地铁邻近房屋宽大基坑的设计与保护

江智鹏

(中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北武汉 430063)

1 工程概述

1.1 工程概况

深圳地铁一号线坪洲站1号出入口及1号风道为合建结构,基坑长约46.45 m,宽约38.7 m,深约10.6 m。基坑北侧有五层砖混结构住宅楼,该楼已修建多年现破损较严重,住宅楼距基坑最小距离约970 mm。该楼施工没有图纸,属当地村民自建房屋,只能通过现场调研了解。该楼为条形基础,基础埋深在地表下2.5 m(图1)。

图1 场地环境布置

1.2 工程地质

基坑所在场地地层依次为：①1素填土，层厚2.0 m；②8细砂，层厚2.5 m；③9中砂，层厚3.6 m；⑥2砂质黏性土，层厚5.5 m；⑧1全风化混合花岗岩，层厚2.35 m；⑧2强风化混合花岗岩，层厚2.1 m；⑧3中等风化混合花岗岩，层厚1.7 m；⑧4微风化混合花岗岩，层厚3.1 m。

1.3 水文地质

本场地范围内的含水层主要是砂层,地下水按赋存条件主要分为孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在砂层、黏性土、残积层和全风化混合花岗岩中。基岩裂隙水主要赋存在混合花岗岩强风化层—中等风化层中,略具承压性。地下水位埋深0.8～1.9 m,水位高程1.33～2.53 m,水位变幅0.5～2.0 m。设计水位取地表下1.0 m，施工期间采用人工降水。

2 基坑设计方案

根据深圳地方的习惯做法,本基坑围护采用φ800@1 000 mm的钻孔灌注桩+两道φ600 mm钢支撑体系,近房屋侧桩外采用φ600@400 mm咬合三管旋喷止水,其他部位采用桩间旋喷止水。考虑房屋沉降及基坑变形的控制,本次设计采用化大为小的原则,在基坑中设置双排隔离桩把基坑划分为三个小基坑,同时考虑基坑外侧房屋较近,为保证房屋安全,对房屋近基坑侧周边采用袖阀管注浆加固。

2.1 围护结构设计计算

本基坑根据基坑深度和距周边建筑物的距离等条件,设计按一级基坑进行计算,重要性系数γ0=1.1,计算采用同济启明星FRWS4.0软件,分别选取各种代表性的桩号进行围护计算,基坑周边五层住宅楼和地面超载,折算成地面附加载荷q=60 kN/m进行计算,地下水位hw=1.0 m,计算模型见图2。

图2 计算模型(单位：m)

根据相关地勘资料,对本围护采用M法进行计算,以水土分算的原则。计算结果如图3。结果表明,围护采用φ800 mm钻孔灌注桩合理可行,基坑抗隆起、整体稳定性、抗倾覆等安全系数能满足相关规范要求。支撑体系采用φ600 mm,t=12 mm的钢支撑也能满足强度和稳定性的要求。

图3 内力计算结果

2.2 房屋沉降计算

基坑周边的民用住宅楼属自建房,没有相关设计图纸和资料,通过现场调研了解到该房屋的现状资料和一些间接施工情况。鉴于此,设计对该房屋的沉降进行了一个理论计算分析。结果见图4。

图4 房屋沉降计算结果

地表沉降的计算采用同济FRWS4.0进行计算,计算理论采用如下三角形法公式进行：

式中H——基坑开挖深度；

D——基坑开挖面以下支挡结构的长度；

φ——支挡结构所穿越土层的平均内摩擦角。

地表最大沉降

式中Sw——支挡结构侧移面积。

从上面计算结果看,距基坑970 mm处的房屋沉降小于30 mm的控制指标,能满足安全要求。

3 房屋保护措施

1号出入口及1号风道周边民房租住着大量人员,并且房屋年久失修,局部地方在基坑开挖前就已开裂,鉴于这些不利因素,经多方商讨决定对该基坑和房屋进行必要的保护设计。

3.1 基坑化大为小措施

本基坑基本尺寸为46.45 m×38.7 m×10.6 m。采用钢支撑体系变形较大,经协调决定在基坑中部设两道临时隔离桩,使大基坑化为三个小基坑,分两期开挖(见图5)。

图5 基坑平面布置

3.2 桩处咬合旋喷止水措施

基坑所在场地有较厚的透水性强的砂质地层,施工期间正好处于雨季。为保证房屋的安全,需进一步加强止水措施,设计采取φ600@400 mm高压旋喷桩止水,旋喷桩长由冠梁到基底1.5 m处,旋喷桩的设计参数如表1。

表1 旋喷桩设计参数表[4]

根据以上设计参数对28 d龄期的试样进行了取芯试验,试验结果显示靠近人工回填土层和砂质地层处的强度指标在2.1～6.6 MPa之间, 旋喷桩渗透系数≤10-6cm/s,能满足止水的要求。

3.3 房屋基础注浆加固措施

从理论计算看,房屋的沉降最大达到25 mm,考虑到房屋陈旧, 局部存在开裂情况,并且住着大量人员,经多方研究决定,为避免房屋出现过大不均匀沉降,对房屋靠基坑侧周边采取注浆保护措施。根据地质资料,注浆基本参数见表2。

表2 注浆设计参数

4 施工监测

地铁建设中施工监测是一项重要环节,能起到提前发现事故,做到信息化施工的作用。根据建筑物的体型、结构特点、工程地质条件,对该建筑物布设三个监控点,对建筑物的基础沉降、倾斜和建筑物裂缝进行检查,其中以沉降作为监控的重点绘制沉降—时间曲线如图6。

图6 坪洲站1号出入口及1号风道房屋沉降监测

根据沉降监测值并结合房屋允许沉降要求,实际沉降值基本小于设计允许值30 mm。

5 结束语

坪洲站1号出入口及1号风道,由于拆迁的问题,原本在基坑北侧的五层住宅需拆迁,后因拆迁费用过高无法进行。为减少施工风险,设计人员采取必要措施,对该风险工程进行了必要的保护。从现场施工情况看,该方案安全可行，有较好的经济效益。

[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社,2004

[2] SJG05—96 深圳地区建筑基坑支护技术规范[S]

[3] GB50157—2003 地铁设计规范[S]

[4] 高压旋喷注浆技术规程[S]

[5] 铁道第三勘察设计院.深圳地铁1号线续建工程施工图设计技术要求[R].天津：铁道第三勘察设计院，2006

[6] 施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社,1997

[7] 国振喜,韩兆平.简明建筑施工手册[M].北京：机械工业出版社,2001

[8] 龚晓南.深圳基坑设计与施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1998