地鐵基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

　　摘要：以北京地鐵9 號(hào)線科怡路站3 號(hào)出入口基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案為例，介紹土釘墻支護(hù)、鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程和方法。 

　　關(guān)鍵詞：基坑支護(hù) 土釘墻 鉆孔 灌注樁 啟明星

　　1 工程概況

　　擬建北京地鐵九號(hào)線位于北京城西部，呈南北走向，全線均為地下線，全長(zhǎng)約16.5km，共設(shè)14 座車站。其中科怡路站共設(shè)有四個(gè)出入口和兩個(gè)風(fēng)道，車站平面布置圖見圖1。結(jié)構(gòu)主體采用明挖順做，基坑開挖最深處約為13m，屬于深基坑開挖。潛水靜止穩(wěn)定水位標(biāo)高位于結(jié)構(gòu)底板之下，基坑開挖不考慮基坑降水。3 號(hào)出入口和2 號(hào)風(fēng)道位于車站主體東北角，2 號(hào)風(fēng)道距離東側(cè)四層樓房約8.9m，距離北側(cè)電信出局管線約5.07m，其施工場(chǎng)地北、東兩側(cè)較狹窄，南、西兩側(cè)較寬闊。

　　基坑3 號(hào)出入口坑深9.9m，南側(cè)場(chǎng)地較為開闊，初步考慮采用土釘支護(hù)的方式，放坡70°，土釘共8 排，梅花形布置，水平豎向間距1.2m，與水平面夾角15°，上三排8m，下五排6m。土釘材料采用φ22 鋼筋，土釘表面采用100mm 混凝土噴層，噴層布置φ8@150mm×150mm 鋼筋網(wǎng)。

　　2號(hào)風(fēng)道北側(cè)基坑較深，約為12.5m，由于臨近有管溝和建筑物，基坑只能設(shè)計(jì)為直立邊坡，采用鉆孔灌注樁加錨桿形式進(jìn)行支護(hù)。鉆孔灌注樁直徑0.8m，錨固深度3.5m，沿基坑?xùn)|側(cè)北側(cè)水平間距均為1.6m。錨桿一端在樁上，另一端錨入土體，豎向間距4.5m，每根樁上共兩道。錨桿采用6φ12.7 鋼絞線，長(zhǎng)度均為20m，其中錨固段15m，傾角20°。

　　基坑中心緩坡上部無地面超載，且高度不大，緩坡開挖坡度1∶0.75，表面網(wǎng)噴80mmC20 混凝土。

　　2號(hào)風(fēng)道及3 號(hào)出入口基坑支護(hù)典型剖面圖見圖2。

　　2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1 土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)[Page] 

　　計(jì)算采用啟明星深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行。計(jì)算時(shí)考慮地面超載20kPa。施工工序?yàn)槊看伍_挖深度1.2m 后加一次土釘，土釘距坑底0.2m。計(jì)算將每道施工步序作為一種獨(dú)立靜止?fàn)顟B(tài)，按一種工況計(jì)算，計(jì)算工況參數(shù)詳見表1。

　　計(jì)算時(shí)需保證每種工況下土釘承受荷載Tjk 小于土釘承載力Tuj 和土釘材料抗拉強(qiáng)度Tg，即Tuj/Tjk＞K，Tg/Tjk＞K（本工程土釘安全系數(shù)K 取1.25）。Tuj 指土釘整體不被拔出的極限，與土壓力、土釘長(zhǎng)度等因素有關(guān)；Tg 指土釘材料（鋼筋）不被拉斷的極限，與鋼筋直徑根數(shù)等有關(guān)。上述值由程序根據(jù)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)最后一工況滿足Tuj/Tjk＞K，但中間工況不滿足的情況，此時(shí)可調(diào)整土釘長(zhǎng)度重新計(jì)算，直到每一工況都滿足要求為止。

　　2009 年第3 期黃 河 規(guī) 劃 設(shè) 計(jì)總第149 期何楠等：地鐵基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析 經(jīng)計(jì)算，結(jié)果如下：

