□文/朱亞坤

隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，大運(yùn)輸量的地鐵作為有效解決城市交通擁堵的交通工具，是各地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)[1]。目前，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)島式地鐵車站多采用明挖順作法施工，為確保基坑的穩(wěn)定性，車站主體結(jié)構(gòu)與附屬結(jié)構(gòu)需進(jìn)行分期施工，一期施工主體結(jié)構(gòu)，二期施工附屬結(jié)構(gòu)，最后破除二者之間地下連續(xù)墻實(shí)現(xiàn)貫通[2]。在工程建設(shè)領(lǐng)域，主體結(jié)構(gòu)與附屬結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻破除一直是行業(yè)研究的熱點(diǎn)，主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻作為附屬結(jié)構(gòu)支撐的受力點(diǎn)，采用劃分多個(gè)單元幅“跳倉(cāng)”破除的施工方法，施工速度慢且附屬結(jié)構(gòu)施工縫數(shù)量多，導(dǎo)致后期滲漏水問題明顯[3]。為解決上述問題，本文以天津地鐵4 號(hào)線航雙路站附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工為例，對(duì)附屬結(jié)構(gòu)首道支撐進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化并分析了優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

天津地鐵4 號(hào)線航雙路站為地下二層島式車站，主體結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)190.4 m、寬20.7 m、高13.51 m、底板埋深16.71 m，車站中心頂板覆土厚3.2 m。標(biāo)準(zhǔn)段為現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下二層三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，車站兩側(cè)共設(shè)三個(gè)出入口及兩個(gè)風(fēng)道。

車站主體采用明挖順作法施工，主體結(jié)構(gòu)負(fù)一層頂板、負(fù)二層頂板預(yù)留鋼筋接駁器，待二者之間地下連續(xù)墻破除后，分別與附屬結(jié)構(gòu)頂板、底板連接，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)貫通。見圖1。

圖1 車站總平面

2 水文地質(zhì)概況

工程地處華北平原，屬?zèng)_積、海積低平原?？辈熳畲罂咨?00.0 m，在該深度范圍內(nèi)，所揭露的地層屬第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)底層。根據(jù)地質(zhì)年代、成因類型及DB/T 29-191—2009《天津市地基土層序劃分技術(shù)規(guī)程》將場(chǎng)地土分為12個(gè)工程地質(zhì)層。在本次勘察場(chǎng)區(qū)內(nèi)古河道、洼、淀沖積和第陸相層湖沼相淀積層缺失，其他各成因土層在場(chǎng)區(qū)均有分布。根據(jù)各單元巖性組合特征，進(jìn)一步將其分為29 個(gè)工程地質(zhì)亞層土層，開挖影響范圍內(nèi)的土層主要包括①1雜填土、①2素填土、④1粉質(zhì)黏土、④3黏土、⑥1粉質(zhì)黏土、⑥3黏質(zhì)粉土、⑦1粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土、⑧21砂質(zhì)粉土、⑧22粉砂、⑨1粉質(zhì)黏土。

根據(jù)地基土的巖性分層及現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)果，與本工程有直接聯(lián)系的淺層地下水主要有以下三個(gè)含水層：潛水，初見埋深1.4～4.0 m；第一承壓水，根據(jù)在航雙路站抽水試驗(yàn)資料，該承壓水水頭埋深在3.8 m，相當(dāng)于大沽標(biāo)高-0.5 m；第二承壓水，經(jīng)實(shí)測(cè)該承壓水水頭埋深6.5 m，相當(dāng)于大沽標(biāo)高-3.2 m。

3 附屬結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 原支撐設(shè)計(jì)方案

附屬及外掛區(qū)基坑標(biāo)準(zhǔn)段深9.3 m，局部電纜夾層加深段坑深為10.045 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為SMW 工法樁，采用?850 mm@600 mm三軸水泥攪拌樁，內(nèi)插700 mm×300 mm×13 mm×24 mmH型鋼，隔一插一形式布置，樁長(zhǎng)為25 m。樁頂設(shè)鋼筋混凝土冠梁，圍護(hù)結(jié)構(gòu)均設(shè)兩道?609 mm×16 mm鋼管撐，第一道撐于冠梁，第二道撐于鋼腰梁，鋼腰梁采用雙拼工45c熱軋型鋼。見圖2。

圖2 支撐剖面

3.2 原支撐設(shè)計(jì)對(duì)施工的影響

附屬及外掛區(qū)首道鋼支撐撐于冠梁側(cè)部，采用常規(guī)施工方案需留設(shè)多個(gè)后澆帶進(jìn)行小范圍“跳倉(cāng)”破除地下連續(xù)墻，然后分塊對(duì)應(yīng)施工附屬及外掛區(qū)結(jié)構(gòu)頂板，耗費(fèi)大量時(shí)間，同時(shí)附屬及外掛區(qū)頂板連接處施工縫數(shù)量增多，成為結(jié)構(gòu)薄弱部位，存在滲漏水隱患。

