1、地铁车站基坑工程设计若干问题探讨摘要: 在复杂地质条件下,地铁基坑施工安全是一个重点。通过对支护结构、支撑体系、地基加固、降水、开挖放坡等设计及施工措施,达到保证基坑安全、控制支护体系变形及支撑稳定、保护周边环境的目的。针对目前地铁基坑设计尤其是基坑变形， 计算方面存在的欠缺,地铁车站深基坑实测数据及反算分析研究的基础上,并在此研究基础上提出对基坑变形警戒值的一些看法。 关键词： 超宽基坑；软土地区；基坑加固 中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号： 前言 地铁车站基坑工程的主要设计内容是根据地质条件和环境保护要求合理地确定围护结构支撑体系、地基加固要求和施工方法及工艺。其中一个
2、关键问题就是如何选取围护结构被动土压区的水平基床系数 KH。KH是综合反映地质条件、支撑和围护结构条件以及开挖施工条件的等效水平基床系数。合理地选取 KH 关系到基坑设计的安全合理性。KH 的正确取得有赖于工程实践中的大量观测分析和总结。 本文通过对近几年施工的 20 多个地铁车站基坑的观测,对基坑的支撑围护结构条件、地质条件、地基加固条件、施工条件及相应的基坑变形进行了阐述。可供设计者对其在一定地质条件下所选用的地基加固方法和基坑开挖施工方法能否达到控制基坑变形、满足环境保护要求上进行宏观的判断，并提出了对基坑变形警戒值的一些看法。 1、工程概况 地铁工程是一个城市大都市化的标志,而其中形成
3、整个城市地铁线网才能使其发挥重要交通功能作用,多条线路的换乘则成为现在地铁车站设计的重要内容之一。某城市地铁路线。车站附近的主要建筑有医院、商场等,与车站主体距离大约 20m。本车站采用双岛式平行换乘模式,车站总长 282.7m，标准宽度 37.7m， 车站主体结构采用双层七跨现浇钢筋混凝土矩形框架结构,围护结构采用 1000800mm 套管钻孔咬合桩。车站结构总宽度 37.7m 总高度 11m车站范围内从上至下地层主要为杂填土层、淤泥质粉质粘土层、粉细砂层等,整个场地地质条件较差,地下水位较高,位于地面下 2m 左右。 一般标准地铁车站为单个岛式车站,车站结构为双层双跨或双层三跨框架结构,车
4、站宽度一般为 40m 左右。综上所述,本地铁车站宽度远大于一般标准车站,且周边环境及地质条件复杂,如何很好的进行基坑工程设计及施工成为一个主要工程重点。 2、本工程设计及施工措施探讨 本工程由于处于某地区,属长江冲积平原地带,地质条件较差,地下水位较高,与上述工程地质条件相类似,在设计中为保证基坑开挖的安全,设计中采用了以下工程措施。 2.1 基坑围护结构采用刚度较强的套管钻孔咬合桩,其直径为1000mm、间距为 800mm,既保证了支护结构的整体刚度,又通过桩间咬合达到止水的效果. 2.2 基坑内部进行了地基抽条深层搅拌桩加固及降水措施,对基坑内的土体进行改良。加固范围从地面至基坑面下 3m
5、 左右,为严格控制围护结构变形、减少基坑外的地面沉降变形,特别在基坑内沿基坑周边设置了3m 宽的加固裙带,加固平面。同时对加固施做时间及降水时间等做了详细要求:对于加固施做时间要求在围护结构施做的同时进行加固,以便在基坑开挖时加固体能够达到一定的设计强度要求;由于本工程基坑宽度及长度均较大,对于降水要求整个基坑进行整体降水,以便基坑内土体进行整体固结沉降,避免基坑一端降水引起基坑内地下水向基坑一端流动从而带动基坑内土体向一端滑移。 2.3 为保证基坑开挖期间基坑内土体稳定,设计及施工时要求沿基坑纵向的放坡进行台阶式放坡,放坡台阶根据支撑设计情况设置台阶数量,纵向坡率必须满足相应地层的自稳要求的
6、 12 的坡率。 2.4 根据计算情况,当基坑开挖时,特别是基坑向下开挖期间,围护结构下部有向基坑内变形的趋势、而顶部有向基坑外变形的趋势,从而引起第一道支撑发生松弛的现象,严重时可能引起第一道支撑失效,加剧围护结构的变形。为控制上述情况发生,设计中考虑第一道支撑采用钢筋混凝土支撑,与围护结构顶部冠梁进行有效连接,必要时起到抗拉作用。 2.5 在工程实施过程中,由于基坑宽度很大,钢管支 撑的长度很长,难以一次进行吊装施工,需在基坑内进行钢管支撑的连接,从而引起基坑开挖完成至支撑架设完成之间的时间较长,增加围护结构的变形,如采用分层开挖架设钢管支撑,则支撑下部空间较小,不方便机械挖土施工。根据以
