wěn)定水位埋深多在2～3m。孔隙承壓水主要賦存于10-2層角礫中，具承壓性，接受周圍土層孔隙水側(cè)向補(bǔ)給，并進(jìn)行側(cè)向排泄，承壓水位標(biāo)高為17.5～20.0m?；鶐r裂隙水主要賦存于強(qiáng)～中等風(fēng)化基巖裂隙中，總體水量貧乏。

3 基坑支護(hù)方案選擇

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)基坑環(huán)境條件及其保護(hù)要求、巖土工程條件、基坑開(kāi)挖深度以及基坑平面形狀和面積大小、場(chǎng)地施工條件以及選用的施工工藝和設(shè)備情況，通過(guò)多方案比選，制定安全可靠、技術(shù)可行、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，確保工程的順利進(jìn)行。

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選擇

根據(jù)《湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)基坑工程技術(shù)規(guī)范》DB42/159-2012要求，本基坑保護(hù)等級(jí)定為一級(jí)。因此必須實(shí)施有效的基坑支護(hù)措施，以確保車站基坑和施工期間周邊環(huán)境的安全。

武漢地區(qū)常見(jiàn)的車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式有SMW樁、鉆孔樁、地下連續(xù)墻等。本站地處三級(jí)階地，并綜合考慮工程成本及施工難易情況，本站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用？準(zhǔn)1000@1400鉆孔灌注樁，車站標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)樁插入深度按不小于5.5m控制，盾構(gòu)井段圍護(hù)樁插入深度按不小于6.5m控制。在局部細(xì)砂和淤泥分布區(qū)鉆孔樁外設(shè)置？準(zhǔn)850@600三軸攪拌樁進(jìn)行止水。

3.2 支撐體系選擇

車站標(biāo)準(zhǔn)段第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐（B×H=800×800），第二道除局部細(xì)砂和淤泥分布區(qū)采用？準(zhǔn)800（t=16mm）鋼管撐外，其余第二道及第三道采用？準(zhǔn)609（t=16mm）鋼管撐；盾構(gòu)井第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐（B×H=800×800），第二～四道采用？準(zhǔn)609（t=16mm）鋼管撐+1道鋼管換撐；圍護(hù)樁上冠梁兼作壓頂梁，設(shè)計(jì)尺寸為1600mm×800mm。

由于基坑較寬，在基坑中部沿縱向設(shè)置臨時(shí)鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁作為水平支撐系統(tǒng)的豎向支撐構(gòu)件。臨時(shí)鋼立柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成的4L160×14型鋼格構(gòu)柱，截面尺寸為500mm×500 mm，鋼立柱插人作為立柱樁的鉆孔灌注樁3m。立柱樁采用？準(zhǔn)1000灌注樁，鋼立柱在穿越底板的范圍內(nèi)需設(shè)置止水片。

4 基坑支護(hù)方案驗(yàn)算

4.1 計(jì)算原則

圍護(hù)構(gòu)件根據(jù)承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，分別進(jìn)行承載能力的計(jì)算和穩(wěn)定、變形驗(yàn)算，不進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。土壓力標(biāo)準(zhǔn)值采用朗肯理論公式分層計(jì)算。地下水位以上采用總應(yīng)力法計(jì)算主、被動(dòng)土壓力；地下水位以下土層的土、水壓力，對(duì)黏性土和粉土采用總應(yīng)力法，對(duì)粉、細(xì)砂采用有效應(yīng)力法。地面超載均按20KPa進(jìn)行計(jì)算。

4.2 計(jì)算分析

本車站采用湖北省通用的天漢軟件進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)車站結(jié)構(gòu)形式、基坑深度和地質(zhì)條件的不同，將車站分為六個(gè)計(jì)算斷面，現(xiàn)僅介紹車站中間段標(biāo)準(zhǔn)斷面計(jì)算結(jié)果。

圖1 天漢基坑計(jì)算結(jié)果

由以上計(jì)算可知，樁排結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)：間距=1.3m、D=1m、設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)=21.6m、嵌入深度=5.5m、滿足樁長(zhǎng)構(gòu)造要求、樁身彎矩設(shè)計(jì)值：（正工況）=1097KN·m、（逆工況）=1355KN·m；撐錨力設(shè)計(jì)參數(shù)： 支撐1軸向壓力設(shè)計(jì)值：（正工況）=159KN/延米，支撐2軸向壓力設(shè)計(jì)值：（正工況）=811KN/延米、（逆工況）=1075KN/延米，支撐3軸向壓力設(shè)計(jì)值：（正工況）=902KN/延米；逆工況換撐設(shè)計(jì)參數(shù)：第1道換撐（深度=9.8m）軸向壓力設(shè)計(jì)值=1050KN/延米、第2道換撐（深度=4.1m）軸向壓力設(shè)計(jì)值=120KN/延米。

正工況最大位移aSmax=11mm（d=14.0m、step=6），被動(dòng)區(qū)最小抗力安全系數(shù)aKtk_min=1.062（step=6、>=1.05，滿足）；逆工況最大位移bSmax=14mm（d=12.2m、step=7）。故方案滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5 地下水處理

根據(jù)地勘報(bào)告可知，場(chǎng)區(qū)地下水主要為賦存于10-2層角礫內(nèi)的孔隙式承壓水，承壓水頭較高，觀測(cè)標(biāo)高為17.5～20.0m，基坑開(kāi)挖過(guò)程中，場(chǎng)區(qū)地下水存在承壓水突涌破壞的威脅。故設(shè)計(jì)中取最不利斷面——隔水層最薄的斷面，采用式1進(jìn)行驗(yàn)算。

（1）

Kh-突涌穩(wěn)定安全系數(shù)；Kh不應(yīng)小于1.1；D-承壓水含水層頂面至坑底的土層厚度（m）；γ-承壓水含水層頂面至坑底土層的天然重度（kN/m3）；hw-承壓水含水層頂面的壓力水頭高度（m）；γw-水的重度（kN/m3）；

未降水前：

D取11m，γ取20.7kN/m3，hw取27m，γw取10kN/m3。經(jīng)計(jì)算，安全系數(shù)為0.843<1.1，基坑底部土抗承壓水頭不穩(wěn)定！

承壓水頭標(biāo)高計(jì)算：

，故hw≤20.7。即承壓水含水層頂面的壓力水頭高度需小于20.7m。結(jié)合所選取最不利斷面，承壓水水頭標(biāo)高需降至12m。

6 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合某深基坑工程，詳細(xì)了解和分析現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境及地質(zhì)情況，根據(jù)以往的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從經(jīng)濟(jì)合理結(jié)構(gòu)安全的角度，提出適合本工程特點(diǎn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及降水方案進(jìn)行詳細(xì)的分析研究。深基坑越來(lái)越廣泛的運(yùn)用于城市建設(shè)中，而城市建設(shè)周邊環(huán)境較復(fù)雜，本設(shè)計(jì)可為類似工程地質(zhì)條件的深基坑設(shè)計(jì)提供適當(dāng)?shù)膮⒖肌?/p>

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作者簡(jiǎn)介：何李（1985-），男，助理工程師，從事地鐵設(shè)計(jì)工作。