李曙光，劉志祥

(1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，鄭州 450001;

2.北京康順通工程項(xiàng)目管理有限公司，北京 100176)

1 工程概況

上海市軌道交通12號線內(nèi)江路站位于楊浦區(qū)愛國路與規(guī)劃長陽路交叉路口東側(cè)，呈東西向布置，車站全長164.4 m。站位為棚戶拆遷區(qū)(圖1)，場地東北側(cè)距1號出入口附屬結(jié)構(gòu)21 m外有白洋淀綠苑小區(qū)7層磚混結(jié)構(gòu)樓房1幢;西南方向距3號出入口附屬結(jié)構(gòu)23 m外有建設(shè)新苑小區(qū)14層框架結(jié)構(gòu)樓房1幢;緊鄰站位東側(cè)有白洋淀地下人防工程1處;沿既有愛國路有φ800 mm鋼筋混凝土雨水管1根、φ150 mm和φ300 mm鑄鐵給水管各1根，管線距離車站約10 m。

圖1 內(nèi)江路站平面位置

車站主體采用雙柱三跨地下兩層結(jié)構(gòu)，4個(gè)附屬外掛為地下一層(局部設(shè)電纜夾層)結(jié)構(gòu)，根據(jù)車站總體布置情況，確定施工順序?yàn)?先施作主體結(jié)構(gòu)，后施作附屬結(jié)構(gòu)。主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段深約17.5 m、寬21.5 m，端頭井深19.4 m、寬24.6 m，基坑保護(hù)等級為二級;4個(gè)附屬基坑深約11 m，4號附屬基坑局部因設(shè)置電纜夾層深約12.5 m，基坑保護(hù)等級均為二級。

站位緊臨黃浦江，場地內(nèi)地層主要為流塑狀淤泥質(zhì)黏土(圖2)，地下水位埋深約1 m，其中⑦1層為承壓水層，承壓水水位埋深3.0～11.0 m，并呈幅度不等的周期性變化。

圖2 站位地質(zhì)剖面(單位:m)

內(nèi)江路站基坑較深，地質(zhì)條件極差。參照上海地區(qū)類似工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)［1-3］，該車站主體基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的設(shè)計(jì)方案，內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用疊合墻體系，即地下連續(xù)墻在基坑施工期間作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在后期使用階段和內(nèi)襯墻一起作為主體受力結(jié)構(gòu)。附屬基坑采用樁+內(nèi)支撐的支護(hù)體系。

2 主體基坑設(shè)計(jì)

2.1 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)計(jì)算

車站主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約17.5 m，寬約21.5 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻，400 mm厚內(nèi)襯墻，初擬連續(xù)墻插入比為0.85，墻趾位于⑦1層。基坑豎向設(shè)置5道內(nèi)支撐，其中第1道為800 mm×800 mm鋼筋混凝土支撐，其余4道為φ609 mm(t=16 mm)鋼管支撐;橫向按照混凝土支撐間距約6 m、鋼支撐間距約3 m的原則布置。

根據(jù)疊合墻的受力特點(diǎn)，對于地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)在基坑開挖階段采用總量法計(jì)算，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑階段采用內(nèi)力增量分步疊加法計(jì)算，另考慮各種工況下疊合墻體系的內(nèi)力包絡(luò)值對連續(xù)墻和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。場地土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 場地土層物理力學(xué)指標(biāo)

對地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)施工階段的受力分析，采用SAP84有限元程序建立荷載-結(jié)構(gòu)模型，并取表1中固結(jié)快剪 c、φ 值的0.7 倍進(jìn)行計(jì)算［4～8］，模型如圖3 所示。

將開挖及回筑施工分為10個(gè)荷載步驟，分別為:(1)基坑開挖到第1道支撐底部;(2)安裝第1道支撐并開挖到第2道支撐處，超挖控制在支撐中心線以下約0.6 m;(3)安裝第2道支撐并開挖到第3道支撐處;(4)安裝第3道支撐并開挖到第4道支撐處;(5)安裝第4道支撐并開挖到第5道支撐處;(6)安裝第5道支撐并開挖到基坑底部;(7)澆筑底板并拆除第5道支撐;(8)澆筑中板并拆除第3、4道支撐;(9)澆筑頂板并拆除第2道支撐;(10)拆除第1道支撐。地層參數(shù)見表1，連續(xù)墻結(jié)構(gòu)各階段的變形和彎矩內(nèi)力詳見圖4、圖5。

