地鐵車站深基坑圍護(hù)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較與分析

曾松亭

地鐵車站多為地下兩層或地下三層結(jié)構(gòu)，地下站施工工法選擇主要取決于周邊環(huán)境、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件等因素，通常采用的施工工法有明挖法、蓋挖法與暗挖法等工法[1]，但地下車站以明挖法施工為主，地下兩層車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式一般相對比較容易選擇，明挖法施工的地下三層車站基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是否合理可行，往往不僅決定基坑工程的施工難易程度和安全性，也直接決定工程的造價高低。本篇以鄭州地鐵 1號線的典型地下三層站為工程實例，進(jìn)行技術(shù)方案比選。

1 工程概況及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)

1.1 基坑工程概況

本站位于市中心交通干道上，道路兩側(cè)約 20m范圍內(nèi)有多棟高層及多層建筑物，主體結(jié)構(gòu)為地下三層雙柱三跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。車站主體外包總長138.00m，寬度為20.9m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)高度為19m，站臺寬度為12m，車站中心頂板覆土3m。

本工程主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約 23.73m，端頭井基坑開挖深度約26m。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

場地所處地貌單元為黃河沖積平原，場地地下水屬第四系孔隙潛水，地下水位埋深在地表下 8.2m～9.2m處。具體土層特性見表 1。

表1 巖土參數(shù)建議值綜合表

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式技術(shù)方案比選

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)工程經(jīng)驗適用于鄭州地區(qū)的車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式有放坡、土釘墻、水泥土重力式擋墻、SMW樁、鉆孔樁、地下連續(xù)墻等[2]，根據(jù)現(xiàn)有工程經(jīng)驗，各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式比較見表 2。

本基坑屬于一級基坑，根據(jù)基坑的變形控制等級，適合本站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為鉆孔灌注樁或地下連續(xù)墻支護(hù)體系。

本站地下水豐富，基坑施工需采用降水或隔水措施，以確保施工安全。如果采用鉆孔樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，考慮降水對周邊環(huán)境的不利影響，參考 1號線類似工程的做法，選用坑內(nèi)降水、坑外止水方案，即在圍護(hù)外側(cè)加設(shè)止水帷幕止水。

深基坑止水帷幕一般采用攪拌樁或旋噴樁，三軸深層攪拌樁設(shè)備扭矩大，施工效果較好，施工深度可達(dá) 32m左右，但其占用的施工場地大，施工設(shè)備進(jìn)出場費用較高。三重管旋噴樁噴射壓力大，對加固土體的切削置換能力強(qiáng)，適用土層范圍廣，對土體加固效果較好，但施工工藝要求高，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，地下20m以內(nèi)效果可控性較好，如果深度超過 20m，旋噴樁鉆機(jī)扭矩不足夠大，鉆桿需要多次接長，鉆桿的方向控制較難，旋噴樁往往會出現(xiàn)偏位、開岔，不能完全咬合，止水效果不好，需要多次補(bǔ)樁才能達(dá)到較為理想的止水效果。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算與分析

施工階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)各開挖工況按豎向彈性地基梁進(jìn)行計算，并按“先變形、后支撐”的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

1)地下連續(xù)墻方案。地下連續(xù)墻既作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時也起到止水作用，本基坑不透水層位于坑底約 12m以下，在滿足結(jié)構(gòu)抗傾覆、抗隆起、管涌等安全的前提下，試算確定地連墻插入不透水層的合適深度。

抗傾覆安全系數(shù):Ks=3.387≥1.200;抗管涌穩(wěn)定安全系數(shù): K=2.522≥1.5;均滿足規(guī)范要求。

2)鉆孔樁+止水帷幕方案。鉆孔樁作為圍護(hù)受力結(jié)構(gòu)，但不能起到止水作用，本工程地下水位高，不透水層厚，必須施工止水帷幕，隔斷坑外水源，實現(xiàn)坑內(nèi)降水。鉆孔樁嵌入深度 12m，止水帷幕進(jìn)入不透水層2m，整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.412＞1.300;抗傾覆系數(shù)Ks=1.439≥1.200，各項計算指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

按照該站的規(guī)模，分別計算采用不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)用定額對工程的直接費進(jìn)行計算，僅對圍護(hù)結(jié)構(gòu)直接費進(jìn)行比較，不包含支撐、導(dǎo)墻、冠梁等(見表3)。

主體結(jié)構(gòu)基坑開挖深度最深 26 m，地下土層多為粉土和粉砂，透水性較強(qiáng)，地下水含量豐富，較深部位采用旋噴樁止水帷幕難以達(dá)到理想咬合狀態(tài)，如采取鉆孔樁+雙排旋噴樁止水帷幕，工程造價比地連墻方案約高290萬元;如采取鉆孔樁+單排旋噴樁止水帷幕，工程造價比地連墻方案低約 146萬元，工程止水效果較差。

綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素，本基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇地下連續(xù)墻。

表2 常用支護(hù)結(jié)構(gòu)比較表

表3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較表

4 結(jié)語

市區(qū)地鐵車站施工往往沒有敞開式降水的條件，多采用坑內(nèi)降水措施，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水能力尤為重要，不僅影響工程的進(jìn)度，而且對周邊建(構(gòu))筑物的保護(hù)也有至關(guān)重要的作用，止水效果不好，造成周邊土體流失，地面和建筑物沉降。鉆孔樁+止水帷幕的形式應(yīng)用最廣泛，但有其適用的環(huán)境和條件;地下連續(xù)墻本身造價較高，但自身剛度大，止水效果好，圍護(hù)及止水帷幕施工一次完成，有其相應(yīng)的優(yōu)勢。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式的選擇，應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境、現(xiàn)場施工條件、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，細(xì)化施工設(shè)計與施工方案，認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，選取合適的施工方案。

[1] 劉俊巖.深基坑工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2] JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 張 劼.漫談深基坑支護(hù)[J].山西建筑，2010，36(5):115-116.