趙閣克 趙博洋 付敬卓

摘要：通過對(duì)國(guó)內(nèi)外卵石地層基坑支護(hù)形式及參數(shù)的調(diào)研，文章對(duì)卵石基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的適用性進(jìn)行分析，得出結(jié)論：（1）調(diào)研了洛陽、成都、北京、長(zhǎng)沙、蘭州等地188種卵石基坑（洛陽地區(qū)30個(gè)）常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式，發(fā)現(xiàn)深度超過16 m的基坑案例，采用樁+內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)形式的使用頻率最高，約70 %。（2）共調(diào)研了卵石地區(qū)共計(jì)57個(gè)案例，得出了基坑深度與內(nèi)支撐數(shù)量呈正相關(guān)。結(jié)合洛陽地鐵基坑深度，對(duì)深度超過16 m的深基坑，推薦選擇樁+3/4內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)型式。（3）卵石地區(qū)嵌入比的選擇主要分布于0.2～0.5，且隨著基坑深度增加，樁徑增大，導(dǎo)致嵌入比有逐漸減小的趨勢(shì)。

[基金項(xiàng)目]洛陽市軌道交通1號(hào)線科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：LYG01-ZX-HYFW-（2017）118-CHISCKY）

[作者簡(jiǎn)介]趙閣克（1980—），男，本科，工程師，主要從事地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式研究工作。

[通信作者]趙博洋（1998—），男，碩士，主要從事地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式研究工作。

深基坑工程是地鐵建設(shè)過程中一種常見的臨時(shí)地下工程，由于支護(hù)型式設(shè)計(jì)和施工時(shí)機(jī)不當(dāng)極易引發(fā)一系列安全問題：2005年廣州市海珠城廣場(chǎng)基坑因?yàn)槌谑沟脙?nèi)支撐布置不合理、道數(shù)不夠而導(dǎo)致坍塌事故;2007年深圳地鐵1號(hào)線大新站因?yàn)榛娱_挖過快，內(nèi)支撐架設(shè)未能跟上開挖速度導(dǎo)致基坑垮塌;2012年武漢地鐵土家灣站因開挖至9.4 m卻未及時(shí)施作第2道內(nèi)撐造成基坑坍塌。以上事故的發(fā)生，在于對(duì)變形規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，而基坑塌方的突發(fā)性極易造成施工人員傷亡，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

近年來，隨著我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展，相繼在北京、成都和洛陽等城市的地鐵基坑開挖過程中遇到了大面積的卵石地層。洛陽軌道交通1號(hào)線面臨的高水位、超厚卵石層，滲透系數(shù)之大，在國(guó)內(nèi)同類工程中罕見，其基坑開挖的重難點(diǎn)表現(xiàn)在卵石地層穩(wěn)定性差，地下水位高，基坑施工困難（圖1）。

為解決洛陽市軌道交通1號(hào)線建設(shè)中高水位超厚卵石層深基坑建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究的問題，本文以通過調(diào)研分析國(guó)內(nèi)卵石地層的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式及其參數(shù)，分析影響卵石地層基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型的主要因素，為類似洛陽市軌道交通1號(hào)線高水位超厚卵石地層地鐵修建技術(shù)提供建議。

1 卵石基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型適用性分析

為了解決卵石地層圍護(hù)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化問題，共調(diào)研了國(guó)內(nèi)外包括成都、北京、長(zhǎng)沙、蘭州和洛陽等地188種卵石基坑。經(jīng)總結(jié)，其中主要采用了7種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其中樁+內(nèi)支撐用的最多為101次，約占53.16 %（圖2）。

為研究基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型的適用性，針對(duì)基坑深度與基坑地質(zhì)條件進(jìn)行深入分析。

1.1 不同深度條件下結(jié)構(gòu)型式及占比

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外57個(gè)卵石地層支護(hù)結(jié)構(gòu)案例分析，將不同深度范圍內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)使用頻率繪制如圖3所示。

（1）基坑深度為6～11 m 時(shí)用了6種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其中土釘墻使用次數(shù)最多，約占了40 %，一般不使用內(nèi)支撐。

（2）基坑深度為11～16 m時(shí)用了7種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其中土釘使用次數(shù)最多，約占了40 %，錨樁和噴錨網(wǎng)用的較多，都占了23 %。

（3）基坑深度為16～21 m時(shí)用了5種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其中樁+內(nèi)支撐使用次數(shù)最多，占了70 %。

（4）大于21 m時(shí)也用了5種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其中樁+內(nèi)支撐使用次數(shù)最多，占了70 %。

1.2 豎向內(nèi)支撐數(shù)量的選擇

共調(diào)研全國(guó)57個(gè)卵石基坑的支撐數(shù)量與基坑開挖深度的關(guān)系，繪制出支撐數(shù)量與開挖深度的關(guān)系曲線（圖4）。

