鄭州某地鐵車站深基坑圍護結構設計分析

桑 行 杜明芳 易領兵 徐 捷 龐玉玲

（1.河南工業大學 土木建筑學院，河南 鄭州 450000；2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，河南 鄭州 450000；3.河南省交通科學技術研究院有限公司，河南 鄭州 450000；4.鄭州工業應用技術學院，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

本車站起點里程右DK23+862.717，終點里程右DK24+092.217，本站為地下兩層雙跨島式車站，站點北側有一廣場，場地南側體育場，兩側構筑物較少。地層巖性主要為：0～20m主要地層為粉土、粉質黏土，夾有粉砂、細砂，20～30m主要地層為中密～密實細砂。場地30～50m范圍內主要為第四系上更新統（Q3）粉質粘土、粉細砂。

2 深基坑圍護結構設計

2.1 基坑支護型式

本車站標準段圍護樁采用Φ1 000@1 400mm灌注樁，嵌固深度約13m，支撐體系第一道采用800×800混凝土支撐，第二、三道支撐采用16厚Φ609鋼管撐，支撐中部增加臨時立柱；盾構段圍護樁采用Φ1 000@1 300mm 灌注樁，大里程盾構段嵌固深度約17m，小里程盾構段嵌固深度約14m。支撐體系第一道采用800×800 混凝土支撐，第二、三、四道支撐及換撐采用16 厚Φ609 鋼管撐。車站典型的排樁支護方案見圖1。

2.2 計算方法

用理正深基坑支護計算軟件7.0 版本進行計算模擬全過程，按荷載“增量法”原理實施。模擬開挖、支撐、換撐的實際施工過程，基坑外側土壓力按朗肯主動土壓力計算。以滲透系數為標準，k≤1m/d 時采用水土合算，k＞1m/d時采用水土分算。開挖面以下用一組彈簧模擬地層水平抗力。

2.2.1 第一道混凝土支撐驗算

截面采用800×800mm，最大支撐軸力設計值為3201.41kN。

2.2.1.1 已知條件

矩形柱b=800mm，h=800mm；計算長度L=11.60m 砼強 度 等 級C30，fc=14.3N/mm2ft=1.43N/mm2；縱 筋 級 別HRB400，fy=360N/mm2，fy'=360N/mm2；箍筋級別HPB300，fy=270N/mm2；軸力設計值N=2 666.67kN；彎矩設計值Mx=268.77kN.m，My=60.36kN.m；剪 力 設 計 值 Vy=117.09kN，Vx=0.00kN。

圖1 車站典型排樁支護方案

2.2.1.2配置鋼筋

① 上 部 縱 筋:8E25（ 3 927mm2ρ=0.61% ）＞As=1 280mm2，配 筋 滿 足。 ②下 部 縱 筋:8E25（3 927mm2ρ=0.61%）＞As=1 280mm2，配筋滿足。③左右縱筋:3E20（942mm2ρ=0.15%）全 側 配 筋As=1 924mm2＞As=1 280mm2，配筋滿足。④豎向箍筋:d10@150 四肢箍（2094mm2/mρsv=0.26%）＞Asv/s=853mm2/m，配筋滿足。⑤水平箍筋:d10@150 四肢箍（2 094mm2/mρsv=0.26%）＞Asv/s=853mm2/m，配筋滿足。鋼筋：d-HPB300; D-HRB335;E-HRB400; F-RRB400;G-HRB500;P-HRBF335;Q-HRBF400;R-HRBF500。

2.2.2 梁截面設計:

2.2.2.1 已知條件：

已知條件：矩形梁b=800mm，h=800mm。砼C30，fc=14.30N/mm2，ft=1.43N/mm2，縱 筋HRB400，fy=360N/mm2，fy,=360N/mm2，箍筋HPB300，fy=270N/mm2。彎矩設計值M=268.77kN.m，剪力設計值V=117.09kN，扭矩設計值T=0.00kN.m。

2.2.2.2 截面驗算：

截面驗算：V=117.09kN＜0.250βcfcbh0=2173.60kN 截面滿足截面配筋。

2.2.2.3 正截面受彎承載力計算：

①按雙筋計算：as 下=40mm，as 上=40mm，相對受壓區 高 度ξ=x/h0=0.000＜ξb=0.518。②上 部 縱 筋：As1=1 280mm2ρ=0.20%＜ρmin=0.20% 按 構 造 配 筋 As1=1 280mm2。③下部縱筋：As=1 280mm2ρ=0.20%＜ρmin=0.20%按構造配筋As=1 280mm2。

2.2.2.4 配置鋼筋：

①上 部 縱 筋：計 算As=1 280mm2，實 配8E25（3 927mm2;ρ=0.61%），配筋滿足②腰筋：計算構造As=b*hw*0.2%=1 216mm2，實配6E20（1 885mm2;ρ=0.29%）。③下部縱 筋：計 算As=1 280mm2，實 配8E25（3 927mm2;ρ=0.61%），配筋滿足。④箍筋：計算Av/s=1 017mm2/m，實配d10@150四肢（2 094mm2/m;ρsv=0.26%），配筋滿足。

2.2.2.5 裂縫計算：

①計算參數：Mk=199.00kN.m，最大裂縫寬度限值0.300mm。 ②受 拉 鋼 筋 應 力：σsk=Mk/（0.87h0As）=76.64N/mm2＜fyk=400N/mm2。 ③裂 縫 寬 度：Wmax=0.032mm＜Wlim=0.300mm,滿足。

3 結論與建議

3.1 粉質黏土或粉土層的分布對樁基施工影響較大，應提前預測施工難度，并制定合理的應對措施。

3.2 車站附屬結構采用明挖法施工，建議采用土釘墻支護方式，局部場地條件不具備時，建議采用樁+錨索或樁+內支撐支護方式。

3.3 樁體位移完整的反映圍護樁的變形。在有鋼支撐作用的情況下，圍護樁變形最大的部位不在樁頂，而在距樁頂2/3的基坑開挖深度處。

3.4 設計與施工相結合，保證施工質量，縮短施工周期、降低成本，有一定的應用價值。

［1］劉國彬,王衛東.基坑工程手冊［Z］.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［2］于志成，施文華.深基坑支護設計與施工［M］.北京:中國建筑工業出版社，1997.

［3］杜明芳，易領兵.樁錨支護在深路塹邊坡支護中的設計及應用［J］.河南科學，2014，32（9）:88～93.

［4］易領兵，杜明芳.有限元模擬樁錨支護對鄰近高架橋的影響［J］.河南科學，2014，32（11）：1001-1004.