淺析地鐵站基坑工程設(shè)計

丁思超

摘 要：基坑工程是指在地表以下開挖的一個地下空間及其配套的支護(hù)體系是集地質(zhì)工程、巖土工程、結(jié)構(gòu)工程和巖土測試技術(shù)于一身的系統(tǒng)工程。其主要內(nèi)容：工程勘察、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工、土方開挖與回填、地下水控制、信息化施工及周邊環(huán)境保護(hù)等。基坑施工最簡單、最經(jīng)濟(jì)的辦法是放大坡開挖，但經(jīng)常會受到場地條件、周邊環(huán)境的限制，基坑支護(hù)體系是臨時結(jié)構(gòu)，安全儲備較小，具有較大的風(fēng)險性。基坑工程施工過程中應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測，并應(yīng)有應(yīng)急措施。在施工過程中一旦出現(xiàn)險情等狀況，需要及時搶救與處理。土釘墻是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射砼面板相結(jié)合，形成一個類似重力擋墻后的土壓力；從而保持開挖面的穩(wěn)定，這個土擋被稱之為土釘墻。土釘墻的做法與礦山加固坑道用的噴錨網(wǎng)加固巖體的做法類似，故也稱為噴錨網(wǎng)加固邊坡。

關(guān)鍵詞：基坑 支護(hù) 土釘

緒 論

隨著時代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化步伐的加快，為滿足日益增長的市民出行、商業(yè)、停車等功能的需要，在用地愈發(fā)緊張的密集城市中心結(jié)合城市建設(shè)和改造大型地下空間已成為一種必然，諸如高層建筑多層地下室，地下鐵道及地下車站地下道路地下停車庫、地下車道、地下商場、地下倉庫以及多種地下民用和工業(yè)設(shè)施等，地下空間開發(fā)規(guī)模越來越大，如上海市地下空間開發(fā)面積達(dá)30萬平方米，地下綜合體項(xiàng)目近十年來多達(dá)幾十個基坑，開挖面積一般可達(dá)六萬平方米 ；杭州也亦如此，至2015年末，杭州市區(qū)各類地下空間開發(fā)利用新增總量超過2200萬平方米，結(jié)合軌道交通等重大交通設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)，一大批地下空間開發(fā)利用項(xiàng)目將投入建設(shè)。由此所需要的理論和技術(shù)越來越高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了作為施工輔助措施的范疇，施工單位沒有足夠的技術(shù)力量來解決復(fù)雜的基坑穩(wěn)定、變形和環(huán)境保護(hù)問題，研究和設(shè)計單位介入解決了基坑工程理論計算和設(shè)計問題，由此逐步形成了一門獨(dú)立的學(xué)科分支--基坑工程。

一.基坑工程特點(diǎn)分析

首先，基坑工程具有較大的風(fēng)險性。基坑支護(hù)體系一般為臨時措施，其荷載、強(qiáng)度、變形、防滲、耐久性等方面的安全儲備較小。其次，基坑工程具有明顯的區(qū)域特征。不同區(qū)域具有不同的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，即使同一城市也可能會有較大差異。再者基坑工程具有明顯的環(huán)境保護(hù)特征。基坑工程的施工會引起周圍地下水位變化和應(yīng)力場的改變，導(dǎo)致周圍土體的變形，對相鄰環(huán)境會產(chǎn)生影響。第四，基坑工程理論尚不完善。基坑工程是巖土、結(jié)構(gòu)及施工相互交叉的科學(xué)，且受到多種復(fù)雜因素相互影響，其在土壓力理論、基坑設(shè)計計算理論等方面尚待進(jìn)一步發(fā)展。除此之外，基坑工程具有很強(qiáng)的個體特征。基坑所處區(qū)域地質(zhì)條件的多樣性，基坑周邊環(huán)境的復(fù)雜性、基坑形狀的多樣性、基坑支護(hù)形式的多樣性，決定了基坑工程具有明顯的個性。

二.基坑支護(hù)的方案

（1）懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)

懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)依靠足夠的入土深度和結(jié)構(gòu)的抗彎能力來維持整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。懸臂結(jié)構(gòu)所受土壓力分布是開挖深度的一次函數(shù)，其剪力是深度的二次函數(shù)，彎矩是深度的三次函數(shù)，水平位移是深度的五次函數(shù)。懸臂式結(jié)構(gòu)對開挖深度很敏感，容易產(chǎn)生較大變形，對相臨的建筑物產(chǎn)生不良的影響。懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)適用于土質(zhì)較好、開挖深度較淺的基坑工程。

（2）水泥土重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)

水泥土與其包圍的天然土形成重力式擋墻支擋周圍土體，保持基坑邊坡穩(wěn)定，深層攪拌水泥土樁重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，常用于軟粘土地區(qū)開挖深度約在6.0m以內(nèi)的基坑工程，水泥土的抗拉強(qiáng)度低，水泥土重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)適用于較淺的基坑工程。

（3）拉錨式圍護(hù)結(jié)構(gòu)

拉錨式圍護(hù)結(jié)構(gòu)由圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系和錨固體系兩部分組成，圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系常采用鋼筋混凝土排樁墻和地下連續(xù)墻兩種。錨固體系可分為錨桿式和地面拉錨式兩種。地面拉錨式需要有足夠的場地設(shè)置錨樁，或其他錨固物；錨桿式需要地基土能提供錨桿較大的錨固力。錨桿式適用于砂土地基，或粘土地基。由于軟粘土地基不能提供錨桿較大的錨固力，所以很少使用。

（4）土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)

土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的機(jī)理可理解為通過在基坑邊坡中設(shè)置土釘，形成加筋土重力式擋墻，起到擋土作用。土釘墻圍護(hù)適用于地下水位以上或者人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土、卵石土等；不適用于淤泥質(zhì)及未經(jīng)降水處理地下水以下的土層地基中基坑圍護(hù)。

（5）內(nèi)撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)

內(nèi)撐式圍護(hù)由圍護(hù)體系和內(nèi)撐體系兩部分組成，圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系常采用鋼筋混凝土樁排樁墻和地下連續(xù)墻型式。內(nèi)撐體系可采用水平支撐和斜支撐。當(dāng)基坑開挖平面面積很大而開挖深度不太大時，宜采用單層支撐。內(nèi)撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管（或型鋼）支撐兩種。內(nèi)撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)適用范圍廣，可適用于各種土層和基坑深度。

三.淺析基坑支護(hù)的意義

這對保證基坑四周的土體的穩(wěn)定性、保證基坑四周相鄰建筑物和地下管線等設(shè)施在基坑支護(hù)和地下室施工期間不受損害、保證基坑工程施工作業(yè)面在地下水位以上具有重要意義。同時滿足地下室施工有足夠空間的要求，這是土方開挖和地下室施工的必要條件。并且還可進(jìn)行基坑變形觀測，坑施工期間對結(jié)構(gòu)工程及施工沿線周圍重要的地下、地面建筑物、地面道路等實(shí)施變形、應(yīng)力應(yīng)變等方面的監(jiān)測，為施工單位提供及時、可靠的信息用以評定地鐵工程在施工期間的安全性及施工對周邊環(huán)境的影響，并對可能發(fā)生的危及施工、周邊環(huán)境安全的隱患或事故進(jìn)行及時、準(zhǔn)確的預(yù)報，以便及時采取有效措施消除隱患，避免事故的發(fā)生。