緊鄰地鐵深基坑聯合支護結構體系的設計與施工分析

阮立龍 王立泰

（甘肅第六建設集團股份有限公司，甘肅蘭州 730070）

0 引言

隨著城市人口的逐漸增多和城市規模的不斷增大，人們對于城市空間的開發向著越來越高的天空和越來越深的地下發展，其中，地下空間的開發和利用尤為重要。為了方便人們的生活和出行，一大批緊鄰地鐵建設的建（構）筑物拔地而起，越來越多的建（構）筑物深基坑緊鄰地鐵施工。由于地鐵結構涉及公共安全，所以變形控制方面較一般建筑的變形要求更為嚴格，一旦變形超限，必然會擾動地鐵周邊土體，引起地鐵車站結構及軌道的附加變形，導致線路不平順，影響乘客的舒適性，嚴重時甚至影響地鐵的安全運營。在這種復雜的環境下，需要對深基坑的支護方式進行深入研究。通過對各類支護方式的對比分析，確定適合于緊鄰地鐵工程的深基坑最優支護方案，對于確保地鐵的安全穩定運行至關重要[1]。鋼管斜拋撐與排樁的聯合支護結構體系具備剛度大、變形控制能力強、可靠性好、操作簡便等優點，故在緊鄰地鐵深基坑支護時得到廣泛應用。

項目依托甘肅第六建設集團股份有限公司承建的甘肅溫商銀灘綜合體項目和蘭州鴻森銀灘廣場項目，總結出一套完整的針對深基坑變形控制的鋼管斜拋撐與雙排樁支護結構體系[2]，可對蘭州地區未來軌道交通及城市發展創造基礎條件類似工程施工提供參考。

1 工程概況

甘肅溫商銀灘綜合體項目和蘭州鴻森銀灘廣場項目深基坑工程位于蘭州市七里河區馬灘片區，緊鄰軌道交通1#線兩側，基坑南北方向長約400m，東西向寬約300m，基坑開挖深度18.15m，地下3層，并與兩個項目地下商場連通，與既有軌道交通結構距離較近，距軌道主線隧道外側最近距離為12m，距地鐵站附屬構筑物4m左右，施工條件復雜。

擬建場地勘查深度范圍主要土層情況：

（1）雜填土：雜色，土質不均勻，以建筑垃圾為主，含回填卵石等，稍濕，稍密。該土層厚度為1.50～7.80m，層面高程介于1523.67～1529.27m之間。該層分布于整個建筑場地。

（2）卵石層1：雜色，顆粒形狀呈亞圓形-次圓形，顆粒母巖成分以石英巖、花崗巖、變質砂巖為主，骨架顆粒含量約占全重的70%～80%，級配一般，充填物以礫砂及圓礫為主，含量約占全重的20%左右，中密-密實。該土層埋深為1.50～7.80m，厚度為0.00～17.70m，層面高程介于1520.08～1524.09m之間，層底高程1505.30～1522.36m。該層分布于整個建筑場地。

（3）卵石層2：雜色，呈亞圓形-次圓形，成分以石英巖、花崗巖、變質砂巖等為主，骨架顆粒含量約占全重的50%～60%，充填物以礫砂及細砂為主，含量約占全重的35%左右，密實。該土層埋深為6.00～18.60m，厚度為0.00～8.00m，層面高程介于1507.34～1518.84m之間，層底高程1506.14～1517.84m。該層分布于整個建筑場地。

（4）卵石層3：成分以石英巖、花崗巖、變質砂巖等為主，骨架顆粒含量約占全重的60%～65%，充填物以礫砂及圓礫為主，含量約占全重的25%～30%左右，密實。該土層埋深為7.00～20.00m，最大厚度為35.30m（未穿透），層面高程介于1505.30～1517.84m之間。該層分布于整個建筑場地。

