江南水網(wǎng)地區(qū)鄰近既有高鐵樞紐綜合體基坑群設(shè)計方法研究

邵金雁 梁棟輝 趙磊

摘要 文章研究了江南水網(wǎng)軟土基坑鄰近高鐵的基坑群設(shè)計方法，結(jié)合地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及樞紐地下室功能，分析計算結(jié)果及后期實測數(shù)據(jù)，輔助槽壁加固、樁基托換、地基處理等措施，提出合理加固范圍及加固工藝，布置合理的監(jiān)測范圍及方案，確?；影踩珜嵤?，總結(jié)了類似基坑群圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度的選取和基坑群分坑數(shù)量及分坑開挖的順序。

關(guān)鍵詞 江南水網(wǎng)；鄰近高鐵；基坑群設(shè)計

中圖分類號 TU753文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0099-03

0 引言

我國高速鐵路在經(jīng)歷多年快速發(fā)展后，以TOD為導(dǎo)向的樞紐綜合開發(fā)是應(yīng)對高鐵樞紐更新改造、集約利用土地、促進(jìn)站城融合的重要途徑。常規(guī)更新改造的高鐵樞紐綜合體基坑設(shè)計，具有環(huán)境復(fù)雜、既有高鐵設(shè)施保護(hù)要求高、新建工程地下空間超大超深等特點，特別是江南水網(wǎng)地區(qū)，此類基坑的設(shè)計難度尤為復(fù)雜，該文結(jié)合實際工程，對此類基坑群的設(shè)計方法進(jìn)行了探索。

TOD空間特點：TOD以公共交通為導(dǎo)向，其特點在于大容量的公共交通、多功能的使用空間、集約型的地下空間綜合利用。

江南區(qū)域地質(zhì)特點：江南區(qū)域?qū)俸酉喑练e平原地貌單元，上部為淤泥質(zhì)軟土層，在動力作用下土體結(jié)構(gòu)較易破壞。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

紹興高鐵北站TOD綜合項目A地塊位于高鐵紹興北站站前區(qū)，北鄰高鐵站房，南為50 m寬的六級航道，東接車站東路，西貼杭紹臺高速，場地呈狹長不規(guī)則形，總用地面積約12.4 hm2，項目效果圖如圖1所示?；泳噙\(yùn)營棧橋約50 m，距運(yùn)營站房約9 m。

1.2 地質(zhì)條件概況

經(jīng)勘察得知，在埋深92 m深度范圍內(nèi)，地基土主要為海灣～河流（陸）相沉積物和下伏白堊紀(jì)基巖?；臃秶鷥?nèi)主要以淺層的雜填土、砂土為主，中部以淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土為主，底部主要為粉砂和凝灰質(zhì)砂巖層。

2 關(guān)鍵問題及方法研究

2.1 環(huán)境、重難點特點分析

地下工程包含兩條地鐵車站、樞紐及開發(fā)車庫、地下環(huán)隧等功能，如圖2所示。結(jié)構(gòu)深淺坑錯落，結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則?；涌偯娣e88 000 m2，深度14～21 m，共劃分11個基坑群。南側(cè)鄰近50 m寬的嘉惠江，主要地層為淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。

（1）綜合體的開發(fā)鄰近高鐵保護(hù)區(qū)域，鐵路部門對運(yùn)營線的變形控制標(biāo)準(zhǔn)高，涉鐵項目審批嚴(yán)格。有效控制基坑變形，保護(hù)運(yùn)營線安全，減少對高鐵的影響至關(guān)重要[1]。

（2）高鐵站區(qū)域內(nèi)既有地下停車庫、公交長途站房及商業(yè)配套設(shè)施，新建工程需要破除既有的結(jié)構(gòu)、樁基礎(chǔ)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等障礙物，此部分清障決定了地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的成敗。

（3）江南水鄉(xiāng)區(qū)域的水網(wǎng)發(fā)達(dá)，水系聯(lián)系度高，地下水位高，高鐵保護(hù)范圍內(nèi)也禁止降水作業(yè)，地下水的處理是基坑設(shè)計的關(guān)鍵。

（4）區(qū)域地質(zhì)主要的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，土質(zhì)性能差，擾動后的靈敏度高，土層一旦有擾動，會造成土體強(qiáng)度產(chǎn)生不同程度的降低，造成土體抗力損失，引起基坑的變形。

