紧临地铁基坑工程环境保护的分析与设计

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摘要：处于市中心的基坑工程周边环境条件复杂，除基坑本身的安全以外，周边构筑物的保护成为基坑设计的控制条件。与地铁结合的某基坑工程周边存在地铁风道结构，条形基础砖混楼房以及民用管线，文章通过对该基坑工程设计的分析与总结，为今后类似工程提供参照。

关键词：物业结合；基坑工程；环境保护；数值分析

中图分类号：TU463 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）07-0027-03

一、概述

近些年来随着城市地铁工程的大量兴建以及城市建设的加速，临近地铁的基坑工程越来越多，并且周边环境复杂。因此，基坑工程设计中除关注基坑本身安全外，考虑其对周边环境的影响以及保护措施变得日益重要。本文通过对上海某建筑地下车库基坑工程的设计，探讨复杂环境条件下，基坑环境保护的分析与设计。

二、工程概况

曹杨社区事务受理中心基坑工程位于上海市曹杨路与枫桥路交口，基坑西北侧紧临地铁的风道结构，基坑边缘距离2号风道结构3.3m，基坑西侧紧邻枫桥路，东南侧为曹杨新村幼儿园，最近处与围护结构外缘相距约11.0m。南侧为曹杨七村3幢6层砖混结构房屋，距离基坑围护结构外缘最近处约6.20m。基坑长50.8m，宽37.6m，坑深为8.5m。

表1 土体物理力学指标

土层 粘聚力c（kPa） 内摩擦角ψ（o） 压缩模量Es（MPa）

21粘质粉土 11 28.5 9.59

23砂质粉土 5 31 12.27

4淤泥质粘土 11 14.5 2.56

5灰褐色粉质粘土 16 16 3.78

6草绿色粉质粘土 47 15.5 7.72

三、基坑支护方案

（一）总体方案

尽管周边环境复杂，考虑到总体投资控制以及基坑开挖深度不深，采用SMW型钢水泥土搅拌桩作为围护结构，支撑竖向设置一道混凝土支撑，一道钢支撑，混凝土支撑结合施工栈桥设计。通过降水与加固设计提高被动区土体抗力，提高对施工过程的控制标准，来减小对周边环境的影响是可行的方案。

（二）环境影响分析

因为本基坑的空间效应明显，故采用三维有限元的方法分析基坑开挖对周边环境的影响，土体采用六面体（局部五面体）单元模拟，围护、栈桥、结构板、墙、既有建筑物基础采用板单元模拟，混凝土支撑、冠梁、腰梁采用梁单元模拟，钢支撑采用杆单元模拟，考虑坑底加固、钢支撑预加力及施工步序，其计算过程如图2、图3所示，计算结果如图4、图5、图6、图7所示：

通过三维数值分析，可以确定设计方案总体上是可行的，并能对基坑施工阶段周边建（构）筑受到的影响进行预估。

四、围护结构选型与设计

（一）围护结构选型

本基坑为规则的长方形基坑，开挖深度为8.5m，坑底位于②3层灰色砂质粉土，基坑围护结构采用Φ850mm@600SMW工法桩，内插H700×300×13×24型钢。

采用4L180×16型钢格构柱加Φ800钻孔灌注桩作立柱桩，立柱尺寸460mm×460mm，插入立柱桩3m，钻孔灌注桩长30m。

本工程采用明挖顺做法施工，施工时，北侧2号风道及3号出入口围护桩与事务受理服务中心基坑围护桩一起实施，与轨道交通11号线枫桥路站2号风道及3号出入口基坑共用一道围护桩，先施工2号风道及3号出入口，待其施工完毕，顶板覆土及恢复既有路面后，再进行事务受理服务中心基坑开挖及主体结构施工。该基坑围护结构实施时，共用围护桩内插型钢不拔除，第一道支撑位于冠梁处，第二道支撑一端通过围檩撑在围护桩上面。该处位置在先期施工风道结构端墙和底板上预埋钢板，架设型钢斜支撑，并加厚风道端墙等措施保证安全，该堵墙厚度设计为800mm。待社区事务受理中心主体地下结构部分完工后，可拔除围护桩内型钢。

（二）围护结构设计

1．围护桩入土深度及基坑稳定性检算。围护桩的入土深度主要通过整体稳定性、抗倾覆、抗隆起、抗渗等综合因素确定。车站围护桩的入土比为

11.2，型钢间距900mm，即型钢采用插二跳一法，桩长17.8m，插入比为1.2。桩底位于⑤层灰褐色粉质粘土。

2．支撑体系。基坑沿深度方向设二道支撑，第一道采用钢筋混凝土支撑1000×800（高×宽），第二道支撑采用φ609壁厚16mm的钢管撑，支撑平均间距均为5m。第二道支撑两端设置钢围檩，围檩规格为双拼H500×200×10×16型钢。

受现场施工场地限制，在基坑中部设置施工栈桥，栈桥下设置φ800mm的钻孔灌注桩立柱支撑，栈桥端部下立柱支撑尽量靠近围护结构内边缘设置（如图8所示）。

3．地基加固与坑内降水。坑底以下土体为23砂质粉土，4淤泥质粘土，经计算，为提高被动区土体抗力，减小基坑开挖对周边环境的影响，需对基坑底进行地基加固，采用裙边加固，加固深度5m，宽6m。因需加固土体范围内存在23砂质粉土，4淤泥质粘土，而砂质粉土在降水疏干后，其土体抗力能满足设计要求，因此在加固方案的选择上，采用23层土降水，其下4层土选喷桩加固的方法，既能满足基坑变形设计的要求，又节约了工程造价（如图9所示）。

五、结论

最终的施工成果证明，通过以上分析与设计，基坑围护结构达到了对周边环境有效保护的设计目的，并总结出以下几点经验，希望可以为类似工程提供

参考：

1．SMW工法可以应用在复杂环境条件下的基坑围护结构。

2．降水与水泥系加固方法的结合设计在复杂环境条件下是可行的。

3．利用有限元软件分析基坑开挖对周边环境的影响，可以预估出影响趋势，但其结果受土体本构模型影响较大，在分析时应注意对比，以达到最终的分析目的。

参考文献

[1] 石礼安，等．地铁1号线工程[M]．上海：上海科学技术出版社，1995．

[2] 夏明耀，曾进伦．地下工程设计施工手册[M]．北京：建筑工业出版社，1992．

[3] 上海市勘察设计行业协会．基坑工程设计规范[S]．上海：上海市建筑建材业市场管理总站，2010．

作者简介：吴文永（1983-），男，铁道第三勘察设计院集团有限公司助理工程师，研究方向：轨道交通地下结构设计。