根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》(DGJ08—109—2004)［5］10.4.1 條，基坑保護(hù)等級為計(jì)算最大水平位移33.4 mm≤52.5 mm，滿足規(guī)范對二級基坑的控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，該算法并未考慮基坑施工的“時(shí)空效應(yīng)”［3］，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最終變形跟施工工藝、工序及施工節(jié)奏有很大關(guān)系。

另外，根據(jù)啟明星軟件對坑底抗隆起穩(wěn)定性以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及穩(wěn)定性計(jì)算的結(jié)果，將標(biāo)準(zhǔn)段基坑地下連續(xù)墻插入比優(yōu)化至0.81。

車站主體結(jié)構(gòu)端頭井基坑開挖深度約19.4 m，寬約24.6 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻，600 mm厚內(nèi)襯墻，連續(xù)墻插入比為0.82?；迂Q向設(shè)置6道內(nèi)支撐，其中第1道為800 mm×800 mm鋼筋混凝土斜撐，其余5道為φ609 mm(t=16 mm)鋼管斜撐。二級時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.3%H(H為基坑 開挖深度)。此處，連續(xù)墻

圖3 地下連續(xù)墻荷載-結(jié)構(gòu)模型

圖4 地下連續(xù)墻變形

2.2 主體結(jié)構(gòu)計(jì)算

因站位地下水位較高，基坑施工期間需采取降水作業(yè)，結(jié)構(gòu)施工完成并回填土后，達(dá)到該階段的最不利狀態(tài)(自重工況)［9］，考慮的荷載有土壓力、覆土重、結(jié)構(gòu)自重、地面活載、站廳及站臺層活載。隨著地下水位逐步升高，結(jié)構(gòu)底板承受的浮力逐漸加大，達(dá)到該階段的最不利狀態(tài)(浮力工況)，考慮的荷載有土壓力、覆土重、結(jié)構(gòu)自重、底板承受的浮力。地鐵正常運(yùn)營時(shí)，也是必須計(jì)算的受力狀態(tài)(運(yùn)營工況)，考慮的荷載有土壓力、覆土重、結(jié)構(gòu)自重、底板承受的浮力、地面活載、站廳及站臺層活載。

沿車站縱向選取1 m帶寬的橫向平面框架建立計(jì)算模型，底板豎向邊界條件為GAP單元(只受壓力不受拉力的彈簧)，連續(xù)墻位于底板以下部分設(shè)置水平向土彈簧邊界。另對前述3種狀態(tài)分別計(jì)算并取彎矩包絡(luò)值如圖6所示。

綜合前述施工階段、使用階段內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，即可對疊合墻體系中地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及彎矩包絡(luò)圖(單位:kN·m)

2.3 內(nèi)支撐體系設(shè)計(jì)

2008年11月15日杭州地鐵湘湖站基坑坍塌，大家在調(diào)查原因、吸取教訓(xùn)之時(shí)［10］，認(rèn)為若第1道采用鋼筋混凝土支撐，則可以承受一定的拉力，那么引起的破壞可能會小一些。鑒于此，內(nèi)江路站基坑均采用鋼筋混凝土支撐作為第1道撐。主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段及端頭井支撐豎向布置詳見圖7、圖8;主體基坑第1道支撐平面布置詳見圖9。標(biāo)準(zhǔn)段鋼支撐不設(shè)圍檁，直接撐在地墻上;端頭井處大多為斜撐，鋼管斜撐焊接在地下墻的預(yù)埋鋼板上。鋼支撐的預(yù)加力按照支撐軸力計(jì)算值的70%施加。

內(nèi)支撐的拆除順序:標(biāo)準(zhǔn)段基坑在澆筑底板并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第5道撐;繼續(xù)澆筑側(cè)墻和中板再拆除第3道撐;隨后澆筑側(cè)墻、頂板并拆除第2、4道撐;最后回填土，拆除第1道撐。端頭井基坑在澆筑底板后拆除第6道撐;其余5道支撐在澆筑頂板后一起拆除。

