紧邻地铁深基坑联合支护结构体系的设计与施工分析

阮立龙 王立泰

（甘肃第六建设集团股份有限公司，甘肃兰州 730070）

0 引言

随着城市人口的逐渐增多和城市规模的不断增大，人们对于城市空间的开发向着越来越高的天空和越来越深的地下发展，其中，地下空间的开发和利用尤为重要。为了方便人们的生活和出行，一大批紧邻地铁建设的建（构）筑物拔地而起，越来越多的建（构）筑物深基坑紧邻地铁施工。由于地铁结构涉及公共安全，所以变形控制方面较一般建筑的变形要求更为严格，一旦变形超限，必然会扰动地铁周边土体，引起地铁车站结构及轨道的附加变形，导致线路不平顺，影响乘客的舒适性，严重时甚至影响地铁的安全运营。在这种复杂的环境下，需要对深基坑的支护方式进行深入研究。通过对各类支护方式的对比分析，确定适合于紧邻地铁工程的深基坑最优支护方案，对于确保地铁的安全稳定运行至关重要[1]。钢管斜抛撑与排桩的联合支护结构体系具备刚度大、变形控制能力强、可靠性好、操作简便等优点，故在紧邻地铁深基坑支护时得到广泛应用。

项目依托甘肃第六建设集团股份有限公司承建的甘肃温商银滩综合体项目和兰州鸿森银滩广场项目，总结出一套完整的针对深基坑变形控制的钢管斜抛撑与双排桩支护结构体系[2]，可对兰州地区未来轨道交通及城市发展创造基础条件类似工程施工提供参考。

1 工程概况

甘肃温商银滩综合体项目和兰州鸿森银滩广场项目深基坑工程位于兰州市七里河区马滩片区，紧邻轨道交通1#线两侧，基坑南北方向长约400m，东西向宽约300m，基坑开挖深度18.15m，地下3层，并与两个项目地下商场连通，与既有轨道交通结构距离较近，距轨道主线隧道外侧最近距离为12m，距地铁站附属构筑物4m左右，施工条件复杂。

拟建场地勘查深度范围主要土层情况：

（1）杂填土：杂色，土质不均匀，以建筑垃圾为主，含回填卵石等，稍湿，稍密。该土层厚度为1.50～7.80m，层面高程介于1523.67～1529.27m之间。该层分布于整个建筑场地。

（2）卵石层1：杂色，颗粒形状呈亚圆形-次圆形，颗粒母岩成分以石英岩、花岗岩、变质砂岩为主，骨架颗粒含量约占全重的70%～80%，级配一般，充填物以砾砂及圆砾为主，含量约占全重的20%左右，中密-密实。该土层埋深为1.50～7.80m，厚度为0.00～17.70m，层面高程介于1520.08～1524.09m之间，层底高程1505.30～1522.36m。该层分布于整个建筑场地。

（3）卵石层2：杂色，呈亚圆形-次圆形，成分以石英岩、花岗岩、变质砂岩等为主，骨架颗粒含量约占全重的50%～60%，充填物以砾砂及细砂为主，含量约占全重的35%左右，密实。该土层埋深为6.00～18.60m，厚度为0.00～8.00m，层面高程介于1507.34～1518.84m之间，层底高程1506.14～1517.84m。该层分布于整个建筑场地。

（4）卵石层3：成分以石英岩、花岗岩、变质砂岩等为主，骨架颗粒含量约占全重的60%～65%，充填物以砾砂及圆砾为主，含量约占全重的25%～30%左右，密实。该土层埋深为7.00～20.00m，最大厚度为35.30m（未穿透），层面高程介于1505.30～1517.84m之间。该层分布于整个建筑场地。

2 联合支护结构体系的设计要点

该工程紧邻地铁一侧，采用“钢管斜抛撑与双排桩”的联合支护结构体系。该工程施工工序较多，工艺复杂，对设计的要求相对较高[3]。结合工程实际情况，在基坑东侧靠近地铁设施的AB段1-1、2-2剖面之间设钢管斜抛撑，3-3剖面设双排桩。

2.1 钢管斜抛撑设计

2.1.1 支撑设计

ZH23～ZH48号桩区域采用钢管斜抛撑。钢管斜抛撑采用Φ609×16钢管，斜抛撑与水平面成30°角；斜抛撑下部留土高度不小于7.50m，斜抛撑底端撑在底板处的梯形连梁上。钢管斜抛撑下设420×420型钢立柱，顶端设置加预应力的活络头，连接在钢筋混凝土圈梁上。

腰梁尺寸为0.7m×0.7m，腰梁通过5 根HRB400C28植筋与护壁桩身连接，腰梁砼为C30。在筏板和相应支护桩的腰梁施工过程中，基坑土体和支护结构的变形是通过在预埋板上焊接钢管斜抛撑进行协调，再通过放坡土方对土体进行卸载，从而起到抗负荷的作用。

2.1.2 换撑设计

针对原斜撑与基础结构位置关系情况，将采用换撑处理，换撑位置设置在-2F顶板上，基坑新加固支撑设置原则为：将斜抛撑底座设置在底板垫层的下部，且设置在非承台区域，以不影响基础结构施工。

该工程换撑施工主要分为二部分，第一部分为筏板边线与基坑边线空隙设置2.0m宽钢筋混凝土底板换撑牛腿；第二部分为施工至地下二层顶结构时在房屋结构与基坑支护桩之间采用型钢换撑。

