王長(zhǎng)科，楊金雷，武文娟，孫會(huì)哲，宋 楊，孟思宇

(1.中國(guó)兵器工業(yè)北方勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北省石家莊市建設(shè)南大街45號(hào) 050011； 2.河北省地下空間工程巖土技術(shù)創(chuàng)新中心，河北省石家莊市建設(shè)南大街45號(hào) 050011)

1 工程概況

南位站位于石家莊市勝利南大街與規(guī)劃建華西路交叉口，沿勝利南大街南北向布置。車(chē)站中心里程為YK23+273.164，結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)232.0m，車(chē)站為地下雙層三跨框架式結(jié)構(gòu)，11.0m島式站臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度20.3m，底板平均埋深約18.0m；盾構(gòu)端頭井段基坑寬度24.0m，底板平均埋深約19.5m；車(chē)站附屬結(jié)構(gòu)設(shè)有4個(gè)出入口(A口為預(yù)留)及2個(gè)風(fēng)道。南位站明挖基坑西側(cè)緊鄰石南貨運(yùn)鐵路，主體基坑圍護(hù)樁外邊緣距鐵路碎石路基坡腳線最近距離13.4m，基坑平面如圖1所示。

圖1 基坑平面圖

由于南水北調(diào)管的使用要求，車(chē)站主體采用明挖順做法倒邊施工，一期施作里程YK23+262.364以北車(chē)站大里程基坑，待主體結(jié)構(gòu)澆筑完畢并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行二期小里程基坑施工。施工范圍內(nèi)平均地面標(biāo)高按66.400m計(jì)，車(chē)站頂板覆土厚度平均3.9m，采用鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐的支護(hù)型式(見(jiàn)圖2、圖3)。車(chē)站主體結(jié)構(gòu)施工完成后再開(kāi)挖風(fēng)道和出入口范圍內(nèi)的土方；因臨近鐵路，先施工臨鐵側(cè)附屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁，作為隔離措施對(duì)鐵路進(jìn)行保護(hù)。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

圖2 南位站內(nèi)支撐現(xiàn)場(chǎng)照片

圖3 軸力計(jì)安裝示意圖Fig.3 Installation schematic diagram of axial force meter

表1 巖土力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

水位埋深一般在45.0m左右，位于結(jié)構(gòu)底板以下10.0m。車(chē)站場(chǎng)地范圍內(nèi)，潛水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。在長(zhǎng)期浸水條件下對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性，在干濕交替環(huán)境下對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具弱腐蝕性。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

本站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐支護(hù)體系，施工荷載標(biāo)準(zhǔn)段按均布20.0kPa考慮，盾構(gòu)段按均布30.0kPa考慮，鐵路荷載按116.0kPa考慮?？紤]石南貨運(yùn)鐵路的影響，第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，支撐水平間距不大于9.0m，并對(duì)臨鐵一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)；標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)樁(WZ2)采用Ф800@1200，標(biāo)準(zhǔn)段直接臨鐵側(cè)圍護(hù)樁(WZ3)采用Ф1000@1400，盾構(gòu)段圍護(hù)樁(WZ1、WZ4)采用Ф800@1000，臨鐵側(cè)附屬?lài)o(hù)樁(WZ5)采用Ф1250@1500，主體圍護(hù)樁主筋采用分段配筋的方式。第二、三道支撐采用鋼管支撐(Ф630，t=16mm鋼管)，支撐水平間距不大于3.0m；鋼圍檁采用2工45b組合鋼結(jié)構(gòu)，圍護(hù)樁參數(shù)列于表2。

表2 圍護(hù)樁參數(shù)表

在主體土方開(kāi)挖前先施工臨鐵側(cè)附屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁，對(duì)鐵路進(jìn)行保護(hù)，典型支護(hù)剖面見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 1-1測(cè)試斷面

圖5 2-2測(cè)試斷面

1-1測(cè)試斷面基坑挖深約18.0m，臨鐵側(cè)主體圍護(hù)樁距鐵路路基坡腳線17.1m，臨鐵側(cè)為WZ3型圍護(hù)樁Ф1000@1400，嵌固深度11.7m，非臨鐵側(cè)為WZ2型圍護(hù)樁Ф00@1200，嵌固深度7.4m。