2 聯合支護結構體系的設計要點

該工程緊鄰地鐵一側，采用“鋼管斜拋撐與雙排樁”的聯合支護結構體系。該工程施工工序較多，工藝復雜，對設計的要求相對較高[3]。結合工程實際情況，在基坑東側靠近地鐵設施的AB段1-1、2-2剖面之間設鋼管斜拋撐，3-3剖面設雙排樁。

2.1 鋼管斜拋撐設計

2.1.1 支撐設計

ZH23～ZH48號樁區域采用鋼管斜拋撐。鋼管斜拋撐采用Φ609×16鋼管，斜拋撐與水平面成30°角；斜拋撐下部留土高度不小于7.50m，斜拋撐底端撐在底板處的梯形連梁上。鋼管斜拋撐下設420×420型鋼立柱，頂端設置加預應力的活絡頭，連接在鋼筋混凝土圈梁上。

腰梁尺寸為0.7m×0.7m，腰梁通過5 根HRB400C28植筋與護壁樁身連接，腰梁砼為C30。在筏板和相應支護樁的腰梁施工過程中，基坑土體和支護結構的變形是通過在預埋板上焊接鋼管斜拋撐進行協調，再通過放坡土方對土體進行卸載，從而起到抗負荷的作用。

2.1.2 換撐設計

針對原斜撐與基礎結構位置關系情況，將采用換撐處理，換撐位置設置在-2F頂板上，基坑新加固支撐設置原則為：將斜拋撐底座設置在底板墊層的下部，且設置在非承臺區域，以不影響基礎結構施工。

該工程換撐施工主要分為二部分，第一部分為筏板邊線與基坑邊線空隙設置2.0m寬鋼筋混凝土底板換撐牛腿；第二部分為施工至地下二層頂結構時在房屋結構與基坑支護樁之間采用型鋼換撐。

基坑支護設計平面布置如圖1所示，支護設計剖面如圖2所示。

圖1 基坑支護平面布置

圖2 基坑支護設計剖面

2.2 排樁設計

排樁設計按是否臨近地鐵分為兩類，非臨近地鐵部位采用單排樁，樁長28.4m，樁徑l200mm，樁間距為1.4m，樁身混凝土強度等級為C30。臨近地鐵附屬構筑物部位采用雙排樁，樁長28.4m，樁徑l000mm，樁間距為1.4m，樁身混凝土強度等級為C30。樁頂位于地面下3.1m，頂部設置1.0 厚冠梁，樁頂上部采取現澆鋼筋混凝土擋土墻支護。

臨近地鐵部位排樁主筋為28根C28鋼筋均勻布置，螺旋箍筋為Φ12@150/300，加強筋為Φ20@2000。非臨近地鐵部位排樁主筋為24根Φ28鋼筋均勻布置，螺旋箍筋為Φ12@100/200，加強筋為Φ20@2000。

3 聯合支護結構體系施工要點

3.1 圍護樁及立柱施工

（1）鉆孔作業前先進行樁位放樣，并對樁位逐樁復核，在樁位四周埋設十字護樁且高出護筒頂面，護筒高于施工水位及地下水位2m且高出地面0.3m。在正式施鉆前，復核檢查每一個樁中心與護筒中心偏差值，確保樁位準確無誤。

（2）鉆孔過程中應隨時復核垂直度，做好泥漿護壁，防止孔壁坍塌，當鉆孔達到設計深度時，即應進行驗孔和清除孔底沉渣、淤泥，確?？椎壮猎鼭M足設計及規范要求。

3.2 格構柱施工

（1）該工程格構柱在場外加工，運輸過程中要防止碰撞，吊裝時要慢提輕放。吊放時采用單層堆放，格構柱下每間隔2m墊1道枕木，上部不得堆放重物。

（2）格構柱下放至設計標高后，吊車吊住格構柱，調節好水平位置和垂直度，保持靜止，然后將格構柱與鋼筋籠在孔口進行焊接合攏。

（3）格構柱與鋼筋籠焊接牢固后，將格構柱連帶鋼筋籠吊起，拔出橫擔，緩慢吊入孔內，格構柱吊至設計標高時，將格構柱與固定架間采用倒鏈固定，然后對格構柱的位置進行調整，當格構柱位置確定后，從柱頂四面焊接對中鋼筋，與護筒頂實。

