王非中铁二院地铁院
摘要：本文通过对四川某地铁车站基坑围护结构，黄土地区基坑围护结构以及沿海富水地区铁路地下隧道基坑围护结构三个具体基坑围护设计事例进行分析，阐释不同地理条件下基坑围护结构的不同结构设计方案。
关键词：基坑围护；结构设计
引言基坑工程是一个综合性的岩土工程问题，并且也是土力学基础工程中的一个古老的传统课题，它几乎涉及到工程与岩土岩土力学的各个领域：比如土力学、结构力学、水文地质学、工程地质学以及监理、监测、施工方法等多个领域。进入21 世纪，计算机技术的不断发展进步、基坑测试技术的不断提高，引领基坑工程进入了一个快速发展的时期，各种创新的设计理念、完善的设计理论和先进的测试技术不断地被应用于基坑工程中。
基坑工程是一项庞大而复杂的基础工程，几乎涉及到岩土力学与工程的各个方面。在基坑开挖过程中不仅要保证自身的安全与稳定性，同时还要有效地控制基坑周围土层发生的移动以及保护周围环境安全。实践研究表明，设计不合理、施工措施不得当，现场管理不完善等，都会造成土体失稳现象，并可能导致基坑周围建筑出现裂缝、发生倾斜、地下管线断裂等，轻则影响居民生活质量，重则破坏环境甚至造成人员伤亡。因此，基坑围护结构设计显得尤为重要。
1 基坑开挖与围护状况特点近年来，基坑开挖及其围护问题已经成为建筑工程界的热点问题之一。
随着基坑工程数量与日俱增、规模日渐加大、分布区域多样化，其暴露的问题也愈发严峻。在我国，基坑开挖与围护状况具有以下特点：（1）基坑越挖越深。大中城市的高层建筑地下室普遍建1～2 层，而3～6 层地下室也不断出现。因此，基坑深度多大于 10m。
（2）工程地质条件越来越差。由于我国地域辽阔，地形条件多样化，城市建设地质条件复杂。大多发达城市位于湖滨、海滨、淤河、泥塘或沼泽地等特殊地质条件。
（3）基坑的周边有已经建成或正在建设的建筑物。在工程的建设中不但要保证基坑本身的稳定性和安全性，还要考虑周边的建筑物或公共设施是否安全，如果基坑建在建筑物密集地区，那么该区域内建筑物的正常运行必定会受到影响。
（4）基坑围护方法较多。诸如钢支撑、木支撑、砂袋堆撑、拉锚、抗滑桩、注浆、喷锚网、人工挖孔桩、深层搅拌桩、地下连续墙等围护法，以及各种墙、管、桩、板、撑同锚杆联合围护法等，多种多样。
（5）基坑工程事故时有发生。造成市政交通堵塞，影响居民安定生活，给国家造成巨大经济损失。
基于以上所述我国基坑开挖特点及围护方法，基坑开挖与围护依据不同地质条件实施不同施工方案，以确保工程顺利进行，降低事故发生可能性，为人民安定生活及国家事务正常运行提供有力保障。
2 基坑围护体系简介基坑围护体系，是由围护结构与支撑结构共同构成。围护结构主要承受由于基坑开挖过程中侧向土体卸载产生的侧向土压力和水压力，另外还要将上部所承受的压力传递给支撑结构以减少挡土结构由于受到大的侧向土压力而发生大变形。基坑围护体系，是由土体和支护结构共同作用形成的一个整体，由于基坑开挖过程中由于受到基坑周围建筑物及地下管线等因素的影响，所以对支护结构变形及其安全的要求往往很高。在基坑施工过程中，一方面要保证基坑内部施工便利、基坑的安全稳定，另一方面还要控制基坑四周土层的变形程度在可控范围内，以确保周围建筑物、管道的安全正常使用。
目前，主要的围护结构类型有：内撑式围护结构；悬臂式围护结构；重力式围护结构；拉锚式围护结构；土钉式围护结构。随着基坑工程的不断发展，将在基坑建设中衍生出新的围护结构和支撑结构施工方法与施工工艺。
3 基坑围护结构设计事例分析3.1 四川某地铁车站基坑围护结构目前我国地铁车站建设主要采用的是钻孔灌注桩或钻孔咬合桩、土钉墙支护或喷锚网支护、型钢混凝土复合搅拌桩（SMW 工法桩）、和地下连续墙等基坑围护结构。
由于本工程基坑四周下方埋设众多市政管线，紧邻基坑4m 处埋有长乐桥的桥墩，在基坑开挖、降水过程中，若采取措施不利，会导致周围土体产生侧向位移和变形，从而使桥基发生不均匀沉降而产生倾斜，甚至影响桥梁结构的稳定安全。
根据湿陷性黄土已有的基坑工程成功的实践经验，类似的基坑工程中可供选择的围护体系地下连续墙、型钢水泥土搅拌墙和有钻孔灌注桩结合隔水帷幕。但是，由于该地区施工技术、经验相对比较贫乏，地下连续墙的造价较高，从经济方面考虑不合适。型钢水泥搅拌墙的刚度相对于地下连续墙和钻孔灌注桩小，变形较大，不利于应用到对周围环境保护要求高的基坑工程中。
