朱丹暉

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250022)

1 工程概況

青島地鐵3號(hào)線雙山站位于合肥路與黑龍江路交叉口，黑龍江路西側(cè)(圖1)。車站的結(jié)構(gòu)形式為兩層兩跨箱形框架結(jié)構(gòu)體系，車站總長(zhǎng)度為251 m，寬18.8～20.8 m，高 13.2 ～14.4 m?；A(chǔ)底板埋深 15.82 ～18.50 m，車站頂板覆土南深北淺，最深處4.10 m，最淺處2.62 m。車站結(jié)構(gòu)包括車站主體結(jié)構(gòu)、4個(gè)出入口、2個(gè)消防專用出入口、2個(gè)風(fēng)井及風(fēng)道。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用3種形式，分別為:鉆孔灌注樁+鋼管內(nèi)支撐+錨索混合支撐體系，鉆孔灌注樁+錨索體系，吊腳樁+超前微型鋼管樁體系，其中吊腳樁+超前微型鋼管樁體系為根據(jù)青島地質(zhì)條件，結(jié)合本地基坑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)而總結(jié)出的新型混合支撐體系。

圖1 地鐵雙山站總平面(單位:m)

2 工程地質(zhì)

本車站地貌類型為山前侵蝕堆積坡地，場(chǎng)地地勢(shì)較平坦，現(xiàn)有地面高程為27.56～31.97 m，局部低洼處高程為25.69 m。站址范圍第四系上部土層為①層人工填土、沖洪積層;⑤、⑦、⑦1層粉質(zhì)黏土;[12]層含砂黏性土(礫砂)。下伏基巖為燕山期花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化帶風(fēng)化深度較大，中、微風(fēng)化巖面埋藏深度為4.80～28.80 m。站址內(nèi)第四系土層較發(fā)育，局部地段分布有粗礫砂、含砂黏性土(礫砂)，富水性較好;巖石強(qiáng)風(fēng)化帶，賦水性較差，地下水不豐富。見圖2。

圖2 車站左線里程K13+508.296～K13+548.996段地質(zhì)縱剖面(單位:高程以m計(jì)，其他均以mm計(jì))

3 基坑支護(hù)方案

現(xiàn)狀黑龍江路為青島市主干道，車流量較大，如在黑龍江路側(cè)進(jìn)行明挖施工，僅占用黑龍江路1個(gè)車道，對(duì)黑龍江路的交通基本沒有影響，牽涉到的管線較少，且均具備遷改路由。黑龍江路兩側(cè)分別設(shè)置約5 m人行道，兩側(cè)建筑控制線均退后道路紅線20 m，站址位置西側(cè)為待建空地及汽車4S店，黑龍江路西側(cè)合肥路段可臨時(shí)斷路，站址范圍內(nèi)施工場(chǎng)地條件較為充足，因此本站采用明挖法施工。

站址地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，但各層分布極不均勻，中風(fēng)化巖層巖面起伏較大?？疾烨鄭u當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?，主要采用以?種基坑支護(hù)形式:(1)在場(chǎng)地充裕且基坑深度較淺的情況下多采用土釘墻的支護(hù)形式。(2)基坑范圍內(nèi)為土質(zhì)及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層時(shí)，采用樁+鋼支撐(錨索)的支護(hù)形式。(3)基坑為上軟下硬地層時(shí)，上部軟土采用樁+錨索，下部巖層采用超前微型鋼管樁的混合支撐體系［1-4］。

地鐵明挖基坑多采用地下連續(xù)墻、樁+鋼支撐的支護(hù)形式［5-7］，對(duì)于上軟下硬地層，一般采用樁+鋼支撐的支護(hù)形式，但是中、微風(fēng)化花崗巖單軸抗壓強(qiáng)度分別為30.7、61.07 MPa，鉆孔困難，在中風(fēng)化巖石中鉆孔8 h進(jìn)尺約為2 m，微風(fēng)化巖石中鉆孔8 h進(jìn)尺約為1 m，鉆孔灌注樁施工周期較長(zhǎng)，造價(jià)較高，而青島當(dāng)?shù)亟ㄖ又ёo(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，是一種安全、經(jīng)濟(jì)且適用于青島地層的支護(hù)方案。

