地鐵深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

張寶文

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100)

0 前 言

基坑工程發(fā)生于建筑物下方區(qū)域，可起到提升建筑主體安全性、緩解周邊環(huán)境不良影響等多重效果，集基坑支護(hù)、開挖等多項(xiàng)技術(shù)于一體，若開挖深度達(dá)5 m，即可視為深基坑工程。在長(zhǎng)期發(fā)展下，深基坑工程技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑項(xiàng)目中，是推動(dòng)地鐵車站工程的重要技術(shù)支持[1]。

1 工程概況

河南省洛陽市紗廠東路站設(shè)置為典型地下三層島式結(jié)構(gòu)，站臺(tái)總寬度13 m，為雙柱三跨鋼筋基礎(chǔ)構(gòu)成的混凝土箱型框架形式。車站里程范圍DK10+915.650～DK11+074.250，項(xiàng)目總長(zhǎng)度158.6 m，設(shè)置為2%縱坡，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深達(dá)24.06 m。中心里程覆土厚度3.2 m，整體共設(shè)置有5個(gè)出入口，并增設(shè)三組風(fēng)亭以滿足車站空氣流動(dòng)要求。

2 深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r

2.1 現(xiàn)階段典型支護(hù)結(jié)構(gòu)類型

現(xiàn)階段的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)呈多樣化特性，應(yīng)用較為廣泛的有混凝土圍護(hù)墻等多種形式。具體而言，混凝土圍護(hù)墻為典型的重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基于自身重力可抵御來自于深基坑產(chǎn)生的側(cè)向力，以達(dá)到平衡狀態(tài)，省去了大量支撐結(jié)構(gòu)，所需費(fèi)用得到有效控制，滿足機(jī)械挖土條件[2]。土釘支護(hù)主要發(fā)生于邊坡原位處，在此基礎(chǔ)上通過增設(shè)加筋支護(hù)的方式提升整體穩(wěn)定性，使用以混凝土為原材料的攪拌樁帷幕，大幅增強(qiáng)深基坑隔水性，基于二次灌漿的方式也提升了土體固結(jié)程度，保障項(xiàng)目各處的穩(wěn)定性。

樁排支護(hù)采用的是鉆孔灌注樁，解決了機(jī)械施工樁難以咬合的問題，排樁結(jié)構(gòu)對(duì)抵抗側(cè)壓力效果優(yōu)良，由于使用到了混凝土墻，因而具備顯著的擋水效果。圍護(hù)樁遵循分槽段構(gòu)筑原則，所以剛度較好，在發(fā)揮擋墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)還可成為主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻。板式支護(hù)應(yīng)用較為廣泛的有圍護(hù)墻、防水帷幕等，得益于主支護(hù)體系，具備鋼結(jié)構(gòu)施工便捷、工程成本低、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等多重優(yōu)勢(shì)。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)步驟

確定合理深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)具有顯著意義，需嚴(yán)格遵循選型、計(jì)算、驗(yàn)算的流程展開。支護(hù)結(jié)構(gòu)選型是影響整體支護(hù)效果的關(guān)鍵，需全面考慮到基坑深度、周邊建筑物狀況、地質(zhì)環(huán)境等多方面因素，在此基礎(chǔ)上考慮建筑平面配置、預(yù)算等要求，明確支護(hù)樁測(cè)土壓力、支護(hù)樁嵌入深度、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等，這些指標(biāo)都要得到工程人員的準(zhǔn)確計(jì)算，綜合上述多重因素最終給出方案。針對(duì)所得方案做全面驗(yàn)算，現(xiàn)階段應(yīng)用效果較好的是模糊綜合評(píng)判法，在實(shí)際工作中需創(chuàng)建評(píng)價(jià)層次分析結(jié)構(gòu)模型，并分析權(quán)重與特征根、因素集權(quán)重等，以上述為基礎(chǔ)實(shí)行模糊變換，得到與方案有關(guān)的評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)某些不足之處做出改進(jìn)，以提升支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的完善性。

2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中常見問題

為保障工程施工安全性，實(shí)際工作中支護(hù)選型較為保守，在獲得穩(wěn)定性的同時(shí)隨之加大投資，引發(fā)車站工程造價(jià)高的問題，具有很強(qiáng)的局限性。此外，若一味追求經(jīng)濟(jì)效益，又會(huì)制約基坑乃至車站整體質(zhì)量，出現(xiàn)基坑失穩(wěn)、過度變形等質(zhì)量問題，存在大量安全隱患，稍有不當(dāng)就將面臨更大的經(jīng)濟(jì)損失。由于工程所處環(huán)境特殊，要確定土壓力與支撐方案并非易事，僅憑借時(shí)空效應(yīng)等理論層面的分析不具高度適用性，實(shí)際工程情況錯(cuò)綜復(fù)雜，無法準(zhǔn)確認(rèn)知到基坑支護(hù)的關(guān)鍵要點(diǎn)，為整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工帶來更多阻礙。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

