沉入式混凝土套箱在高架车站基坑支护中的应用

2021-10-20李明涛王会萌姚文虎

铁道建筑技术 2021年9期

李明涛王会萌姚文虎

(中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安 710043)

1 前言

沉入式混凝土套箱作为基坑支护的一种方法，一般在大型桥墩的基坑、污水泵站、大型设备基础、人防掩蔽所、盾构拼装井、地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用[1－2]。该方法具有施工设备简单、施工工艺方便、防护效果好、封水容易等特点____[3－4]。

对于浅基坑支护，放坡开挖施工最为便捷，一般为首选支护方式[5－7]。但在不同施工环境和市场环境下，放坡开挖并非总是最佳选择，而应该进行充分的技术经济比选，选择安全、经济、绿色环保的支护方式[8－11]。本文即针对高架车站浅基坑，对比分析不同支护方案，选出最优方案施工，为类似工程中基坑支护方案的选择提供参考。

2 项目概况

2.1 位置概况

该车站位置概况如图1所示，车站位于汇通路和聚霞路十字交叉路口北侧，沿着汇通路路中南北向布置，与远期22号线高架车站通过高架通道进行换乘，车站形式为路中侧式三层高架站，车站总建筑面积为1.36万m2，车站主体长度为186 m，车站主体宽度为24.4 m。

图1 车站位置概况

车站所在现有汇通路红线为30 m，道路西侧规划有10 m宽绿带，道路东侧规划有25 m宽防护绿带，东侧为已出让居住用地，西侧为已投入使用的国际商贸城。

车站结构采用“桥－建”组合结构体系，如图2所示，横向双柱托站厅四柱的框架结构，轨道结构与主体结构的连接采用刚接形式。站台雨棚拟采用轻钢结构。

2.2 市政管线概况

市政管线如图2所示。

图2 市政管线分布

汇通路由西向东管线情况:

(1)市政电力管线:1 000 mm×1 000 mm，混凝土，埋深约0.6 m，与B轴水平距离约10 m。

(2)给水管:DN300，球墨铸铁，埋深约1.8 m，与B轴水平距离约8.75 m。

(3)雨水管:DN1600，混凝土(迁改)，埋深约2.7 m，与B轴水平距离约2.16 m。

(4)污水管:DN700，混凝土(迁改)，埋深约5.7 m，与C轴水平距离约2.65 m。

(5)通信管线:300 mm×500 mm，混凝土，埋深约1.9 m，与C轴水平距离约5.27 m。

(6)给水管:DN300，球墨铸铁，埋深约1.7 m，与C轴水平距离约9.84 m。

(7)市政电力管线:1 000 mm×1 000 mm，混凝土，埋深约0.6 m，与C轴水平距离约10.82 m。

2.3 场地土层概况

场地土层分布情况如图3所示，具体为:

图3 场地土层分布

(1)1-1杂填土，层厚0.8～2.1 m；

(2)1-2素填土，层厚0.5～2.5 m；

(3)2-2粉质黏土，层厚0.5～3.5 m；

(4)2-4细砂，层厚0.5 m左右；

(5)2-9卵石分为2-9-1松散卵石、2-9-2稍密卵石、2-9-3中密卵石、2-9-4密实卵石四个亚层。

本工程基坑位于人工填土、粉质黏土层、细砂层、2-9-2稍密卵石层。地下水位埋深为4.90～6.90 m。

2.4 基础概况

基础采用旋挖钻孔灌注桩，桩径1.2 m，墩柱共用承台，承台尺寸6 m×13.4 m×2.5 m、8.6 m×13.6 m×2.5 m，承台顶面距地面高度约为1.1～2.2 m，承台底标高3.6 m、4.7 m。

3 基坑支护方案对比

结合基坑开挖深度及现场实际情况，选择了三种方案进行综合比选，分别为“放坡开挖＋土钉支护”、“沉入式套箱支护”和“钢板桩支护”。

3.1 施工过程对比

三种基坑支护方案施工过程对比如图4所示。与放坡开挖方案相比，套箱支护方案和钢板桩支护方案的工序衔接更加紧密。与钢板桩支护方案相比，套箱支护方案可进一步省去承台支模工序，节约施工时间。

图4 施工过程对比

3.2 工程费用对比

三种基坑支护方案的工程费用对比见表1，由表可知:(1)对承台基坑支护涉及的土石方、支护等本体工程的造价，套箱支护方案总造价最低，为120.6万元，相比放坡开挖方案可节省投资10万元；(2)进一步考虑道路恢复工程费用后，套箱支护方案的经济性更加明显，相比放坡开挖方案，可节省投资约100万元；(3)钢板桩支护方案的总费用介于其他两个方案之间。

表1 基坑支护工程费用对比

3.3 其他要素对比

表2给出从对市政管线和道路的影响、工程前期协调工作量、工期、施工风险等方面进行对比分析的结果，由表可知:(1)相比放坡开挖方案，套箱支护方案和钢板桩支护方案对市政管线和道路的影响小，工程前期协调工作量小，且工期短；(2)相比钢板桩支护方案，套箱支护方案对硬土层的适应性更好。

表2 基坑支护工程其他要素的对比

所以，综合对比分析，最终选择沉入式套箱支护方案。

4 沉入式套箱结构设计要点

沉入式套箱结构设计依据《沉井与气压沉箱施工规范》(GB/T 51130－2016)[12]、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)[13]和《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》(CECS 137:2015)[14]，套箱结构安全等级为二级，基坑监测等级为三级。

套箱主要承担地面堆载、施工车辆荷载、水土压力荷载。考虑套箱下沉过程中的土方开挖的影响，侧向土压力采用主动土压力；套箱下沉验算中，浅层土的侧摩阻力相应进行折减。套箱结构计算包括下沉阶段及使用阶段验算，下沉阶段主要进行下沉验算、封底计算，使用阶段主要进行侧壁的受力配筋计算。套箱设计时的两个注意点:(1)侧壁厚度根据下沉、受力和抗浮要求确定，浅基坑工程中，考虑简化工序，不增加配重，壁厚受下沉需要控制；(2)套箱顶部设置挂壁，起到锁口梁、防缓沉、挡水坎的作用。

套箱设计尺寸为6.7 m×14.1 m×4.1 m、9.4 m×14.4 m×4.2 m和6.8 m×14.2 m×5.3 m，套箱施工完成现场如图5所示。该方案在保证结构和施工安全性的基础上，达到了预期的经济效益。