某地铁附属基坑工法选取研究

黄　琴

(中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院，湖北 武汉　430000)

0　引言

近年来，随着我国大中型城市的发展，传统的交通工具难以有效的满足人们日常的出行需求，城市轨道交通的蓬勃发展成为必然的趋势。目前，地铁车站的设计与施工技术也已十分成熟，如何结合相关工程经验，从安全性、环境保护、经济性等方面优化围护结构形式，获得最合理的基坑围护结构方案，具有十分重要的意义。

本文结合某城市地铁车站设计前期的设计工作，对附属围护结构选型方案进行对比分析，以期获得最合理的围护结构方案，供类似工程设计工作者及科研人员参考。

1　工程概况

该地铁车站位于两条道路交叉口，车站沿主路东西向布置。车站为地下2层岛式车站，车站顶板覆土深度约3 m。车站共设4个出入口、2组风亭(其中2个出入口分别与2个风亭合建)，附属基坑开挖深度约9.85 m。

2　地质资料

根据岩土工程勘察报告，车站所处地域按成因为冲湖积低平水网平原地貌，60 m以浅土层为第四系全新世至早更新世沉积的疏松沉积物，以黏性土为主，间夹砂性土，各土层的物理力学见表1。

表1　各地层主要物理力学性质表

本车站所处站位于②y淤泥质粉质黏土层深厚且土质较差，附属基坑坑底均位于②y层，本次设计中对于坑底位于②y淤泥质粉质黏土层的区域，均采用三轴搅拌桩抽条加固，加固区域为坑底以下3 m。

3　水文资料

本车站所处位置承压水层与微承压水层相互贯通，附属结构底板处于微承压水层中或者距离微承压水层很近。

4　工法比选

基坑围护方案的选择应在确保基坑工程安全性与变形控制要求的前提下，尽可能的降低基坑工程造价。在本次基坑围护设计中，根据场地条件、土层地质条件、围护方案造价、现有工程技术水平，对2个出入口不同围护方案进行比选，初步拟定的基坑围护方案有：850@600 SMW工法、800@1 000灌注桩+850@600三轴搅拌桩止水帷幕、600厚地墙。

4.1　1号出入口方案比选

1)基坑周边环境：基坑宽约11 m～15 m，长约35 m；最近处距离市民活动中心6.15 m；市民活动中心为地上5层建筑群，地下人防2层，采用筏板基础；

2)基坑支撑系统：基坑深度约8.495 m，支撑系统采用混凝土支撑+钢支撑；

3)三种工法计算结果、经济比选:不同工法的基坑围护结构，由于墙底埋深相同，土质条件相同，稳定性计算结构基本一致，根据计算，围护结构稳定性验算结果为：整体稳定性1.91；墙底抗隆起5.03；坑底抗隆起2.01；抗倾覆2.17。根据相关规范要求，计算结构能够满足基坑稳定性要求。

围护结构位移及内力计算结果如表2所示。

表2　围护结构的位移及内力计算结果

计算结果表面，在围护结构深度、基坑开挖深度相同的情况下，密插的SMW工法所产生的墙体位移和弯矩均较小，灌注桩、地连墙围护所产生的墙体位移和弯矩相差不大。

不同围护结构所产生的差异费用对比如表3～表5所示。

表3　方案一造价计算表

综上所述，对于以上3种施工工法，单从计算结果来看，密插的SMW工法在产生墙体位移和弯矩以及经济性方面均有优势，灌注桩、地连墙墙体位移和弯矩均能满足设计要求，且灌注桩较密插的SMW工法造价整体增加不大。

表4　方案二造价计算表

表5　方案三造价计算表

根据地勘提供的钻孔揭示，基坑坑底位于②y淤泥质粉质黏土层，且②y层层厚约12 m，地质较差；而SMW工法围护墙在土体压力作用下的变形则以局部弯曲变形为主，整个围护墙沿深度成S形变化；考虑到工法桩在淤泥层成桩效果不好，从结构安全性角度考虑，选用800@1 000灌注桩+850@600三轴搅拌桩止水帷幕围护。

4.2　3号出入口方案比选

1)基坑周边环境：基坑宽约7.83 m～12.25 m，长约56 m；最近处距离中国银行4.64 m，中国银行支行为主楼9层～13层，裙楼1层～2层,采用预应力混凝土管桩基础；

2)基坑支撑系统：基坑深度约9.415 m，支撑系统采用混凝土支撑+钢支撑；基坑抗突涌不满足要求，需降微承压水水头约6.5 m；

3)三种工法计算结果、经济比选:不同工法的基坑围护结构，由于墙底埋深相同，土质条件相同，稳定性计算结构基本一致，根据计算，围护结构稳定性验算结果为：整体稳定性1.81；墙底抗隆起5.92；坑底抗隆起2.03；抗倾覆1.30。根据相关规范要求，计算结构能够满足基坑稳定性要求。

围护结构位移及内力计算结果如表6所示。

表6　围护结构的位移及内力计算结果

计算结果表明，在围护结构深度、基坑开挖深度相同的情况下，密插的SMW工法所产生的墙体位移和弯矩均较大，灌注桩、地连墙围护所产生的墙体位移和弯矩相差不大。

不同围护结构所产生的差异费用计算同表3～表5，得出3号出入口密插的SMW工法围护结构总造价172.95万元；800@1 000灌注桩+850@600三轴搅拌桩止水帷幕总造价172.95万元；600厚地墙总造价172.95万元。

综上所述，对于以上3种施工工法，单从计算结果来看，密插的SMW工法所产生墙体位移和弯矩较大，灌注桩、地连墙墙体位移和弯矩有明显的优势，密插的SMW工法、灌注桩、地连墙围护造价逐步递增。

考虑到基坑边缘距离中国银行距离很近，施工场地狭小，三轴搅拌桩成桩困难，而地连墙刚度大，基坑整体性好，对周边环境影响小，综合考虑选用600厚地连墙。

5　结语

1)在本次附属围护结构设计中，可考虑采用的基坑围护结构包括3种：850@600 SMW工法、800@1 000灌注桩+850@600三轴搅拌桩止水帷幕、600厚地墙。

2)对于以上3种施工工法，SMW工法施工强度大、止水性好，且内插的型钢可拔出反复使用、经济性好，对于地质条件良好、周边环境影响小的附属基坑可优先选用。

3)在本次基坑围护结构设计中，地质、水文条件均不利，且3号出入口周边环境受限制，在综合考虑各种工法的优缺点后，有针对性的选择适宜工法，是值得类似工程借鉴的。

4)围护结构的造价以SMW工法、钻孔桩加搅拌桩止水、地下连续墙的顺序逐步递增，而且增幅越来越大；对于10 m左右的附属结构优先选用SMW工法，但要结合基坑周边具体情况进行分析，通过软件计算、造价比选来确定最终方案，在总体造价增加不多的情况下，优先选择对基坑安全更有利的方案。