钻孔灌注桩结合隔水帷幕是一种比较成熟的工法，质量易于控制，噪音小，具有良好的隔水效果，且造价经济。因为钻孔灌注桩的刚度大，其围护结构的变形较小，适用于对变形控制要求高的基坑项目。隔水帷幕可以参照工程的地质条件、周围环境和经济因素来选取。
经权衡，该地铁车站基坑围护结构选用钻孔灌注桩结合高压旋喷桩做止水帷幕的方案。
3.2 黄土地区地铁站基坑围护结构近年来黄土地区基坑围护研究、理论与技术发展迅速，在黄土地区修建地铁才刚刚开始，由于城市地铁车站基坑工程的特殊性，因此急需开展黄土地区地铁车站基坑围护结构变形规律的研究。
以下是以黄土地区某地铁车站基坑工程为例，采用理论分析、现场监测和有限元数值分析相结合的方法对基坑开挖过程中的围护结构变形规律开展研究，并结合工程实际情况设计基坑围护结构。
研究的地铁车站基坑长225.7m，基坑标准段宽度为24.9m 深14.7～15.6m，节点部分深 21.7m。采用明挖顺作法施工，基坑围护结构采用钻孔灌注桩，基坑内设钢管支撑。钢支撑采用内径φ=600mm 钢管，壁厚14mm，围檩采用双拼H 型钢700×300×13×24，钢管及围檩材质为φ=235-B。灌注桩及冠梁采用C30 混凝土，中间挡土板采用C25 混凝土。
钻孔灌注桩保护层，挡土板保护层，冠梁混凝土保护层分别为70mm，25mm，50mm。根据本地铁站结构形式，以及场地地质及周围环境特征，再结合深基坑施工设计经验，计算采用φ=1 000+1500 钻孔灌注桩+钢管作为主体围护结构的内支撑，桩间土用挂网喷射混凝土，桩顶设置钢筋混凝土冠梁，截面b×h=1.0m×0.8m 和b×h=1.2m×0.8m。标准段基坑深度竖向设置两道支撑，水平距4m，局部区域水平间距 3～5m，围护桩在计算主体结构时作为永久结构进行计算。
如图为截面处基坑围护结构布置：
图1 基坑围护结构截面布置图3.3 沿海富水地区铁路地下隧道基坑围护结构海南东环铁路美兰地下隧道（含地下车站）是全线控制性工程。该隧道及地下车站可采用明挖顺做法施作，并首次在国内大范围进行应用的以旋喷桩+钻孔桩作为围护结构和钢支撑+预应力锚索作为支撑体系。这种围护支撑体系在国内沿海富水地区是首次大范围的应用这种体系，不但节省了大量钢材，大大改善了施工条件，加快了施工进度，而且更能保证施工安全。该研究成果可为沿海富水地区类似工程建设提供强有力的技术支持。
一道混凝土支撑加三道钢支撑是原来的地下车站基坑围护体系的设计方案，这个方案有一些弊端，我们的优化方案是保留原来的一道混凝土支撑和最下面的一道钢支撑，而上部两道钢支撑则用两排锚索代替，这样的设计大大地缩短了工期，因为节省了施工开挖过程中的换撑时间，而且该地区没有满足要求的大量的钢支撑的问题也得到了解决。保留第三道钢支撑的原因是考虑到第三道钢支撑是位于地面水位以下的，因而围护结构所要承受的水压较大，而锚索的成孔又存在较大困难，综合各种因素我们还是采用刚度较大的钢支撑，这样能够更好的保证基坑的安全性。
如图为支撑结构横断面：
图2 基坑混合支护结构典型横断面（单位：mm）4 结束语日前，我国许多城市地下轨道交通建设的进程逐步加快，但是由于基坑开挖风险大，影响其稳定性因素较多，围护结构形式、特点的不同，其适用范围也各不相同，设计和施工单位都在寻求更加适用、优良的围护方案。基坑的设计和施工，已成为地下工程领域的日益升温的研究热点和必须克服的技术难点，合理的基坑围护的设计和施工方案，达到既经济合理又安全可靠的目标，已然成为目前岩土工程界的重要研究课题之一。
参考文献：[1]何红等.建筑住宅深基坑围护结构体系设计和施工技术分析[J].施工技术，2013（12）：213-215[2]周勇等.沿海富水地区铁路地下隧道深基坑施工技术[J].铁道工程学报，2014（3）：82-86[3]刘杰.黄土地区地铁车站基坑围护结构变形规律监测与数值模拟研究[硕士学位论文].四川：四川科技大学，2008[4]郭颖.四川某地铁车站深基坑围护结构设计及变形规律研究[硕士学位论文].四川：四川科技大学，2010
论文作者:王非
论文发表刊物:《基层建设》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/9/21
标签：基坑论文; 结构论文; 工程论文; 钻孔论文; 地下论文; 车站论文; 黄土论文; 《基层建设》2015年4期供稿论文;