3.3 支撐設(shè)計(jì)優(yōu)化

在主體結(jié)構(gòu)頂鄰近地下連續(xù)墻處設(shè)置寬400 mm、高2 500 mm 鋼筋混凝土擋土墻。待擋土墻后面的土體回填壓實(shí)，將附屬及外掛區(qū)首道鋼支撐上移，首道支撐與主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻冠梁凈空20 cm，支撐兩端分別撐在北側(cè)主體結(jié)構(gòu)頂板上方擋土墻和附屬結(jié)構(gòu)工法樁冠梁上，見圖3。

圖3 首道支撐優(yōu)化

3.4 優(yōu)化后工序?qū)Ρ?/h3>

原設(shè)計(jì)方案的地下連續(xù)墻破除工序：劃分破除單元段→澆筑底板混凝土→拆除首道撐→拆除第二道鋼支撐→破除單元段地下連續(xù)墻→澆筑底板后澆帶→澆筑頂板混凝土。

優(yōu)化后的工序：劃分破除單元段→澆筑底板混凝土→破除地下連續(xù)墻→澆筑底板后澆帶→拆除第二道鋼支撐→澆筑頂板混凝土。

優(yōu)化后的施工工序相對(duì)優(yōu)化前的優(yōu)點(diǎn)在于：附屬結(jié)構(gòu)施工期間，首道鋼支撐不拆除，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定受力狀態(tài)，既保證了基坑的穩(wěn)定性又增加了地下連續(xù)墻破除單元段長(zhǎng)度。按照優(yōu)化后的施工方案，外掛區(qū)與主站區(qū)同步施工，僅留設(shè)9個(gè)施工段，大大減少施工縫數(shù)量，降低薄弱部位質(zhì)量隱患。

4 穩(wěn)定性分析

優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案鋼支撐上移2.41 m 標(biāo)高，相對(duì)原設(shè)計(jì)方案受力點(diǎn)發(fā)生變化，為確保施工安全，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性和基坑整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

4.1 計(jì)算參數(shù)

基坑設(shè)計(jì)最大深度10.045 m，按二級(jí)基坑，根據(jù)DB 29-202—2010《天津市建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。地下水埋深2.10 m。第6層為承壓含水層，坑外承壓水水位3.907 m；坑內(nèi)承壓水水位3.907 m，地面超載20.0 kPa。見表1。

表1 土層參數(shù)

計(jì)算模型見圖4。

圖4 平面彈性地基量計(jì)算模型

4.2 抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算

SMW工法樁抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算采用水土合算，墻后主動(dòng)側(cè)土壓力采用三角分布計(jì)算，水土壓力與深度的關(guān)系見圖5。

圖5 水土壓力與深度關(guān)系

抗傾覆安全系數(shù)

式中：Mak——作用在樁墻外側(cè)的主動(dòng)土壓力對(duì)樁墻底端的傾覆力矩標(biāo)準(zhǔn)值；

Mpk——作用在樁墻內(nèi)側(cè)嵌固段上的被動(dòng)土壓力對(duì)樁墻底端的傾覆力矩標(biāo)準(zhǔn)值。

因Ka＞1.2，故抗傾覆滿足要求。

4.3 整體穩(wěn)定性計(jì)算

基坑整體穩(wěn)定性采用瑞典條分法計(jì)算，應(yīng)力狀態(tài)采用總應(yīng)力法。計(jì)算滑動(dòng)面見圖6。

圖6 開挖至10.04 m滑動(dòng)面位置

整體穩(wěn)定性安全系數(shù)

式中：MR——滑動(dòng)面上土體的抗滑力矩標(biāo)準(zhǔn)值；

MT——各支錨對(duì)滑動(dòng)體的抗滑力矩標(biāo)準(zhǔn)值之和；

Ms——滑動(dòng)土體的滑動(dòng)力矩標(biāo)準(zhǔn)值。

因Kz＞1.3，故整體穩(wěn)定性滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)地鐵車站附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)首道支撐進(jìn)行了優(yōu)化，即在主體結(jié)構(gòu)上增設(shè)擋土墻，上提附屬結(jié)構(gòu)首道支撐標(biāo)高并撐于擋土墻上，解決了采用“跳倉(cāng)”破除地下連續(xù)墻施工速度慢、施工縫數(shù)量增多，滲漏水隱患大等問題。對(duì)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性和基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，結(jié)果表明：優(yōu)化方案穩(wěn)定性滿足要求，具有可實(shí)施性，可為相關(guān)類似工程提供借鑒和參考。