2-2測(cè)試斷面(有隔離樁)基坑挖深約18.0m，臨鐵側(cè)主體圍護(hù)樁距鐵路路基坡腳線16.32m，臨鐵側(cè)為WZ2型圍護(hù)樁Ф800@1200，嵌固深度7.4m，主體基坑開(kāi)挖前已施工臨鐵側(cè)附屬?lài)o(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁，作為隔離措施對(duì)鐵路進(jìn)行保護(hù)，隔離樁為WZ5型樁Ф1250@1500，嵌固深度7.0m，非臨鐵側(cè)為WZ2型圍護(hù)樁Ф800@1200，嵌固深度7.4m。

圖6為附屬風(fēng)道內(nèi)支撐支護(hù)剖面。由于結(jié)構(gòu)防水的要求，需先破除主體圍護(hù)樁，考慮附屬結(jié)構(gòu)基坑開(kāi)挖后第一道支撐的位置選擇，采取附屬結(jié)構(gòu)頂板降板的技術(shù)手段，附屬結(jié)構(gòu)頂板低于主體結(jié)構(gòu)頂板1.0m，預(yù)留第一道支撐的作用位置。

圖6 附屬風(fēng)道支護(hù)剖面

主體基坑開(kāi)挖工況列于表3。

表3 主體基坑開(kāi)挖工況

各樁型所在剖面基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析

4.1 樁身水平位移分析

1-1測(cè)試斷面測(cè)點(diǎn)ZQT10為直接臨鐵側(cè)，主體圍護(hù)樁與鐵路之間無(wú)隔離樁，該測(cè)試斷面樁身水平位移表現(xiàn)出了明顯的偏壓荷載作用下的變形特征(見(jiàn)圖7)。在鐵路荷載的作用下，臨鐵側(cè)圍護(hù)樁(ZQT10)向基坑內(nèi)側(cè)偏移，非臨鐵側(cè)圍護(hù)樁(ZQT16)向基坑外側(cè)偏移；樁身水平位移最大值均發(fā)生在樁頂附近，臨鐵側(cè)(ZQT10)處為5.62mm(向坑內(nèi)偏移)，非臨鐵側(cè)(ZQT16)處為-2.32mm(向坑外偏移)。

2-2測(cè)試斷面測(cè)點(diǎn)ZQT11為臨鐵側(cè)，在車(chē)站主體基坑土方開(kāi)挖前先施工附屬2號(hào)風(fēng)亭基坑的圍護(hù)樁作為隔離措施。由于附屬?lài)o(hù)樁的隔離作用，該測(cè)試斷面圍護(hù)樁樁身水平位移變形曲線與1-1測(cè)試斷面的變形曲線存在很大差異(見(jiàn)圖8)。

臨鐵側(cè)圍護(hù)樁(ZQT11)樁身水平位移呈“弓”字型分布特點(diǎn)，非臨鐵側(cè)圍護(hù)樁(ZQT15)樁身水平位移呈拋物線型分布特點(diǎn)。臨鐵側(cè)(ZQT11)樁身水平位移最大值4.85mm(向坑內(nèi)偏移)，發(fā)生在樁頂附近；當(dāng)主體基坑開(kāi)挖至工況3時(shí)，嵌固段樁身水平位移開(kāi)始向坑外偏移，偏移最大值為-2.75mm。非臨鐵側(cè)(ZQT15)樁身水平位移最大值3.58mm(向坑內(nèi)偏移)，發(fā)生在樁頂下10.0m位置。

圖7 1-1測(cè)試斷面樁身水平位移圖

圖8 2-2測(cè)試斷面樁身水平位移圖

圖9為用理正深基坑計(jì)算軟件計(jì)算所得的WZ2型、WZ3型圍護(hù)樁樁身水平位移包絡(luò)圖，通過(guò)與實(shí)測(cè)位移對(duì)比可以看出：實(shí)測(cè)位移值均小于計(jì)算值；由于基坑西側(cè)偏壓荷載鐵路的作用，對(duì)臨鐵側(cè)圍護(hù)樁進(jìn)行加強(qiáng)，實(shí)測(cè)樁身水平位移曲線表現(xiàn)出了多種變形特征。