2.2 基坑一般設(shè)計

浙江區(qū)域軟土深基坑，21 m深度可選取800～1 000 mm地連墻，豎向支撐4道，14 m深可選取600～800 mm地連墻支護(hù)或鉆孔樁支護(hù)，豎向支撐3道。基坑分坑一般根據(jù)基坑形狀、深度將基坑分為較規(guī)則的形狀，坑中坑同步開挖，一次性大面積開挖的桁架支撐體系較為常見。針對坑內(nèi)的淤泥質(zhì)土一般采用坑內(nèi)的裙邊加固以提高被動區(qū)抗力。

2.3 基坑核心設(shè)計

針對以上工程特點分析，整體基坑采用大剛度及分坑核心思路開展設(shè)計?？拷闭菊痉總?cè)及車站端頭井部位采用1.2 m厚地下連續(xù)墻，其余采用1 m及0.8 m厚地下連續(xù)墻。14.5 m地下室段設(shè)三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，軌道交通車站區(qū)域（21 m）設(shè)四道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，局部兩端端頭井加深位置再加一道支撐。

關(guān)鍵設(shè)計方法：

設(shè)計對鄰近站房的基坑區(qū)域進(jìn)行了分坑設(shè)計，分批次開挖，控制基坑一次卸載量，以減少基坑變形保護(hù)高鐵，該次設(shè)計結(jié)合地下室功能及平面位置，進(jìn)行了11個分坑如圖3所示，共分3批次施工[2]，第一批次基坑為ACEGJ，待結(jié)構(gòu)回筑后進(jìn)行二批次BDFH的施工，最后進(jìn)行LK基坑三批次施工[3]。

結(jié)合環(huán)境保護(hù)和地質(zhì)條件進(jìn)行了以下專項加強(qiáng)措施：

（1）鄰近站房的地連墻設(shè)計計算由1 m增大至1.2 m，增加圍護(hù)剛度，并增設(shè)一排隔離樁[4]，夾心土采用MJS工法滿堂加固。

（2）站房懸挑雨棚為管樁基礎(chǔ)，摩擦型樁，設(shè)計采用了樁基托換方案，托換樁基礎(chǔ)入巖，以防止站房的不均勻沉降[5]。

（3）為減少地連墻成槽的影響，采取了MJS槽壁加固。

（4）對淤泥質(zhì)土區(qū)域的土體進(jìn)行土體裙邊加固，該工程采取了6 m的裙邊加固。

（5）為減少振動機(jī)噪音影響，高鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的障礙物采用靜力切割，拔除與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相沖突的圍護(hù)樁及基礎(chǔ)樁，對場地進(jìn)行回填平整。

3 基坑計算及分析

3.1 周邊環(huán)境受力及變形分析

（1）鐵路橋樁計算。選取涉鐵范圍內(nèi)的巖土及結(jié)構(gòu)物，采用有限元計算軟件對方案中的施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬，建模模型如圖4所示，經(jīng)過計算各工況至工程結(jié)束，鐵路橋樁最大位移1.45 mm，滿足控制指標(biāo)2 mm要求[6]。

（2）站房管樁計算。站房管樁計算結(jié)果如圖5所示。

紹興高鐵站房管樁樁型為預(yù)應(yīng)力管樁，樁型為PHC-B-500（100）-40a，根據(jù)《國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集10G409-預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》，樁身受彎承載力設(shè)計值為233 kN·m，樁身受剪承載力設(shè)計值為262 kN。

3.2 自身基坑受力及變形分析

基坑鄰近高鐵站房一側(cè)采用地連墻加四道混凝土支撐開挖的方案，基坑整體穩(wěn)定性、抗傾覆、坑底抗隆起、墻底抗隆起及抗?jié)B流穩(wěn)定性均滿足浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》（DB33/T1096—2014）中安全等級一級要求。

為更好地保護(hù)高鐵，鄰近站房基坑變形控制要求：地表沉降控制值20 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制值20 mm；其余基坑變形控制保護(hù)等級一級/二級：圍護(hù)墻最大水平位移小于等于0.2%H/0.3%H，設(shè)計計算均滿足要求。計算表明，1 200 mm地連墻基坑側(cè)向最大位移16.2 mm，1 000 mm地連墻基坑側(cè)向位移19.5 mm，該工程鄰近高鐵保護(hù)，優(yōu)選剛度大的基坑支護(hù)形式。