可以得出，隨著基坑開挖深度的增加，所需的豎向內(nèi)支撐數(shù)逐漸增加?；由疃仍? m以下時(shí)，內(nèi)支撐數(shù)量為1;基坑深度在7～15 m時(shí)，內(nèi)支撐數(shù)普遍為2～3道，當(dāng)基坑深度為15～24 m時(shí)，內(nèi)支撐數(shù)量為3～4;基坑深度超過25 m的少部分深基坑采用了第5道內(nèi)支撐。

1.3 卵石基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入比研究

基坑的嵌入比是影響基坑穩(wěn)定和坑底抗隆起穩(wěn)定系數(shù)的一個(gè)重要指標(biāo)。樁的嵌入比定義為樁的嵌入深度與基坑底部以上樁長(zhǎng)（當(dāng)樁頂位于地面時(shí)，可用基坑深度近似代替）的比值，是評(píng)價(jià)樁體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。

1.3.1 嵌入比影響指標(biāo)及其控制標(biāo)準(zhǔn)

本工程基于理正深基坑設(shè)計(jì)軟件對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌入比進(jìn)行優(yōu)化。理正深基坑支護(hù)軟件依據(jù)JGJ 120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》和北京、上海、天津、廣東、深圳、廣州、武漢的地方規(guī)范以及冶金部行業(yè)規(guī)范等共10個(gè)基坑規(guī)范編制。分別采用經(jīng)典法和彈性法（包括全量法和增量法）完成懸臂式或支錨式單排樁、雙排樁、地下連續(xù)墻、鋼板樁、水泥土墻（包括方法）、土釘墻、天然放坡等多種支護(hù)形式的計(jì)算。計(jì)算項(xiàng)目包括土壓力計(jì)算、支護(hù)構(gòu)建內(nèi)力計(jì)算及配筋、錨桿及內(nèi)撐計(jì)算、整體穩(wěn)定計(jì)算、抗傾覆計(jì)算、抗隆起計(jì)算、抗管涌計(jì)算、承壓水計(jì)算，可輸出圖文并茂的詳盡的計(jì)算書。并可根據(jù)基坑的實(shí)際形狀和內(nèi)撐鋪桿的實(shí)際布置形式進(jìn)行三維整體計(jì)算。算時(shí)可模擬整個(gè)施工過程（如開挖、加撐、換撐、拆撐），慮土層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用，結(jié)果安全可靠。

巖土工程與地下工程趙閣克， 趙博洋， 付敬卓： 超厚卵石層深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式適用性分析

計(jì)算依據(jù)理正深基坑計(jì)算所得的的地表位移、整體穩(wěn)定性、抗傾覆能力、抗隆起能力和抗管涌能力等結(jié)果對(duì)卵石深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入比進(jìn)行優(yōu)化（表1）。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算規(guī)范與規(guī)程參照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）基坑等級(jí)為一級(jí)，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)取1.1，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力采用增量法進(jìn)行計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖所示，基坑深度為20 m，咬合灌注樁嵌固深度為H，樁直徑1.0 m，樁間距0.75 m（素混凝土樁和鋼筋混凝土樁交替），冠梁尺寸1.7 m×1.0 m，基坑從上到下共四道內(nèi)支撐，第一道為混凝土支撐，第二、三和四道內(nèi)支撐為609 mm，t=16 mm的鋼管支撐，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

1.3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入比調(diào)研

國(guó)內(nèi)砂卵石土分布較為廣泛的有北京、成都、長(zhǎng)沙和蘭州等地。通過調(diào)研得到了相似底層的嵌入比（圖5）。

圖5給出了卵石地區(qū)基坑嵌入比選擇的分布規(guī)律，可以看出，卵石地區(qū)嵌入比的選擇主要分布于0.2～0.50，且隨著基坑深度增加，樁徑增大，導(dǎo)致嵌入比有逐漸減小的趨勢(shì)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料可以看出洛陽地區(qū)的設(shè)計(jì)嵌入比統(tǒng)計(jì)的其他卵石基坑的嵌入比普遍偏大，因此對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌入比尚且有一定的優(yōu)化空間。

2 結(jié)論

通過通過對(duì)國(guó)內(nèi)外卵石地層基坑支護(hù)形式及參數(shù)的調(diào)研，對(duì)卵石基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的適用性進(jìn)行分析，得出結(jié)論：

（1）調(diào)研了洛陽、成都、北京、長(zhǎng)沙、蘭州等地188種卵石基坑（洛陽地區(qū)30個(gè)）常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式，發(fā)現(xiàn)深度超過16 m的基坑案例，采用樁+內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)形式的使用頻率最高，約70 %。

（2）共調(diào)研了卵石地區(qū)共計(jì)57個(gè)案例，得出了基坑深度與內(nèi)支撐數(shù)量呈正相關(guān)。結(jié)合洛陽地鐵基坑深度，對(duì)深度超過16 m的深基坑，推薦選擇樁+3/4內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)型式。

（3）卵石地區(qū)嵌入比的選擇主要分布于0.2～0.5，且隨著基坑深度增加，樁徑增大，導(dǎo)致嵌入比有逐漸減小的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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