本次基坑設(shè)計(jì)考慮以上因素，通過對(duì)適用于上軟下硬地層中的常用幾種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的比較(表1)，經(jīng)過多次論證和試算，綜合考慮經(jīng)濟(jì)和工程進(jìn)度因素，最終確定根據(jù)中風(fēng)化巖面埋藏深度的不同，采用不同支護(hù)組合。當(dāng)中風(fēng)化巖面埋藏深度在基底3 m以上時(shí)，采用吊腳樁+超前微型鋼管樁的支護(hù)形式，上部吊腳樁為鉆孔灌注樁+鋼支撐(或錨索)，灌注樁伸入下部中風(fēng)化巖層1.5 m，下部巖層采用超前微型鋼管樁。上部土層錨固力較小，且周圍環(huán)境不允許長(zhǎng)錨索施工，故吊腳樁上部采用鋼支撐，下部離巖層較近段傾斜錨索可錨入巖層中，為了增加施工空間、便于施工，吊腳樁下部采用錨索。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式比較

4 吊腳樁+超前微型鋼管樁支護(hù)體系設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)原則

該段地質(zhì)為上軟下硬土層，中風(fēng)化巖層高出基底約3 m，各層物理參數(shù)情況見表2。對(duì)于吊腳樁+超前微型鋼管樁支護(hù)體系(圖3)，上部吊腳樁段和下部巖石超前微型鋼管樁段可分為獨(dú)立的兩個(gè)基坑支護(hù)段進(jìn)行計(jì)算。上部吊腳樁支護(hù)由鉆孔灌注樁+鋼支撐(或錨索)組成，鉆孔樁底部進(jìn)入中風(fēng)化巖層1 m，并采用鎖腳腰梁穩(wěn)定吊腳樁下部，可以認(rèn)為吊腳樁下部已錨入穩(wěn)定巖層中，根據(jù)彈性支點(diǎn)法進(jìn)行分析計(jì)算;下部超前微型鋼管樁段，由于巖質(zhì)邊坡自身硬度及穩(wěn)定性好，采用極限平衡法進(jìn)行分析計(jì)算，采用錨噴支護(hù)，微型鋼管樁作為穩(wěn)定下部巖層的構(gòu)造措施，防止爆破開挖及機(jī)械鉆孔對(duì)下部巖層的破壞。

表2 地層物理參數(shù)

圖3 吊腳樁+超前微型鋼管樁支護(hù)橫斷面(單位:高程以m計(jì)，其他均以mm計(jì))

按照相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合本工程實(shí)際情況，確定本基坑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下［5-8］。

(1)本基坑的變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，并按此等級(jí)對(duì)基坑穩(wěn)定性和變形進(jìn)行驗(yàn)算?；觽?cè)壁的重要性系數(shù)為 1.1。

(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足基坑穩(wěn)定要求，不產(chǎn)生傾覆、滑移和局部失穩(wěn)。支撐系統(tǒng)不失穩(wěn)，錨索及腰梁等圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生強(qiáng)度破壞。鋼管內(nèi)支撐預(yù)加軸力按支撐設(shè)計(jì)軸力的40%～60%計(jì)。錨索張拉力應(yīng)張拉至設(shè)計(jì)預(yù)加力的105% ～110%，再按規(guī)定值進(jìn)行鎖定。

(3)施工引起的地面沉降應(yīng)控制在環(huán)境條件允許的范圍內(nèi)。根據(jù)周圍環(huán)境和地下管線對(duì)變形的敏感程度，采取穩(wěn)妥可靠的措施。施工期間基坑周圍地面最大沉降量≤0.15%H(H為基坑開挖深度)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.2%H，且均小于30 mm。

(4)鉆孔灌注樁在施工期間作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，考慮承擔(dān)施工期間全部外部土壓力。鉆孔灌注樁按強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)，不再驗(yàn)算裂縫寬度。但參與抗浮作用的樁需進(jìn)行裂縫計(jì)算，裂縫寬度不大于0.2 mm。

(5)地面超載:標(biāo)準(zhǔn)段地面超載按20 kPa計(jì)算，且基坑周邊2 m范圍內(nèi)不得堆載。

(6)基坑設(shè)計(jì)使用年限:20個(gè)月。

4.2 分析計(jì)算

(1)上部吊腳樁計(jì)算

基坑深度15.50 m，采用鉆孔灌注樁+鋼支撐(錨索)的支護(hù)形式，基坑上部2道鋼支撐，下部3道錨索(表3)。采用理正深基坑進(jìn)行分析［9-10］，排樁支護(hù)模型(圖4)，模擬整個(gè)施工過程對(duì)基坑穩(wěn)定性、變形進(jìn)行計(jì)算分析。分析結(jié)果詳見圖5、圖6。

