【正文】 基坑工程是指建筑物和構筑物的地下結構部分施工時，所進行的基坑開挖、工程降水和基坑支護，同時，對周圍的建筑物、構筑物、道路和地下管線進行監(jiān)測和維護，以確保正常、安全施工的綜合性工程。一般情況下，基坑支護是臨時措施，地下室主體施工完成時支護體系即完成任務，與永久性結構相比臨時結構的安全儲備要求可小一些，由于其安全儲備較小，因此具有較大的風險性。基坑工程的支護體系設計施工和土方開挖都要因地制宜，根據(jù)本地情況進行。正是由于基坑工程具有很強的區(qū)域性和個性，因此根據(jù)不同的區(qū)域和個性特征，研究相應的基坑穩(wěn)定性、支護結構的內力及變形以及周圍地層的位移對周圍建筑物和地下管線等的影響及保護的計算分析，以便采取經(jīng)濟、實用的基坑支護方案，就具有重要的理論意義和實際效益。本文結合北京市地鐵八號線 01 標段(西三旗車站) 地下結構挖方工程，根據(jù)基坑地質條件和周圍環(huán)境的特殊性，選擇鋼筋混凝土灌注樁加錨桿的基坑開挖圍護方案，并對組合圍護結構體系進行了設計計算。最終編制了基坑開挖圍護設計方案。在西三旗東路下南北向布置，為 8 號線首批開工車站。西三旗路交通繁忙，路下管線復雜，道路規(guī)劃紅線寬 45m，主路寬 16m，雙向 4 車道，路口西側局部段雙向 6 車道，目前已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)劃；西三旗東路規(guī)劃紅線寬 40m，路口北段現(xiàn)狀道路寬 10m，路口南段現(xiàn)狀道路寬 4m，未實現(xiàn)規(guī)劃。近幾年平均氣溫為℃～℃，極端最高氣溫 ℃，極端最低氣溫15 ℃。旱澇的周期性變化較明顯。擬建工程所處地勢基本平緩，地面以市政道路為主，路面平坦，地面標高為 37～40m。車站主要位于粉土和粘土層，底板位于粉質粘土層。場地照片如下圖 12：圖 12 場地照片根據(jù)野外鉆探資料，擬建場地從上至下分布的地土層為：人工填土層：粉質粘土素填土①層：黃褐色，稍濕，稍密，以粉質粘土為主，含少量碎磚屑、植物根等，結構松散，無層理。建筑垃圾雜填土①6 層：雜色，稍濕，稍密～中密，以碎石塊、水泥塊為主，砂、石及粘性土充填。粉土②2 層：黃褐色，稍濕～濕，稍密，含氧化鐵、氧化錳，土質結構差，無層理。 粉土③2 層：黃褐～褐黃色，稍濕～濕，稍密～中密，含氧化鐵、氧化錳等、云母、鈣質結核等。粉土④2 層：灰黃～褐灰色，稍濕～飽和，含氧化鐵、云母，少量有機質等。粉質粘土⑤層：褐黃色，可塑，含氧化鐵、云母等。粉砂⑤3 層：褐黃色，濕～飽和，中密，主要礦物成分是石英、長石、云母。粉質粘土⑦層：黃灰～褐灰色，可塑，含氧化鐵、氧化錳等。粉質粘土⑨層：灰黃～褐黃色，可塑，含氧化鐵、云母等。粉土⑨2 層：灰黃～褐黃色，濕～飽和，密實，含氧化鐵、云母等。粉質粘土⑩層：褐灰色，可塑，含氧化鐵、云母，少量有機質等。粉土⑾2 層：褐黃色，飽和，密實，含氧化鐵、云母。中砂⑾5 層：褐黃色，飽和，密實，主要礦物成分為石英、長石、云母，含少量圓礫。圓礫⑾8 層：雜色，飽和，密實，一般粒徑 2～3mm，最大粒徑 2cm，圓礫含量約60％，含少量卵石，主要母巖成分為巖砂、礫巖，中粗砂充填。粉質粘土⑿層：褐黃色，可塑，含氧化鐵、云母、鈣質結核。粉土⑿2 層：褐黃色，濕～飽和，密實，含氧化鐵、云母等。粉砂⒀3 層：褐黃色，飽和，密實，主要礦物成分為石英、長石、云母。粘土⒁1 層：褐灰～褐黃色，可塑～硬塑，含氧化鐵、鈣質結核。中砂⒂5 層：褐黃色，飽和，密實，主要礦物成分為石英、長石、云母。粘土⒃1 層：褐灰～褐黃色，可塑～硬塑，含氧化鐵、云母、鈣質結核，少量有機質。細砂⒄4 層：褐黃色，飽和，密實，主要礦物成分為石英、長石、云母。卵石⒄9 層：雜色，飽和，密實，亞圓形，最大粒徑 5cm，一般粒徑 2～3cm，主要母巖成分為巖砂、礫巖，中粗砂充填。車站主要位于粉土和粘土層，底板處于粘土層。3第一層：臺地潛水，初見水位埋深 ～ ，絕對標高 ～ ；靜止水位埋深 ～，絕對標高 ～ 。該層水在場地北側較連續(xù)分布，在場地南側僅部分地段有分布。地下水主要接受側向徑流及越流補給，以側向徑流的方式排泄。第三層水：潛水～承壓水，主要含水層為中砂⑾5，初見水位埋深 ～，絕對標高 ～；靜止水位埋深 ～ ，絕對標高 ～。二、地下水的腐蝕性評價本次勘察在 XSQC02＃、Z3XSQ011＃、Z3XSQ019 ＃鉆孔中共采取地下水試樣 6 組，在室內對其做了腐蝕性測試，根據(jù)其測試結果，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》 （GB 50021－2022）第 條及《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規(guī)定》 （鐵建設【2022】157號） 條有關條款，判定地下水對基礎材料的腐蝕性見下表： 表 11 地下水的腐蝕性評價對建筑材料的腐蝕性孔號 取水深度（m ）取水日期 砼 鋼筋砼中鋼筋（干濕交替）鋼筋砼中鋼筋（長期浸水）鋼結構XSQC02 ―― 弱腐蝕性 ―― 弱腐蝕性XSQC02 ―― 弱腐蝕性 ―― 弱腐蝕性XSQC02 ―― 弱腐蝕性 ―― 弱腐蝕性經(jīng)綜合分析判定，擬建場地地下水對砼結構不具腐蝕性，在長期浸水情況下對鋼筋砼結構中的鋼筋不具腐蝕性，在干濕交替的情況下對鋼筋砼結構中的鋼筋具弱腐蝕性，對鋼結構具有弱腐蝕性。