7、上情况,结合本工程基坑宽度较大的特点,设计中有考虑了基坑横向台阶放坡的施工方法,既保证了支撑架设时间长不会引起围护结构变形过大,又满足了机械施工的可能。 3、基坑开挖分段施工参数的选用 考虑时空效应的基坑施工要点有:按分段浇捣底板要求分段开挖,每段又分层分小段,随挖、随撑,及时施加支撑预应力,限制无支撑暴露时间等。分段开挖施工的主要施工参数有:分段长 L,分层高度 hi,每小段长度b(其间加 2 根支撑),每小段开挖和支撑的施工时间 t。开挖参数应由设计规定,一般 L25m,hi 为 33.5m,b 为 6m,t 为 24h,设计中大多可以此作为施工参数控制要求;而 b 与 t 的调整(如 b
8、6m,t24h),则可作为施工单位在施工过程中调整施工参数、控制基坑变形留有的安全储备。时空效应 理论 中对各种基坑的开挖方式和参数均作了详尽的规定并且提供了计算方法。 地区地表下 30m 深度以内的地层多属软弱的黏性土,其特点为强度低、含水量高、有很大的流变性,尤以深基坑下部所处的淤泥质黏土的流变性为大。为了提高土体的强度,需对土体进行加固。加固的方式主要有井点降水、注浆、搅拌加固、旋喷加固等。 3.1 井点降水 主要用于黏土夹薄层粉砂及砂性土地层中,可明显提高土层抗力。提前降水(提前 20d)一般可提高强度 30%左右。 3.2 注浆加固 采用注浆加固可以达到二级保护要求,一般用于井点降水
9、难以奏效的淤泥质土层中。其双液分层注浆的抗压强度 Ps 可达到 1.2MPa。 3.3 旋喷加固 一般用于变形控制严格、环境保护要求较高的基坑。软弱地层中均可采用此种加固方式。根据软弱地层的不同埋深,亦可采用分层加固方式。施工工艺可分为双重管旋喷和三重管旋喷。双高压三重管的无侧限抗压强度 qu 可达 1.5MPa;普通三重管的 qu 可达 1.0MPa。 4、等效水平基床系数 KH 的参考取值 基坑开挖过程中,由于软土的流变性及被动土压力和开挖方式的差异性,被动土压力及 KH 都是变化的。为了获得在一定地质和一定施工条件下的 KH 值,可收集围护挡墙的位移、内力、土压力等实测数据,并通过大量反
10、算分析获得反映 KH 与开挖工况、时间、分块尺寸、位置等一系列因素相关性的计算方法。按此计算方法得到的 KH 称为等效水平基床系数。 5、基坑变形警戒值的讨论 深基坑变形监测贯穿于其施工的全过程。在基坑工程监测中,每一监测项目理应根据设计 计算 书和客观环境,事先确定相应的报警标准,以判断挡土支护结构的内力与变形、周围土地及邻近建筑物和地下管线的位移等是否会超过允许范围,以判断基坑施工是否安全可靠(即是否处于受控状态中);同时还应判断是否需要调整施工步骤或优化原设计方案。由此可见,报警标准的确定是至关重要的。 目前一般测斜警戒值的确定是根据开挖深度的一定百分比、日变形速率来加以设定。而根据笔者
11、对地铁基坑测斜变形值的统计,实践证明这个警戒值的设定仍偏于保守。笔者认为,可根据挡土支护结构形式、地下水、开挖工况、支撑形式、基坑周边环境、暴露时间等重要 影响 因素,首先通过大量数据统计来设定各自影响因素分项系数,在原有警戒值(开挖深度的一定百分比)基础上,乘上总的修正系数;而总的修正系数可由各影响因素分项系数来确定。 6、结语 综上所述，一是基坑变形控制应贯穿于基坑施工的始终,而开挖阶段是其中最关键的环节。根据参数施工可以达到控制变形的要求,比较严格的开挖参数可以作为安全储备以应对特殊的变形控制要求。二是基坑宽度远远大于一般地铁车站的标准基坑宽度,地质及水文条件也相对较差,采取切实可行的设计及施工措施是保证基坑开挖期间整个基坑安全的重点。 参考文献： 1 刘建航,候学渊.基坑工程手册M.北京 : 中国 建筑出版社, 1997.8 2 同济大学.“基坑工程时空效应 理论 与实践” 研究 课题 总结 报告R.上海， 1998. 3 JGJ120-99,建筑基坑支护技术规程S. 4 JGJ94-94,建筑桩基技术规程S. 5 JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范S.
