低净空条件下深基坑支护设计

陈 鹏

（中铁上海设计院集团有限公司天津分院 天津市 300073）

1 工程概况

三间房车辆段出入段线区间东接西二环路站，西接三间房车辆基地。起止点里程为左（右）线：SJFDc（r）K0+035.060～SJFDc（r）K1+500.000，出入段线线路采用V形坡，最大坡度为34‰，线路长1464.940m。区间采用两端明挖法+中间盾构法施工。

西二环处明挖区间为四线并行明挖区间，出入段线左右线位于内侧，正线左右线位于外侧。明挖区间位于西二环路站西侧，下穿西二环鄂尔多斯立交桥，西二环规划红线宽度70m，目前已实现规划。下穿处鄂尔多斯立交桥为3跨连续钢箱梁，下穿处桥跨55m，桥面宽度30m，桥梁基础采用桩基，桩长50m，桩径1.5m，桥下净空约6m，区间结构外皮与桥桩最小净距约5m。明挖区间采用地下两层箱体框架的结构形式。明挖区间段宽度约20.12～37.88m，结构底板埋深约17.66～22.30m。

图1 三间房车辆段出入段线明挖区间与鄂尔多斯立交桥关系图

图2 鄂尔多斯立交桥现状图

2 工程地质及水文地质

2.1 工程地质

杂填土①1层：杂色，松散～稍密，稍湿，以黏性土、粉土、砂为主，含少量混凝土块、砖块、碎石及建筑、生活垃圾等，连续分布，层厚为0.7～5.7m，层底标高为 1043.70～1048.85m。

素填土①2层：黄褐色，松散～稍密，稍湿，以粉土、砂土为主，土质不均，含少量砖屑，连续分布层厚为0.9～3.7m，层底标高为1043.13～1046.85m。

粉质黏土③2层：黄褐色，可塑，含铁、锰氧化物，局部夹粉土薄层，可见小孔隙，断面粗糙，中等压缩性，连续分布，层厚为0.8～7.0m，层底标高为 1027.32～1035.71m。

粉土③3层：褐黄色，含铁锰氧化物和云母片，无摇振反应，可见小孔，孔隙比e=0.590，为密实状态，稍湿，中等压缩性，透镜体分布，层厚为0.3～3.8m，层底标高为 1031.10～1045.54m。

细砂③5层：黄褐色，以长石、石英为主，颗粒均匀，级配一般，N=34，密实，饱和，中等压缩性，连续分布，层厚为0.8～10.6m，层底标高为1023.60～1035.83m。

中砂③6层：褐黄色，主要成分为石英、长石、云母，颗粒不均，级配一般，N=35，密实，饱和，低压缩性，局部分布，层厚为1.7～8.6m，层底标高为1029.26～1043.71m。

圆砾③9层：杂色，密实，饱和，一般粒径6～35mm，最大粒径不小于110mm，粒径大于2mm的颗粒占总质量的55%，中砂、粗砂及黏性土充填，连续分布，层厚为0.6～9.8m，层底标高为1034.76～1044.01m。

卵石③10层：杂色，密实，饱和，一般粒径25～85mm，最大粒径不小于150mm，粒径大于20mm的颗粒占总质量的52%，中砂、粗砂及黏性土充填，透镜体分布，偶夹黏土夹层，层厚为7.5～7.6m，层底标高为1035.57～1036.41m。

黏土④1层：灰色～灰黑色，可塑，含铁锰氧化物和少量姜石，含有机质，局部夹粉土薄层，可见小孔隙，断面粗糙，中等压缩性，透镜体分布，层厚为1.2～2.0m，层底标高为1013.69～1019.51m。

粉质黏土④2层：灰色～灰黑色，可塑，含铁、锰氧化物和少量姜石，含有机质，有机质含量约8.0%，局部夹粉土薄层，可见小孔隙，断面粗糙，中等压缩性，连续分布，层厚为10.0～26.7m，层底标高为994.41～1013.57m。

粉土④3层：灰色～灰黑色，含铁锰氧化物和云母片，少量姜石，无摇振反应，可见小孔，含有机质，孔隙比e=0.534，为密实状态，稍湿，中等压缩性，透镜体分布，层厚为0.9～5.2m，层底标高为1006.10～1009.85m。

细砂④5层：灰色，以长石、石英为主，颗粒均匀，级配一般，N=44，密实，饱和，中等压缩性，连续分布，层厚为3.0～12.7m，层底标高为1005.32～1025.01m。

