沉入式混凝土套箱在高架車站基坑支護中的應用

李明濤 王會萌 姚文虎

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司 陜西西安 710043)

1 前言

沉入式混凝土套箱作為基坑支護的一種方法，一般在大型橋墩的基坑、污水泵站、大型設備基礎、人防掩蔽所、盾構拼裝井、地下車道與車站水工基礎施工圍護裝置時使用[1－2]。該方法具有施工設備簡單、施工工藝方便、防護效果好、封水容易等特點____[3－4]。

對于淺基坑支護，放坡開挖施工最為便捷，一般為首選支護方式[5－7]。但在不同施工環境和市場環境下，放坡開挖并非總是最佳選擇，而應該進行充分的技術經濟比選，選擇安全、經濟、綠色環保的支護方式[8－11]。本文即針對高架車站淺基坑，對比分析不同支護方案，選出最優方案施工，為類似工程中基坑支護方案的選擇提供參考。

2 項目概況

2.1 位置概況

該車站位置概況如圖1所示，車站位于匯通路和聚霞路十字交叉路口北側，沿著匯通路路中南北向布置，與遠期22號線高架車站通過高架通道進行換乘，車站形式為路中側式三層高架站，車站總建筑面積為1.36萬m2，車站主體長度為186 m，車站主體寬度為24.4 m。

圖1 車站位置概況

車站所在現有匯通路紅線為30 m，道路西側規劃有10 m寬綠帶，道路東側規劃有25 m寬防護綠帶，東側為已出讓居住用地，西側為已投入使用的國際商貿城。

車站結構采用“橋－建”組合結構體系，如圖2所示，橫向雙柱托站廳四柱的框架結構，軌道結構與主體結構的連接采用剛接形式。站臺雨棚擬采用輕鋼結構。

2.2 市政管線概況

市政管線如圖2所示。

圖2 市政管線分布

匯通路由西向東管線情況:

(1)市政電力管線:1 000 mm×1 000 mm，混凝土，埋深約0.6 m，與B軸水平距離約10 m。

(2)給水管:DN300，球墨鑄鐵，埋深約1.8 m，與B軸水平距離約8.75 m。

(3)雨水管:DN1600，混凝土(遷改)，埋深約2.7 m，與B軸水平距離約2.16 m。

(4)污水管:DN700，混凝土(遷改)，埋深約5.7 m，與C軸水平距離約2.65 m。

(5)通信管線:300 mm×500 mm，混凝土，埋深約1.9 m，與C軸水平距離約5.27 m。

(6)給水管:DN300，球墨鑄鐵，埋深約1.7 m，與C軸水平距離約9.84 m。

(7)市政電力管線:1 000 mm×1 000 mm，混凝土，埋深約0.6 m，與C軸水平距離約10.82 m。

2.3 場地土層概況

場地土層分布情況如圖3所示，具體為:

圖3 場地土層分布

(1)1-1雜填土，層厚0.8～2.1 m；

(2)1-2素填土，層厚0.5～2.5 m；

(3)2-2粉質黏土，層厚0.5～3.5 m；

(4)2-4細砂，層厚0.5 m左右；

(5)2-9卵石分為2-9-1松散卵石、2-9-2稍密卵石、2-9-3中密卵石、2-9-4密實卵石四個亞層。

本工程基坑位于人工填土、粉質黏土層、細砂層、2-9-2稍密卵石層。地下水位埋深為4.90～6.90 m。

2.4 基礎概況

基礎采用旋挖鉆孔灌注樁，樁徑1.2 m，墩柱共用承臺，承臺尺寸6 m×13.4 m×2.5 m、8.6 m×13.6 m×2.5 m，承臺頂面距地面高度約為1.1～2.2 m，承臺底標高3.6 m、4.7 m。

3 基坑支護方案對比

結合基坑開挖深度及現場實際情況，選擇了三種方案進行綜合比選，分別為“放坡開挖＋土釘支護”、“沉入式套箱支護”和“鋼板樁支護”。

3.1 施工過程對比

三種基坑支護方案施工過程對比如圖4所示。與放坡開挖方案相比，套箱支護方案和鋼板樁支護方案的工序銜接更加緊密。與鋼板樁支護方案相比，套箱支護方案可進一步省去承臺支模工序，節約施工時間。

圖4 施工過程對比

3.2 工程費用對比

三種基坑支護方案的工程費用對比見表1，由表可知:(1)對承臺基坑支護涉及的土石方、支護等本體工程的造價，套箱支護方案總造價最低，為120.6萬元，相比放坡開挖方案可節省投資10萬元；(2)進一步考慮道路恢復工程費用后，套箱支護方案的經濟性更加明顯，相比放坡開挖方案，可節省投資約100萬元；(3)鋼板樁支護方案的總費用介于其他兩個方案之間。

表1 基坑支護工程費用對比

3.3 其他要素對比

表2給出從對市政管線和道路的影響、工程前期協調工作量、工期、施工風險等方面進行對比分析的結果，由表可知:(1)相比放坡開挖方案，套箱支護方案和鋼板樁支護方案對市政管線和道路的影響小，工程前期協調工作量小，且工期短；(2)相比鋼板樁支護方案，套箱支護方案對硬土層的適應性更好。

表2 基坑支護工程其他要素的對比

所以，綜合對比分析，最終選擇沉入式套箱支護方案。

4 沉入式套箱結構設計要點

沉入式套箱結構設計依據《沉井與氣壓沉箱施工規范》(GB/T 51130－2016)[12]、《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120—2012)[13]和《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程》(CECS 137:2015)[14]，套箱結構安全等級為二級，基坑監測等級為三級。

套箱主要承擔地面堆載、施工車輛荷載、水土壓力荷載。考慮套箱下沉過程中的土方開挖的影響，側向土壓力采用主動土壓力；套箱下沉驗算中，淺層土的側摩阻力相應進行折減。套箱結構計算包括下沉階段及使用階段驗算，下沉階段主要進行下沉驗算、封底計算，使用階段主要進行側壁的受力配筋計算。套箱設計時的兩個注意點:(1)側壁厚度根據下沉、受力和抗浮要求確定，淺基坑工程中，考慮簡化工序，不增加配重，壁厚受下沉需要控制；(2)套箱頂部設置掛壁，起到鎖口梁、防緩沉、擋水坎的作用。

套箱設計尺寸為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，套箱施工完成現場如圖5所示。該方案在保證結構和施工安全性的基礎上，達到了預期的經濟效益。

圖5 套箱施工完成現場

5 結論與展望

(1)沉入式套箱土方工程量小、對周邊環境影響少、節省工期和造價，適用于狹窄場地施工，在路中高架車站基坑支護中具有推廣應用價值。

(2)淺基坑支護設計也應對基坑支護方案進行技術經濟比選，選擇安全、經濟、綠色環保的支護方案。

(3)沉入式套箱有條件實現工廠加工、現場裝配施工，能夠發揮裝配式建筑技術的優勢。因此，后續可進一步研究預制裝配技術在套箱支護中的應用。