西安黄土地区地铁车站深基坑支护设计

肖军

【摘要】以西安黄土地区地铁某地铁深基坑支护工程为工程背景，具体分析多种支护方案的优缺点，最终提出灌注桩+钢管内支撑的支护方式，并完成了现场监测。监测结果表明，基坑稳定后得到基坑地表水平位移最大值仅为8.4 mm，有效地确保了施工顺利和周围建筑物的安全稳定。

【关键词】黄土地区；深基坑；灌注桩；钢支撑支；支护设计

近年来，各大城市都兴起了地铁建设的浪潮，地铁一般都经过市中心的繁华区段，在进行地铁车站深基坑施工时，必然会对周围建（构）筑物造成一定的影响[1-3]。西安属于典型的黄土地区，黄土自然承载力高，浸水后其结构迅速破坏而产生明显的附加沉降，以致其上的建筑物受损[4，5]。因此，在湿陷性黄土地区进行深基坑施工时，必须重视基坑的支护问题[6，7]。本文以西安地铁三号线某车站深基坑为工程背景，研究湿陷性黄土地质条件下深基坑的合理支护方案，从而保证该地铁车站深基坑施工顺利和周围建（构）筑物的安全稳定。

1.工程背景

1.1工程概况

本文所研究的地铁车站车站总长为312.47米，标准段宽为20.7米。车站地面标高为429.36，站区基坑最低点底面设计高程约409.524m，平均设计埋深为17.4m。车站结构形式为单柱双跨地下2层岛式结构。根据全线工程筹划，车站北端设盾构始发井和站前单渡线，南端设有站后配线。该站位于西安市风栖路和北长安街相交的十字路口，属于西安长安区商业中心，车站周围建筑物密集，交通繁忙。总平面布置如图1。

图1 地铁车站总平面图

1.2地质条件

（1）工程地质条件

根据岩土勘察报告可知，地铁车站车站场地内地层为：地表分布有厚薄不均的全新统人工填土（Q4ml）；其下为上更新统风积（Q3eol）新黄土及残积（Q3el）古土壤；再下为上更新统洪积（Q3pl）粉质黏土、细砂、中砂等。地层情况见图2。

图2某盾构区间地质剖面图

（2）水文地质条件

勘察时钻探揭露，场地内地下潜水稳定水位埋深5.30～6.20m之间，相应高程为396.34～397.30m。根据西安长期水位观测资料，勘察时接近低水位期。地下水年变幅2m左右。

2深基坑支护方案设计

2.1常见的深基坑支护形式

（1）排桩+水平钢支撑

该支护方式优点在于施工效率高，对周围环境影响小，而且因为钢支撑可以回收利用，它也比较经济。但是，这种支护结构形式整体刚度较差，不能同时作为主体结构。

（2）SMW工法

优点在于占用场地少；施工速度快；对环境污染小，无废弃泥浆；施工方法简单，对周围建筑物及地下管线影响小，造价低；但是，结构刚度小，容易发生较大变形。

（3）钻孔咬合桩

该支护方式优点在于可参与永久结构受力，兼有挡土与防渗两种功能，施工时对周围环境影响很小。但是，施工速度较慢，基坑开挖深度较大时造价往往很高，随着桩长而提高。

2.2本工程支护形式确定

本车站所处黄土地区，基坑开挖深度为17.4m，开挖宽度20.7m。综合考虑前面分析的三种深基坑围护结构形式的优缺点，选用排桩+水平钢支撑的围护形式，其中排桩为钻孔灌注桩。

根据本站结构形式，场地地质及周围环境特征，结合深基坑施工设计经验，内支撑采用三道钢管支撑，三道钢支撑的支撑位置分别为地表以下3.0m、8.7m和13.2m。基坑围护结构形式见图3。

图3地铁车站深基坑支撑布置立面图

2.3支护参数确定

结合朗肯土压力理论和极限平衡理论进行多支点排桩内力计算和内支撑受力。将基坑周边的附加荷载按照20kPa取值。各土层的物理力学参数如表1。

经计算分析，主体围护结构采用围护钻孔灌注桩直径Φ1000mm，桩长为26m，嵌固深度8.6m。基坑支撑采用三道钢支撑，第一道为Φ600×12mm钢管，第二、三道为Φ600×14mm钢管，水平间距3.0m。设计单根钢支撑预加轴向荷载值为：第一道、二道和三道钢支撑的设计轴力分别为400kN、2300kN和1800kN，预加轴力分别为300kN、1000kN和1000kN。

3围护结构变形监测结果分析

3.1监测方案设计

施工过程中，动态监测基坑变形对于确保基坑稳定非常重要，通过监测结果反馈出施工方法及支护方案的合理性。其中，钻孔灌注桩水平位移/钢管内支撑轴力和基坑边缘的地表沉降三者最能反映出基坑的稳定状况。监测点布置图见图4。

图4基坑监测点布置剖面图

3.2监测结果分析

为了能够清除了解施工过程中不同施工工序下基坑的变形情况以及整个基坑变形的演化过程，将整个基坑的开挖过程分为6大施工工序：工序1.施作围护桩及其冠梁；工序2.开挖到3.5m，施作第一层钢支撑；工序3.开挖到9.2m，施作第二层钢支撑；工序4.开挖到13.7m，施作第三层钢支撑；工序5.开挖到基坑最后标高，施作基坑底板；工序6.施作主体结构，逐步由下向上拆除三道钢支撑。限于篇幅，这里仅分析钻孔灌注桩（CX14）的水平位移，借此判断基坑稳定性。

图4CX14桩身关键部位水平位移随施工过程变化曲线

从图4可以看出，开挖初期，围护桩结构由于受到侧土压力的影响而向坑内前倾。随着开挖深度的不断增大和内支撑的施作，桩身水平位移变形曲线由前倾型逐渐向弓形发展变化，最大水平位移发生处随之下移。桩体稳定后，最大水平位移值为8.64mm，能够确保围护结构稳定，表明文中设计的围护结构方案合理有效。

4结论

本文依托西安地铁三号线某地铁车站深基坑工程，对湿陷性黄土地区地铁车站深基坑的围护结构方式进行了设计，并完成了整个施工过程中基坑变形的现场监测，得到的相关结论如下：

（1）提出了钻孔灌注桩+钢管内支撑的围护结构方案，给出了相关支护参数，并完成了深基坑变形监测方案。

（2）监测结果表明，钻孔灌注桩的水平位移最大值只有8.4 mm，基坑变形在允许范围之内，本文提出的的围护结构方案合理有效。

参考文献：

[1]袁振国.北京地铁花园东路车站深基坑支护结构设计与施工[J].资源与产业，2008，10（2）：130-133

[2]陈秋南，周国华，张帆等.湿陷性黄土地区地铁深基坑支护设计[J].湖南科技大学，2009，24（1）：49-52

[3]邵生俊，于清高，王婷等.深厚湿陷性黄土地基综合整治新技术研究[J].土木工程学报，2007 ，40 （12） ： 77-82

[4]袁振国.北京地铁花园东路车站深基坑支护结构设计与施工[J].资源与产业，2008，10 （2）：130-133.

[5]蔡俊輝，杨东，蔡俊坡.黄土地区地铁车站深基坑围护结构设计[J].山西建筑，2010，36（29）：104-105

[6]黄健，张兴刚.地铁车站超深基坑的围护结构设计[J].铁道标准设计，2008（ 8） ： 101-103.

[7]刘均红，张保圆，冯超.地铁车站深基坑坑内降水方案设计[J].铁道勘察，2009， 35（ 1）：85-87.