郑州某地铁车站深基坑围护结构设计分析

桑 行 杜明芳 易领兵 徐 捷 庞玉玲

（1.河南工业大学 土木建筑学院，河南 郑州 450000；2.中铁工程设计咨询集团有限公司，河南 郑州 450000；3.河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450000；4.郑州工业应用技术学院，河南 郑州 450000）

1 工程概况

本车站起点里程右DK23+862.717，终点里程右DK24+092.217，本站为地下两层双跨岛式车站，站点北侧有一广场，场地南侧体育场，两侧构筑物较少。地层岩性主要为：0～20m主要地层为粉土、粉质黏土，夹有粉砂、细砂，20～30m主要地层为中密～密实细砂。场地30～50m范围内主要为第四系上更新统（Q3）粉质粘土、粉细砂。

2 深基坑围护结构设计

2.1 基坑支护型式

本车站标准段围护桩采用Φ1 000@1 400mm灌注桩，嵌固深度约13m，支撑体系第一道采用800×800混凝土支撑，第二、三道支撑采用16厚Φ609钢管撑，支撑中部增加临时立柱；盾构段围护桩采用Φ1 000@1 300mm 灌注桩，大里程盾构段嵌固深度约17m，小里程盾构段嵌固深度约14m。支撑体系第一道采用800×800 混凝土支撑，第二、三、四道支撑及换撑采用16 厚Φ609 钢管撑。车站典型的排桩支护方案见图1。

2.2 计算方法

用理正深基坑支护计算软件7.0 版本进行计算模拟全过程，按荷载“增量法”原理实施。模拟开挖、支撑、换撑的实际施工过程，基坑外侧土压力按朗肯主动土压力计算。以渗透系数为标准，k≤1m/d 时采用水土合算，k＞1m/d时采用水土分算。开挖面以下用一组弹簧模拟地层水平抗力。

2.2.1 第一道混凝土支撑验算

截面采用800×800mm，最大支撑轴力设计值为3201.41kN。

2.2.1.1 已知条件

矩形柱b=800mm，h=800mm；计算长度L=11.60m 砼强 度 等 级C30，fc=14.3N/mm2ft=1.43N/mm2；纵 筋 级 别HRB400，fy=360N/mm2，fy'=360N/mm2；箍筋级别HPB300，fy=270N/mm2；轴力设计值N=2 666.67kN；弯矩设计值Mx=268.77kN.m，My=60.36kN.m；剪 力 设 计 值 Vy=117.09kN，Vx=0.00kN。

图1 车站典型排桩支护方案

2.2.1.2配置钢筋

① 上 部 纵 筋:8E25（ 3 927mm2ρ=0.61% ）＞As=1 280mm2，配 筋 满 足。 ②下 部 纵 筋:8E25（3 927mm2ρ=0.61%）＞As=1 280mm2，配筋满足。③左右纵筋:3E20（942mm2ρ=0.15%）全 侧 配 筋As=1 924mm2＞As=1 280mm2，配筋满足。④竖向箍筋:d10@150 四肢箍（2094mm2/mρsv=0.26%）＞Asv/s=853mm2/m，配筋满足。⑤水平箍筋:d10@150 四肢箍（2 094mm2/mρsv=0.26%）＞Asv/s=853mm2/m，配筋满足。钢筋：d-HPB300; D-HRB335;E-HRB400; F-RRB400;G-HRB500;P-HRBF335;Q-HRBF400;R-HRBF500。

2.2.2 梁截面设计:

2.2.2.1 已知条件：

已知条件：矩形梁b=800mm，h=800mm。砼C30，fc=14.30N/mm2，ft=1.43N/mm2，纵 筋HRB400，fy=360N/mm2，fy,=360N/mm2，箍筋HPB300，fy=270N/mm2。弯矩设计值M=268.77kN.m，剪力设计值V=117.09kN，扭矩设计值T=0.00kN.m。

2.2.2.2 截面验算：

截面验算：V=117.09kN＜0.250βcfcbh0=2173.60kN 截面满足截面配筋。

2.2.2.3 正截面受弯承载力计算：

①按双筋计算：as 下=40mm，as 上=40mm，相对受压区 高 度ξ=x/h0=0.000＜ξb=0.518。②上 部 纵 筋：As1=1 280mm2ρ=0.20%＜ρmin=0.20% 按 构 造 配 筋 As1=1 280mm2。③下部纵筋：As=1 280mm2ρ=0.20%＜ρmin=0.20%按构造配筋As=1 280mm2。

2.2.2.4 配置钢筋：

①上 部 纵 筋：计 算As=1 280mm2，实 配8E25（3 927mm2;ρ=0.61%），配筋满足②腰筋：计算构造As=b*hw*0.2%=1 216mm2，实配6E20（1 885mm2;ρ=0.29%）。③下部纵 筋：计 算As=1 280mm2，实 配8E25（3 927mm2;ρ=0.61%），配筋满足。④箍筋：计算Av/s=1 017mm2/m，实配d10@150四肢（2 094mm2/m;ρsv=0.26%），配筋满足。

2.2.2.5 裂缝计算：

①计算参数：Mk=199.00kN.m，最大裂缝宽度限值0.300mm。 ②受 拉 钢 筋 应 力：σsk=Mk/（0.87h0As）=76.64N/mm2＜fyk=400N/mm2。 ③裂 缝 宽 度：Wmax=0.032mm＜Wlim=0.300mm,满足。

3 结论与建议

3.1 粉质黏土或粉土层的分布对桩基施工影响较大，应提前预测施工难度，并制定合理的应对措施。

3.2 车站附属结构采用明挖法施工，建议采用土钉墙支护方式，局部场地条件不具备时，建议采用桩+锚索或桩+内支撑支护方式。

3.3 桩体位移完整的反映围护桩的变形。在有钢支撑作用的情况下，围护桩变形最大的部位不在桩顶，而在距桩顶2/3的基坑开挖深度处。

3.4 设计与施工相结合，保证施工质量，缩短施工周期、降低成本，有一定的应用价值。

［1］刘国彬,王卫东.基坑工程手册［Z］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［2］于志成，施文华.深基坑支护设计与施工［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［3］杜明芳，易领兵.桩锚支护在深路堑边坡支护中的设计及应用［J］.河南科学，2014，32（9）:88～93.

［4］易领兵，杜明芳.有限元模拟桩锚支护对邻近高架桥的影响［J］.河南科学，2014，32（11）：1001-1004.