4 實測數(shù)據(jù)及驗證

結(jié)合上述分析，高鐵采用自動化監(jiān)測方法，監(jiān)測對象主要有高鐵站房豎向位移，采用支撐托架將靜力水準(zhǔn)安裝固定在高鐵站房墻體上；高鐵橋墩水位計豎向位移，并通過位移差計算傾斜。在基坑側(cè)的高鐵橋墩、杭紹臺高架橋墩上布設(shè)小圓棱鏡，采用自動全站儀周期。

站房監(jiān)測控制點為東西南三個方向的U形面，面對整個基坑開挖影響面；橋墩設(shè)計按照橋墩與基坑控制距離50 m為界，50 m以內(nèi)的范圍進(jìn)行橋樁自動化布點監(jiān)測。

項目開工至今已兩年，一、二批次結(jié)構(gòu)施工完畢，三批次基坑正常開挖，基坑各項監(jiān)測指標(biāo)正常，站房樁基變形小于10 mm，高鐵橋樁鐵路變形小于2 mm。

5 總結(jié)

（1）該基坑設(shè)計方法可運(yùn)用于軟土區(qū)域鄰近高鐵站房區(qū)域的復(fù)雜綜合體地下基坑支護(hù)設(shè)計。

（2）基坑采用分坑跳挖是非常有必要的，地連墻和高鐵站房之間加設(shè)隔離樁、對站房挑檐基礎(chǔ)進(jìn)行樁基托換加固等措施后能有效控制基坑變形。

（3）基坑施工引起的杭甬鐵路橋梁的承臺和橋墩變形均滿足規(guī)范2 mm的控制要求，高鐵站房實施樁基托換后，基坑施工引起的紹興北站基礎(chǔ)傾斜率滿足2‰的控制要求。

（4）管樁基礎(chǔ)的抗側(cè)向受彎能力較差，混凝土支撐增加早強(qiáng)劑，提高強(qiáng)度有利于控制基坑暴露時間，減少基坑側(cè)向變形。

（5）鄰近高鐵區(qū)域采用剛度大的支護(hù)形式有利于控制基坑變形。

（6）鄰近高鐵側(cè)，基坑坑底位于淤泥層的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行坑底加固，該工程進(jìn)行了6 m×6 m的裙邊加固，有效增加了坑內(nèi)側(cè)的抗力。

（7）該工程局部坑中坑達(dá)到承壓水突涌臨界值，采取了局部封底加固措施，既解決了承壓水問題，同時也解決了坑中坑的邊坡問題。

參考文獻(xiàn)

[1]唐新華， 李向陽， 張俊赟， 等. 復(fù)雜環(huán)境下基坑開挖工序?qū)χ苓厴?gòu)筑物的變形影響分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2022（S1）： 2531-2535.

[2]李航， 廖少明， 湯永凈， 等. 軟土地層中分隔型基坑變形特性及應(yīng)力路徑[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2021（8）： 1116-1127.

[3]馬輝. 分坑施工法在大型深基坑施工中的應(yīng)用研究[J]. 建筑施工， 2016（5）： 546-548.

[4]宋福貴. 深基坑開挖對鄰近高鐵路基變形的影響及隔離樁加固效果分析[J]. 城市軌道交通研究， 2022（6）： 112-117.

[5]王占軍. 深圳福田站樁基托換施工技術(shù)[J]. 中國科技信息， 2015（9）： 104-105.

[6]楊義皊. 鄰近高鐵深基坑開挖坑外變形規(guī)律研究[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通， 2022（5）： 54-60.

收稿日期：2023-11-02

作者簡介：邵金雁（1978—），女，碩士研究生，高級工程師，從事交通及城市融合設(shè)計、交通樞紐等建筑設(shè)計領(lǐng)域工作。

通信作者：梁棟輝（1988—），男，碩士研究生，高級工程師，研究方向：樞紐TOD設(shè)計。

課題：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“基于校企合作面向大數(shù)據(jù)集成與TOD的城市交通規(guī)劃課程體系改革”（22097070304613）。