表3 材料規(guī)格

圖4 吊腳樁支護(hù)計(jì)算模型(單位:m)

圖5 內(nèi)力、位移包絡(luò)圖

圖6 地表沉降

經(jīng)過計(jì)算分析，基坑最大水平位移19.39 mm，小于0.15%H，基坑側(cè)面最大沉降值為 18 mm，小于0.2%H，且變形值均小于30 mm，滿足變形控制要求;鋼支撐承壓能力設(shè)計(jì)值，錨索拉力設(shè)計(jì)值，灌注樁彎矩、剪力設(shè)計(jì)值等均控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

(2)下部巖質(zhì)邊坡計(jì)算

下部巖質(zhì)邊坡計(jì)算高度為3.1 m，采用理正巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析軟件對(duì)該邊坡的平面滑動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算時(shí)將巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面傾角范圍內(nèi)吊腳樁重力作為外部荷載作用于邊坡頂部，力求計(jì)算模型與實(shí)際情況一致(圖7)。

圖7 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型(單位:mm)

由于邊坡較低，且大部分處于微風(fēng)化巖層，邊坡穩(wěn)定性較好，故直立邊坡上部設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨索，用以穩(wěn)定吊腳樁下部土體，同時(shí)增加巖體錨固力，經(jīng)過計(jì)算，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.395，邊坡安全。

通過以上計(jì)算可以看出，計(jì)算結(jié)果安全合理，基坑設(shè)計(jì)滿足相關(guān)要求，可以作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

4.3 基坑支護(hù)參數(shù)(表4、表5)

表4 鋼支撐軸力

表5 錨索設(shè)計(jì)參數(shù)

5 工程實(shí)施

基坑工程已施工完畢(圖8)，正在施作主體結(jié)構(gòu)。第三方檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，吊腳樁+超前微型鋼管樁支護(hù)段圍護(hù)樁樁頂水平位移最大為5.2 mm，樁頂沉降最大值為4.0 mm，圍護(hù)樁樁體撓曲位移最大值為8.6 mm，地表沉降最大值為4.0 mm，施工過程中的地表沉降及樁體位移均小于設(shè)計(jì)允許值，監(jiān)控量測(cè)變形數(shù)據(jù)均小于設(shè)計(jì)計(jì)算值，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以得出，基坑實(shí)際的變形很小，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)安全系數(shù)過大，存在地層物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)偏于保守的可能，支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)有優(yōu)化余地。

圖8 吊腳樁+超前微型鋼管樁支護(hù)段施工現(xiàn)場(chǎng)

6 結(jié)語

從本站的基坑設(shè)計(jì)施工情況來看，吊腳樁+超前微型鋼管樁的支護(hù)體系是安全合理的，同時(shí)基坑支護(hù)大量采用錨索支護(hù)，擴(kuò)大了施工作業(yè)空間，加快了施工進(jìn)度，綜合其他車站類似基坑支護(hù)情況來看，該種支護(hù)體系適用于青島當(dāng)?shù)厣宪浵掠驳貙?，可以用作類似地層基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的參考。通過本工程的設(shè)計(jì)、施工，有以下結(jié)論和體會(huì)。

(1)上部含水軟土層中錨索成孔較為困難，應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工反映的地層情況，適當(dāng)采用自進(jìn)式錨桿來替代錨索，可減少施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工進(jìn)度。

(2)吊腳樁下部超前微型鋼管樁剛度較小，其主要作用是為了預(yù)裂圍巖，保持下部圍巖的完整性。施工中可以通過控制爆破的手段來保持下部圍巖的完整性，從而取消下部超前微型鋼管樁體系，節(jié)省工程造價(jià)。

(3)由于巖石地層成樁困難，而吊腳樁+超前微型鋼管樁的支護(hù)形式則相對(duì)簡(jiǎn)單，但其工序較多，造價(jià)有可能會(huì)較單一樁+鋼支撐(錨索)的形式要高，通過工程實(shí)踐，建議當(dāng)基坑下部底板以上中風(fēng)化巖層高度大于2 m時(shí)，可采用吊腳樁+超前微型鋼管樁的支護(hù)形式，經(jīng)濟(jì)性較好。

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