3 附屬基坑設(shè)計(jì)

4個(gè)外掛附屬基坑均為地下一層結(jié)構(gòu)(局部含電纜夾層)，其均采用φ800 mm@950 mm(局部落深處采用φ900 mm@1050 mm)排樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，圍護(hù)樁插入比約為1;鑒于地下水位較高，在排樁外采用φ850 mm@600 mm水泥土三軸攪拌樁作為止水帷幕?；迂Q向設(shè)置3道支撐，第1道均為鋼筋混凝土支撐(支撐平面布置詳見圖9)，其余為φ609 mm(t=16 mm)鋼管支撐，東南角2號出入口附屬基坑因面積較大，第2道撐也采用鋼筋混凝土支撐。

支撐的拆除順序?yàn)?澆筑結(jié)構(gòu)底板并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第3道鋼支撐;然后澆筑側(cè)墻，并在設(shè)計(jì)位置架設(shè)換撐和拋撐(從底板處上拋25°)，之后再拆除第2道撐;澆筑剩余側(cè)墻及頂板，最后回填土，拆除第1道支撐。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)段基坑支撐布置剖面(單位:mm)

圖8 端頭井基坑支撐布置剖面(單位:mm)

圖9 內(nèi)江路站基坑第1道支撐平面布置

4 基坑降水

鑒于場地地下水位較高，主體基坑較深，地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)插入了⑦1承壓水含水層，根據(jù)內(nèi)江路站地質(zhì)詳勘資料進(jìn)行計(jì)算可知:主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段與端頭井坑底土抗突涌穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，標(biāo)準(zhǔn)段基坑承壓水水位需要降至-11.0 m以下;端頭井處承壓水水位須降至-13.6 m以下，施工中通過監(jiān)測承壓水頭確定深層降水的實(shí)施。4個(gè)附屬基坑開挖施工期間僅需抽降潛水即可滿足要求。

5 地基加固

因場地土層強(qiáng)度極低，根據(jù)計(jì)算需要，在基坑開挖前應(yīng)對坑底土體進(jìn)行高壓旋噴樁復(fù)合地基加固。主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段采用抽條加固的方式，抽條加固體尺寸為3 m(寬)×3 m(深)，間距3 m;端頭井采用裙邊+抽條相結(jié)合的加固方式。另外，還須對主體基坑陽角外土體適當(dāng)加固。

4個(gè)附屬基坑采用裙邊+抽條相結(jié)合的加固方式，裙邊加固體尺寸為3 m(寬)×4 m(深)。

6 結(jié)論

針對站位場地主要為富水軟土地層的特點(diǎn)，該車站主體基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，這種結(jié)構(gòu)體系具有剛度大、整體性好、抗?jié)B性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前內(nèi)江路站主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完工，4個(gè)附屬結(jié)構(gòu)也已完成3個(gè)，工程進(jìn)展順利，說明支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案合理，可供類似工程借鑒。

［1］王衛(wèi)東，王建華.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)、分析與實(shí)例［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］叢藹森.地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)施工與應(yīng)用［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊［M］.2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］袁明武.SAP84微機(jī)結(jié)構(gòu)分析通用程序［M］.北京:北京大學(xué)出版社，1992.

［5］上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院.DGJ08—109—2004 城市軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.上海:上海市建設(shè)工程標(biāo)準(zhǔn)定額管理總站，2003.

［6］馮世進(jìn)，陳曉霞，高廣運(yùn)，等.迭代增量法分析地下連續(xù)墻的受力性狀［J］.巖土力學(xué)，2009，30(1):226-230.

［7］袁慶利.某地鐵車站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(2):81-84.

［8］李剛.地鐵車站深基坑地下連續(xù)墻變形特征分析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(6):100-103.

［9］龔杰，梁偉，張自根.三維有限元模型在復(fù)雜車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的成功嘗試［J］.地下工程與隧道，2001(4):17-22.

［10］張曠成，李繼民.杭州地鐵湘湖站“08.11.15”基坑坍塌事故分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32(1):338-342.