行业要闻

 

摘  要：通过北京地铁8号线二期工程永泰庄站深基坑设计，将采用同济启明星深基坑设计软件对内力、位移和整体稳定性的模拟计算结果与实际施工监测结果对比发现，应用软件计算的结果能较好地反映北京地质条件下深基坑施工过程中的实际状况，并能预见和指导施工风险。

关键词：深基坑；施工监测；软件应用；设计方案

 

      永泰庄站是北京市地铁8号线二期工程的一个中间站。车站位于西三旗东路和永泰庄北路的交叉口北侧。车站沿西三旗东路一字形布置，为地下2层岛式车站。车站南端为盾构区间,北端左线为盾构区间、右线为喷锚构筑法区间。车站总长233.1 m，标准段宽度20.7 m，呈南北走向。车站有效站台中心里程处顶板覆土厚度约3.9 m，底板埋深约17.56m。车站共设置4个通道、4个出入口及2组6个风亭。1、2号出入口位于车站西侧；3、4号出入口位于车站东侧，4号通道为预留通道；1号风亭位于车站西侧，2号风亭位于车站东侧。

 

      永泰庄站地层表层为人工填土，其下由一般第四纪冲洪积成因的粘性土、粉土、砂类土、碎石类土层构成。深度范围内土层从上至下依次为粉质粘土素填土层、建筑垃圾杂填土层、一般第四纪冲洪积沉积层，包含粉土层、细砂层、中砂层、粉质粘土层、粉砂层、粗砂层、圆砾层。永泰庄站在地铁影响深度内主要揭露了3层地下水：第1层为上层滞水；第2层为潜水；第3层为层间水～承压水。

 

      (1）基坑安全等级为一级。基坑侧壁重要性系数取1.1；荷载分项系数取1.25。

      (2）围护结构作为永久构件的一部分，在考虑刚度、强度折减的基础上，其设计使用年限为100年。

      (3）围护结构最大水平位移≤0.2%H，且≤30mm，地面最大沉降量≤0.15%H（H为基坑深度）。

      (4）在确定地下围护结构入土深度时，必须进行桩体的抗滑动、抗倾覆和整体稳定性及桩前基底土体的抗隆起稳定性验算。其中，抗倾覆安全系数取1.3，基底抗隆起安全性系数取1.6。

      (5）采用同济启明星软件进行内力、位移分析和整体稳定性分析。土压力采用三角形模型，基坑以下土体作用弹簧刚度用常数法计算。整体稳定安全性系数取1.3。

      本站明挖基坑开挖宽度20.7 m，深度17.76 m。根据JGJ120-99《建筑基坑支护技术规程》的有关规定，基坑安全等级属于一级。经综合计算及比较，车站主体围护结构标准段采用Φ800 mm、桩间距1 400 mm的钻孔灌注桩，盾构扩大端采用Φ800 mm、桩间距1 200 mm的钻孔灌注桩，施工期间同时进行降水。桩顶设冠梁，桩间采用Φ8 mm一级钢筋、间距为200 mm×200 mm钢筋网挂网，喷射150 mm厚混凝土，以保持桩间土体稳定。围护桩和钢筋网之间应保证可靠连接。

      标准段内支撑采用Φ609 mm的钢管支撑（第1道壁厚t=12 mm，第2、3道 t =14 mm），竖向设3道，支撑水平间距为3 m（第1道支撑水平间距为6 m）。扩大段斜撑竖向设3道（第1道t=12 mm，第2、3道t=14 mm），基坑平面内一般采用对撑，在端部和角部采用斜撑。

 

      下面结合钻孔Z3-YT-001地质资料的相关参数进行计算,并将计算结果与工程中通过测斜管测得的实际水平位移进行对比。

      (1）输入相应的挡墙类型、开挖深度、围护桩嵌固深度等参数。

      (2）输入基坑钻孔点地质参数，采用常数法计算,其值按照地质参数表中的土体水平弹簧系数填写。

      (3）输入工况信息,支撑刚度可由软件计算完成,预加轴力此时为0。

      (4）输入荷载信息，因本站采用降水施工，按照本站的地质情况选择水土合算。土压力模式选择“矩形土压力”。

      (5）经软件程序计算轴力,再将轴力换算为设计轴力，并参照规范要求算出预加轴力,得出最终结果。在整体稳定性计算结果中选择

      “总应力法”，依据北京地质条件通过工程类比,可考虑土体水平应力的影响，避免桩体嵌入深度过大，造成浪费。

      (1）整体稳定、坑底抗隆起、抗倾覆验算结果如图1、图2、图3所示。

      (2）围护桩受力计算包络图如图4所示。

       由图可知，整体稳定验算系数K₁=1.34＞1.3、坑底抗隆起验算系数K₂=2.45＞1.6、抗 倾 覆 安 全 系 数K_c=7.39＞1.3，均满足规范要求。包络图为围护桩在各工况下桩体水平位移、桩体受弯、桩体受剪的计算结果，用于对围护桩进行配筋计算。

 

      (1) 本测点选取施工中产出橙色预警（待位移变化速率减小并稳定后消警）的一个测点，它基本能反映施工最不利情况下的工况。通过对施工中工况桩体水平位移监测值与软件计算所得的水平位移值进行对比发现，软件能较为准确地反映实际工程中桩体的水平位移。工况3、工况5、工况6、工况7桩体模拟计算分层数据曲线图和实际监测曲线图如图5所示。

      (2) 通过Z3-Y T-002钻孔点地质资料的相关参数进行计算，将其结果与实际监测结果比较（最大位移时工况，其他工况此处不一一列举）发现，桩体位移值普遍小于计算值，但基本能反映各工况桩体位移变化的规律。这与计算时所采用的各项参数有关。计算中地面考虑20 kPa的超载，而实际操作时一般都达不到。施工中预加轴力与计算中预加轴力往往有一定的差别，对桩体的位移影响较大。计算中按照《建筑基坑支护技术规程》相关要求即支撑预加压力值不宜大于支撑力设计值的0.4～0.6倍来设置。地质参数的选取对计算结果也有较大的影响。另外,围护结构的材质、尺寸、施工中的人为因素及温度因素等均对围护结构位移和受力有一定影响。

      综上所述，同济启明星深基坑设计软件具有计算简便、快捷等优点，在北京地铁8号线永泰庄站深基坑设计中采用该软件，能较好地反映北京地质条件下的深基坑施工中实际结果，并能为施工风险进行预见和指导。

 

[1] 同济启明星软件用户手册[G].

[2] JGJ 120-99 建筑基坑支护技术规程[S].