3.1 準(zhǔn)確選用圍護(hù)墻模式

合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型建立在土質(zhì)、水位等多方面因素之上，同時(shí)還要滿足安全性與經(jīng)濟(jì)性雙重原則。通常而言，若支護(hù)深度在6 m以內(nèi)且所處區(qū)域?yàn)檐浲恋鼗?，較為可行的有混凝土圍護(hù)墻；若基坑測(cè)壓在12 kPa以內(nèi)，同時(shí)地下溫度在20℃內(nèi)，必須輔以降水措施?；谕玲攭蓸?gòu)成超前支護(hù)結(jié)構(gòu)，有效解決坑底管涌等不良問題，因此，施工地區(qū)若以砂性土、粉土為主，較為可行的方式為土釘墻結(jié)構(gòu)，這也是長(zhǎng)期被廣泛應(yīng)用于東南沿海一帶的關(guān)鍵技術(shù)。

樁排支護(hù)的適用性好，可在一至三級(jí)基坑中使用，大量工程實(shí)例表明，若基坑深度介于8～14 m區(qū)間內(nèi)，基于此方式的應(yīng)用效果最佳。圍護(hù)樁具備較高的剛度，可帶來優(yōu)良的止水效果，在深基坑施工中具有較高可行性。若深基坑達(dá)到7 m或是更高，可為之引入板式支護(hù)體系，全方位考慮基坑深度、周邊環(huán)境要求等多方面因素，進(jìn)一步明確結(jié)構(gòu)形式，即采用鋼結(jié)構(gòu)還是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3.2 優(yōu)化計(jì)算方式

3.2.1 圍護(hù)樁+內(nèi)支撐工藝方法

設(shè)置的圍護(hù)樁厚度800 mm，長(zhǎng)32.22 m，嵌固深度14.5 m。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置第一道混凝土支撐，形成規(guī)格為800 mm×1 000 mm的截面，在基礎(chǔ)上增設(shè)二、三、四鋼支撐的同時(shí)并輔以倒撐結(jié)構(gòu)，具體規(guī)格為壁厚16 mm、直徑800 mm。立足于本工程實(shí)際狀況，引入FRWS7.2展開對(duì)支護(hù)方案的分析，編制內(nèi)力位置包絡(luò)圖與沉降圖，地表沉降圖如圖1所示。

圖1 地表沉降圖

從圖1得知，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體狀況良好，可滿足工程各項(xiàng)規(guī)范要求。地面最大沉降值13.60 mm，主要集中在與坑邊相距12.2 m的區(qū)域。

3.2.2 鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐工藝方法

深基坑計(jì)算方法直接影響到支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果，當(dāng)前基于深基坑支護(hù)衍生出的計(jì)算方法諸多，較為典型的有三種：①經(jīng)典理論法，如靜力平衡法等，是基于力的平衡理論而延展出的方法；②解析法，如彈性法等，最為突出的特點(diǎn)在于對(duì)壓力做出假定；③有限元分析法，如三維實(shí)體有限元法等，針對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建三維實(shí)體模型并展開直觀分析[3]?？v觀行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，在信息技術(shù)大范圍普及之下，為深基坑支護(hù)計(jì)算工作提供了更為可行的方法，充分借助計(jì)算機(jī)的高效運(yùn)行能力，創(chuàng)建有限單元體并獲得與之相關(guān)的位移-荷載函數(shù)關(guān)系，經(jīng)系統(tǒng)分析后進(jìn)一步獲得應(yīng)力、應(yīng)變實(shí)際情況，從而可以對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知更加深入。

3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

出于全面提升深基坑穩(wěn)定性的目的，針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)行全方位監(jiān)測(cè)勢(shì)在必行。監(jiān)測(cè)內(nèi)容需覆蓋至五個(gè)方面，即周邊沉降、外側(cè)土體位移、樁頂沉降、圍護(hù)樁位移以及支撐軸力。

3.4 兩種支護(hù)方案對(duì)比分析

針對(duì)上述提及的兩種支護(hù)方案展開對(duì)比，就側(cè)移與地表沉降最大值而言，圍護(hù)樁的方式可行性更高，兩項(xiàng)結(jié)果均優(yōu)于鉆孔灌注樁支護(hù)形式，其減幅達(dá)到16.45%、13.92%；從彎矩指標(biāo)來看，前者也明顯低于后者，減幅達(dá)26.88%?？傮w上，基于圍護(hù)樁與內(nèi)支撐支護(hù)相綜合的方式可行性較高，在高水位軟土地基中可保障基坑周邊土體的穩(wěn)定性，有效控制變形幅度。且圍護(hù)樁剛度較大，無論是擋土還是止水效果都更加優(yōu)良，相較鉆孔灌注樁而言具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語

地鐵車站施工地質(zhì)環(huán)境特殊，深基坑支護(hù)穩(wěn)定性至關(guān)重要，若要全面保障工程質(zhì)量，需立足于實(shí)際情況選定合適的施工方法。經(jīng)多項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比分析后，得知圍護(hù)樁與內(nèi)支撐方案更具可行性，抗變形效果優(yōu)良，且有效控制了地表周邊沉降問題，充分發(fā)揮出圍護(hù)樁與內(nèi)支撐的雙重優(yōu)勢(shì)，為深基坑施工作業(yè)創(chuàng)造了穩(wěn)定環(huán)境?？傮w上，該方案可行性較高，對(duì)于深基坑支護(hù)工程而言具有一定的參考價(jià)值。