基坑支护设计平面布置如图1所示，支护设计剖面如图2所示。

图1 基坑支护平面布置

图2 基坑支护设计剖面

2.2 排桩设计

排桩设计按是否临近地铁分为两类，非临近地铁部位采用单排桩，桩长28.4m，桩径l200mm，桩间距为1.4m，桩身混凝土强度等级为C30。临近地铁附属构筑物部位采用双排桩，桩长28.4m，桩径l000mm，桩间距为1.4m，桩身混凝土强度等级为C30。桩顶位于地面下3.1m，顶部设置1.0 厚冠梁，桩顶上部采取现浇钢筋混凝土挡土墙支护。

临近地铁部位排桩主筋为28根C28钢筋均匀布置，螺旋箍筋为Φ12@150/300，加强筋为Φ20@2000。非临近地铁部位排桩主筋为24根Φ28钢筋均匀布置，螺旋箍筋为Φ12@100/200，加强筋为Φ20@2000。

3 联合支护结构体系施工要点

3.1 围护桩及立柱施工

（1）钻孔作业前先进行桩位放样，并对桩位逐桩复核，在桩位四周埋设十字护桩且高出护筒顶面，护筒高于施工水位及地下水位2m且高出地面0.3m。在正式施钻前，复核检查每一个桩中心与护筒中心偏差值，确保桩位准确无误。

（2）钻孔过程中应随时复核垂直度，做好泥浆护壁，防止孔壁坍塌，当钻孔达到设计深度时，即应进行验孔和清除孔底沉渣、淤泥，确保孔底沉渣满足设计及规范要求。

3.2 格构柱施工

（1）该工程格构柱在场外加工，运输过程中要防止碰撞，吊装时要慢提轻放。吊放时采用单层堆放，格构柱下每间隔2m垫1道枕木，上部不得堆放重物。

（2）格构柱下放至设计标高后，吊车吊住格构柱，调节好水平位置和垂直度，保持静止，然后将格构柱与钢筋笼在孔口进行焊接合拢。

（3）格构柱与钢筋笼焊接牢固后，将格构柱连带钢筋笼吊起，拔出横担，缓慢吊入孔内，格构柱吊至设计标高时，将格构柱与固定架间采用倒链固定，然后对格构柱的位置进行调整，当格构柱位置确定后，从柱顶四面焊接对中钢筋，与护筒顶实。

3.3 钢管斜抛撑施工

（1）计算出每根钢管斜抛撑的坐标，再在现场进行测放，确保放线准确。

（2）格构柱与钢管斜抛撑在节点部位贯通设置，无法贯通部位采用方钢管抱柱形式外绕以避开角钢进行有效连接。

（3）混凝土浇筑之前对模板内部全面清理并做好各项检查验收，留存完整的隐蔽验收记录。

（4）混凝土浇筑过程采用“分层浇筑、快速振捣、薄层推进、连续作业”的施工方法，避免混凝土浇筑形成冷缝。

3.4 土方开挖

（1）基坑整体土方开挖采用中心岛式，分段分层开挖，逐层施作。靠近钢管斜抛撑附近预留土体，待支撑梁、格构柱施工完毕后，再进行钢管斜抛撑下部土体的开挖及支护结构的喷锚施工作业。

（2）钢管斜抛撑下部土方采取岛式退台开挖方法，每层土体开挖通过中部拉槽、横向扩边进行施工作业，先在中部拉槽，拉槽深度为下层支撑梁底以上500mm，拉槽宽度必须确保达到土方运输车辆安全通行的宽度要求，拉槽长度宜开挖至基坑侧壁附近。

4 支护效果分析

该工程基坑2020年初开挖，每次开挖深度为1.5m，边开挖边喷锚，开挖至斜抛撑腰梁位置后停止开挖，即进行腰梁施工。腰梁施工完毕，开始安装斜抛撑及格构柱，并于2021年3月对斜抛撑下部土方逐层开挖完毕。目前斜抛撑构件受力稳定，斜抛撑杆件以下主体结构已经施工完毕，2021年5月13日对斜抛撑位置进行一次整体的三维扫描，扫描结果与基坑监测数据进行对比分析，基坑各项变形数据满足规范及设计要求，基坑紧邻地铁一侧顶部位移随时间变形趋势如图3所示。

图3 基坑顶部水平位移

西南侧临近地铁边坡不同时间深层水平位移变形趋势组合如图4所示。

图4 基坑深层水平位移

通过对基坑支护结构的位移监测数据进行整理，分析总结如下：

（1）斜抛撑以下部位土方开挖时，基坑上部刚性支撑的边坡位移增长较小，但是下部柔性支护边坡位移正常增长。

（2）斜抛撑标高以上刚性支撑段开挖时，支撑部位深层水平位移与两道支撑之间部分的深层水平位移变化较小，斜抛撑标高以下开挖时，上部支撑部位深层水平位移的增长变化较小，斜抛撑支点部位位移变化有回弹趋势，支撑下部边坡呈正常增长趋势。

依据对基坑支护结构体系的变形监测数据分析，基坑支护结构体系整体安全、稳定性较好，可以认为该项支护技术可行。

5 结束语

综上所述，钢管斜抛撑与双排桩的联合支护结构体系在该工程表现出良好的支护效果。在斜抛撑下部土方开挖时，上部刚性支撑边坡位移增长变化较小，下部柔性支护边坡位移呈现正常增长趋势。同时，在临近地铁附属构筑物较近部位，采用双排桩支护体系，既可以解决锚索无法施工的难题，又可以降低施工成本。由此可知，钢管斜抛撑与双排桩的联合支护结构体系能够适用于紧邻地铁的深基坑支护，既可以满足开挖工程的基坑安全要求，同时又将对紧邻地铁轨道的影响降至最低，具有很好的应用效果。