　　每種工況每排土釘均Tuj/Tjk＞1.25，Tg/Tjk＞1.25。其中最后一工況土釘承載力見表2

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　　除此以外還要對(duì)土釘墻整體進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，整體抗傾覆/抗滑移驗(yàn)算。整體穩(wěn)定驗(yàn)算采用傳統(tǒng)的圓弧滑裂面條分法。整體抗傾覆/抗滑移驗(yàn)算與重力式擋土墻穩(wěn)定計(jì)算類似，將土釘錨固的土體作為重力式擋土墻，最下排土釘末端作為模擬墻體的角點(diǎn)。

　　程序須選擇以常數(shù)法或m 值法計(jì)算。“m 值”指土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)（MN/m4），“常數(shù)”指土體水平彈簧系數(shù)k（MN/m3）。選用哪種方法計(jì)算，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料以及經(jīng)驗(yàn)綜合選擇，本工程結(jié)合地質(zhì)資料，采用m 值法計(jì)算。程序提供由c、φ值估算m 值的公式，此公式需要結(jié)果位移參數(shù)，可采用試算法假定結(jié)果位移進(jìn)行試算，根據(jù)試算結(jié)果調(diào)整m 值重新計(jì)算。

　　為了控制樁體側(cè)向位移需要對(duì)錨桿預(yù)加軸力，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定宜取為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)的0.5~0.65倍。計(jì)算時(shí)先不施加預(yù)加軸力，試算求得錨桿拉力，以此拉力值的一半作為預(yù)加軸力再次試算，試算兩到三次即可滿足要求。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，以其附錄建議公式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下：

整體穩(wěn)定驗(yàn)算：K=1.41

墻底抗隆起驗(yàn)算：Prandtl 法，K=7.47

Terzaghi 法，K=9.31

坑底抗隆起驗(yàn)算：K=1.95

抗傾覆驗(yàn)算（水土合算）：K=3.55

　　根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》式5.4.1 整體穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.2，式V.0.1 墻底抗隆起安全系數(shù)K=1.6，式T.0.1 抗傾覆安全系數(shù)K=1.3，因此鉆孔灌注樁各項(xiàng)穩(wěn)定計(jì)算滿足規(guī)范要求。

　　程序生成樁體內(nèi)力包絡(luò)圖見圖3。根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖，求得鉆孔灌注樁最終配鋼筋1822，箍筋φ16＠150。經(jīng)過計(jì)算可知，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)滿足要求。

　　2號(hào)風(fēng)道東側(cè)基坑為13.3m，設(shè)計(jì)沿用上述樁體加錨桿的形式，僅將樁體錨固深度調(diào)整為 3.65m，第一排錨桿長(zhǎng)調(diào)整為23m，其中錨固段18m。經(jīng)過計(jì)算，邊坡穩(wěn)定滿足要求，計(jì)算過程不再詳述。

　　3 結(jié)論

　　(1)基坑南側(cè)9.9m 斜坡采用土釘墻支護(hù)，北側(cè)12.5m 直立坡采用鉆孔灌注樁加錨桿支護(hù)，中部緩坡采用噴混凝土支護(hù)，布置滿足場(chǎng)地要求，方案合理可行。

　　(2)計(jì)算結(jié)果表明，加固后的土釘墻整體穩(wěn)定、抗滑抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。鉆孔灌注樁整體穩(wěn)定、墻底坑底抗隆起、抗傾覆安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，灌注樁上部最大水平位移17.1mm，工程設(shè)計(jì)安全可靠。

　　(3)根據(jù)錨桿從計(jì)算公式看出，錨桿越短對(duì)控制樁體位移越有利，但影響幅度很小。錨桿長(zhǎng)度可根據(jù)拉拔試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)計(jì)算位移值超出允許值時(shí)，宜通過改變錨桿位置、排數(shù)、增加預(yù)加力等方式調(diào)整，不宜通過改變錨桿長(zhǎng)度調(diào)整。