2.2 水文地质

本次勘察钻孔最大深度55m，在勘察深度范围内，经现场实测，本场地赋存一层地下水，地下水类型为潜水（二）。本次勘察未见上层滞水，但由于大气降水、管道渗漏等原因，拟建区间场地内不排除局部存在上层滞水的可能性。现状地下水位深度约12m。

3 设计方案

3.1 围护结构形式的选择

明挖区间下穿鄂尔多斯立交桥处，桥下净空约6m，属于低净空条件。根据呼和浩特市地下水保护要求，限制抽取地下水，故本明挖区间需采用止水方案。根据工程经验，围护结构主要有钻孔咬合桩和地下连续墙两种方案，钻孔咬合桩具有低净空条件下施工难度相对小，施工工期相对较短，投资相对较小的特点，同时具有施工精度较低，桩与桩之间咬合效果难以保证的缺点，难以保证止水效果；地下连续墙具有整体刚度大，可有效约束基坑周边变形，对鄂尔多斯立交桥起到较好的保护作用，且地连墙接头较少，止水效果较好，但是低净空条件下施工难度大，成槽设备需要特殊改造，钢筋笼需要分节吊装，投资相对较大。

本明挖区间工期满足要求，为了保证基坑本身及鄂尔多斯立交桥的安全，经综合分析，本区间采用地连墙围护结构。

3.2 详细设计方案

3.2.1 设计原则及标准

（1）在基坑工程设计中，要坚持保证支护体系安全可靠、保护环境、方便施工和经济性的原则。

（2）基坑支护设计、施工与基坑开挖，应综合考虑地质条件、基坑周边环境要求、主体地下结构要求、施工季节变化及支护结构使用期等因素，因地制宜、合理选型、优化设计、精心施工、严格监控。

（3）结构设计中应严格控制基坑开挖施工中引起的地面沉降量。应对由于土体位移可能引起的周围建筑、构筑物、地下管线产生的危害加以预测，并提出安全、经济、技术合理的基坑支护措施。

（4）基坑支护应满足下列功能要求：

①保证基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路的安全和正常使用；

②保证主体地下结构的施工空间。

（5）支护结构布置应满足建筑、车辆、设备等限界的要求，并按规范允许的结构受力变形、施工误差等要求进行放线施作。

（6）基坑支护结构采用以分项系数表示的极限状态设计法设计。

（7）支护结构在施工期间考虑其承载能力及变形对基坑安全和周边环境的影响。

（8）基坑内支撑体系的整体设计使用期限为24个月，连续墙与抗浮梁为永久结构。

（9）支护结构安全等级为一级，基坑支护结构构件的重要性系数γ/0=1.1。

（10）支护结构应满足基坑稳定要求：不产生倾覆、滑移和局部失稳；基坑底部不产生隆起、管涌；支撑系统不失稳。

（11）结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定验算，在不考虑侧壁摩擦阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05，当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15，当结构抗浮不能满足要求时，应采取相应的工程措施。

（12）基坑周边超载：标准段为20kPa，盾构段为30kPa。

3.2.2 设计方案

沿基坑竖向布3道支撑，第一道采用800×1000mm钢筋混凝土支撑，混凝土支撑最大水平间距9.0m；第二、三道支撑采用800×16钢管内支撑，钢支撑平向间距3m，并在鄂尔多斯立交桥下适当加密。墙顶设置钢筋混凝土冠梁，冠梁截面b×h=1.6m×1.0m，第一道支撑撑在冠梁上，如图3所示。

3.3 施工技术要求

（1）施工前必须对周边环境条件及基础资料进行进一步摸排、核实，并根据实际情况对施工风险进行预估，如有必要需进行专题研究解决。

（2）施工前需仔细阅读本区间详勘报告，并需在施工过程中与实际地质情况进行核对，如有不一致，应及时通知勘察及设计单位。

（3）施工前，施工方需对根据本区间风险源等级划分，制定有针对性的施工方案及应急预案。

图3 围护结构平剖面图

（4）本区间明挖段支护结构采用连续墙+内支撑+坑内疏干降水的形式，支护结构施工中地下水位降至基底1.0m。基坑边缘设置铁质防护栏杆；距离基坑边缘2m范围内，不得堆载；1倍基坑深度范围内堆载不得超过20kPa。

（5）基坑开挖到底后，必须严格执行验槽制度，核实基底标高，防止超挖；核实基底土层并做钎探试验，确保地基承载力满足要求；避免施工扰动土体或基底土泡水；此外，接地工程完成后，需经相关专业人员确认满足要求后，方能进行下一步浇筑垫层施工。

（6）鄂尔多斯立交桥下净空较低，围护结构施工时应采用合理的施工工艺，确保地连墙成槽质量及钢筋笼的整体性，以确保施工安全。