3.3 鋼管斜拋撐施工

（1）計算出每根鋼管斜拋撐的坐標，再在現場進行測放，確保放線準確。

（2）格構柱與鋼管斜拋撐在節點部位貫通設置，無法貫通部位采用方鋼管抱柱形式外繞以避開角鋼進行有效連接。

（3）混凝土澆筑之前對模板內部全面清理并做好各項檢查驗收，留存完整的隱蔽驗收記錄。

（4）混凝土澆筑過程采用“分層澆筑、快速振搗、薄層推進、連續作業”的施工方法，避免混凝土澆筑形成冷縫。

3.4 土方開挖

（1）基坑整體土方開挖采用中心島式，分段分層開挖，逐層施作?？拷摴苄睊亾胃浇A留土體，待支撐梁、格構柱施工完畢后，再進行鋼管斜拋撐下部土體的開挖及支護結構的噴錨施工作業。

（2）鋼管斜拋撐下部土方采取島式退臺開挖方法，每層土體開挖通過中部拉槽、橫向擴邊進行施工作業，先在中部拉槽，拉槽深度為下層支撐梁底以上500mm，拉槽寬度必須確保達到土方運輸車輛安全通行的寬度要求，拉槽長度宜開挖至基坑側壁附近。

4 支護效果分析

該工程基坑2020年初開挖，每次開挖深度為1.5m，邊開挖邊噴錨，開挖至斜拋撐腰梁位置后停止開挖，即進行腰梁施工。腰梁施工完畢，開始安裝斜拋撐及格構柱，并于2021年3月對斜拋撐下部土方逐層開挖完畢。目前斜拋撐構件受力穩定，斜拋撐桿件以下主體結構已經施工完畢，2021年5月13日對斜拋撐位置進行一次整體的三維掃描，掃描結果與基坑監測數據進行對比分析，基坑各項變形數據滿足規范及設計要求，基坑緊鄰地鐵一側頂部位移隨時間變形趨勢如圖3所示。

圖3 基坑頂部水平位移

西南側臨近地鐵邊坡不同時間深層水平位移變形趨勢組合如圖4所示。

圖4 基坑深層水平位移

通過對基坑支護結構的位移監測數據進行整理，分析總結如下：

（1）斜拋撐以下部位土方開挖時，基坑上部剛性支撐的邊坡位移增長較小，但是下部柔性支護邊坡位移正常增長。

（2）斜拋撐標高以上剛性支撐段開挖時，支撐部位深層水平位移與兩道支撐之間部分的深層水平位移變化較小，斜拋撐標高以下開挖時，上部支撐部位深層水平位移的增長變化較小，斜拋撐支點部位位移變化有回彈趨勢，支撐下部邊坡呈正常增長趨勢。

依據對基坑支護結構體系的變形監測數據分析，基坑支護結構體系整體安全、穩定性較好，可以認為該項支護技術可行。

5 結束語

綜上所述，鋼管斜拋撐與雙排樁的聯合支護結構體系在該工程表現出良好的支護效果。在斜拋撐下部土方開挖時，上部剛性支撐邊坡位移增長變化較小，下部柔性支護邊坡位移呈現正常增長趨勢。同時，在臨近地鐵附屬構筑物較近部位，采用雙排樁支護體系，既可以解決錨索無法施工的難題，又可以降低施工成本。由此可知，鋼管斜拋撐與雙排樁的聯合支護結構體系能夠適用于緊鄰地鐵的深基坑支護，既可以滿足開挖工程的基坑安全要求，同時又將對緊鄰地鐵軌道的影響降至最低，具有很好的應用效果。