4.2 樁頂水平位移分析

從圖10中樁頂水平位移時(shí)程曲線(“-”表示向基坑外偏移，“+”表示向基坑內(nèi)偏移)可以看出：臨鐵側(cè)樁頂水平位移多表現(xiàn)出向坑內(nèi)偏移的特點(diǎn)，無(wú)隔離樁1-1測(cè)試斷面臨鐵側(cè)樁頂水平位移(ZQS10)向坑內(nèi)偏移量最大，位移值為7.5mm；無(wú)隔離樁1-1測(cè)試斷面非臨鐵側(cè)樁頂水平位移(ZQS16)向坑外偏移，位移最大值為-5.2mm；有隔離樁2-2測(cè)試斷面非臨鐵側(cè)樁頂水平位移隨著基坑開(kāi)挖與支護(hù)的交替進(jìn)行，表現(xiàn)出向坑內(nèi)與坑外反復(fù)擺動(dòng)的特點(diǎn)。

(a) WZ2 (b) WZ3圖9 樁身水平位移包絡(luò)圖Fig.9 Horizontal displacement envelope diagram of pile body

(a)1-1測(cè)試斷面樁頂水平位移時(shí)程曲線

(b)2-2測(cè)試斷面樁頂水平位移時(shí)程曲線圖10 樁頂水平位移時(shí)程曲線Fig.10 Horizontal displacement time history curve of pile top

4.3 鋼支撐軸力分析

圖11為鋼支撐軸力變化散點(diǎn)圖，從鋼支撐軸力變化散點(diǎn)圖可以看出：1-1測(cè)試斷面(無(wú)隔離樁)第二道鋼支撐軸力變化范圍為50.8～212.8kN，第三道鋼支撐軸力變化范圍為136.7～304.0kN，第三道支撐軸力普遍大于第二道；2-2測(cè)試斷面(有隔離樁)第二道鋼支撐軸力變化范圍為106.5～380.5kN，第三道鋼支撐軸力變化范圍為10.7～104.8kN，第二道支撐軸力普遍大于第三道。

(a)1-1測(cè)試斷面

(b)2-2測(cè)試斷面圖11 鋼支撐軸力變化散點(diǎn)圖Fig.11 Scattered plot of axial force variation of steel support

1-1和2-2斷面鋼支撐軸力設(shè)計(jì)值和施加值見(jiàn)表5。通過(guò)對(duì)1-1，2-2斷面監(jiān)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比可以看出：鋼支撐軸力實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)計(jì)算值。

表5 鋼支撐計(jì)算軸力表

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)南位站西側(cè)緊鄰石南貨運(yùn)鐵路的工程特點(diǎn)，本次內(nèi)支撐支護(hù)設(shè)計(jì)方案采取了如下措施：

(1)第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐(800mm×1000mm)，增強(qiáng)整個(gè)支撐體系的整體性；

(2)對(duì)直接臨鐵一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，圍護(hù)樁(WZ3)采用Ф1000@1400，嵌固深度11.7m；對(duì)于主體基坑與石南貨運(yùn)鐵路之間存在附屬結(jié)構(gòu)的位置，在主體土方開(kāi)挖前，先施工附屬側(cè)圍護(hù)樁(WZ5)，作為隔離措施對(duì)鐵路進(jìn)行保護(hù)；

(3)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了附屬結(jié)構(gòu)基坑開(kāi)挖后第一道支撐的位置選擇，采取了附屬結(jié)構(gòu)頂板降板的措施，使附屬結(jié)構(gòu)頂板低于主體結(jié)構(gòu)頂板1.0m，預(yù)留第一道支撐的作用位置。

本工程于2016年4月開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)，2016年10月完成主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工圖，截止至2018年12月，車(chē)站主體結(jié)構(gòu)已全部封頂。臨鐵側(cè)附屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁的先期施工改變了貨運(yùn)鐵路對(duì)主體圍護(hù)樁作用的載荷傳遞模式，有隔離樁存在的支護(hù)斷面沒(méi)有出現(xiàn)明顯的偏壓變形特征，并且進(jìn)一步控制住了圍護(hù)樁的水平位移，改變了支撐軸力的分布特點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明內(nèi)支撐支護(hù)設(shè)計(jì)方案較合理，保證了基坑的整體穩(wěn)定和石南貨運(yùn)鐵路的安全運(yùn)行，實(shí)測(cè)圍護(hù)樁水平位移與鋼支撐軸力均小于計(jì)算值。