歷年最高水位:擬建場地歷年最高地下水位曾接近自然地面，絕對標高 左右，近 3～5 年最高地下水位絕對標高為 左右。第四節(jié) 抗震設計抗震設防烈度根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》 （GB16306－2022）和《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011－2022）附錄 D 及 《鐵路工程抗震設計規(guī)范》 （GB501112022）綜合考慮，擬建場區(qū)的抗震設防烈度為 8 度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為 。4液化判別根據(jù)《鐵路工程抗震設計規(guī)范》 （GB50111－2022）附錄 B 進行判別，擬建場地地面下20m 深度范圍內的飽和粉土及砂土不液化?；又ёo后剖面變形按 1 級控制。5第二章 基坑支護結構設計第一節(jié) 施工方法的論證目前國內地鐵車站施工主要方法有明挖法、蓋挖法、暗挖法，每種方法都有其適用條件及優(yōu)缺點，結合本車站現(xiàn)場選定站位實際情況，對以下三種方法進行多方面比較，具體優(yōu)缺點詳見下表。 第二節(jié) 圍護結構型式的選擇一、基坑等級及變形控制標準本車站標準段基坑寬度 米，基坑深度約 米，基坑附近無特殊建構筑物需要防護，根據(jù)基坑規(guī)模與周邊環(huán)境條件及《北京地鐵 8 號線二期工程技術要求》，本明挖基坑變形控制等級為一級，基坑變形控制標準為:地面最大沉降量 ≤%H；圍護結構最大水平位移≤%H，且 ≤30mm。明挖法施工中圍護結構的主要型式見下表6 表 22 圍護結構方案比較表 圍護結構型式 優(yōu) 點 缺 點 經(jīng)濟性放坡開挖施工簡單，不需要大型設備。風險小。土體位移小，采用信息化施工可確保工程和施工安全。需要場地加大，基坑深度不能過大。造價最低鉆孔咬合樁可根據(jù)基坑深度，調整樁徑等參數(shù)，對地層地質條件、基坑深淺等條件適應性好；結構剛度好，對地面沉降控制好。 造價適中地下連續(xù)墻整體性好，穩(wěn)定性強；可作為永久性結構；漏水點少，滲漏易處理；剛度大，地面沉降小。造價相對較高鉆孔樁＋基坑外降水適用多種地層，施工進度可控制；可根據(jù)基坑深度調整設計參數(shù)，滿足強度和剛度要求；基坑外降水，地下水位低時優(yōu)勢明顯；對城市環(huán)境有一定影響；施工工藝較復雜。材料用量和工程量小，造價低。應具有較好的工程及水文地質條件。 造價低經(jīng) 比 對 及 施 工 經(jīng) 驗 結 合 此 工 程 環(huán) 境 得 知 采 用 鉆 孔 灌 注 樁 具 有 以 下 技 術 優(yōu) 點 ：　 （1） 施工時基本無噪音、無振動、無地面隆起或側移，因此對環(huán)境和周邊建筑物危害??；　 （2）大直徑鉆孔灌注樁直徑大、入土深；　 （3） 對于樁穿透的圖層可以在空中作原位測試，以檢測土層的性質；　 （4）擴底鉆孔灌注樁能更好地發(fā)揮樁端承載力；　 （5） 經(jīng)常設計成一柱一樁，無需樁頂承臺，簡化了基礎結構形式；　 （6）鉆孔灌注樁通常布樁間距大，群樁效應??；　 （7）施工設備簡單輕便，能在較低的凈空條件下設樁；　 （8）鉆孔灌注樁在施工中，影響成樁質量的因素較多，質量不夠穩(wěn)定，有時候會發(fā)生縮徑、樁身局部夾泥等現(xiàn)象，樁側阻力和樁端阻力的發(fā)揮會隨著工藝而變化，且又在較大程度上受施工操作影響；三、鋼支撐和錨索施工比較（一）施工工藝 支撐和錨索的施工工藝都比較成熟，在深基坑支護中，挖掘機操作需避讓支撐，而錨索不需要。待基坑施工至基底開始施工結構時，需要向基坑內運輸工程材料，在調裝的過程中，支撐有著很大的限制與不便。（二）施工工期 支撐施工時土方將不能同時進行開挖，而錨索在到達設計標高以后，可以多臺同時作業(yè)，這期間土方還可以繼續(xù)施工，不影響工程進度。（三）體系效果 從監(jiān)控量測的數(shù)值反映和對比，兩種支護體系效果均比較理想，樁體7的側向位移都在 3cm 以內。第三節(jié) 基坑支護中荷載的計算一、荷載與組合結構自重：鋼筋混凝土自重按 25kN/m3 計。施工荷載：按 計。?（二） 粉土水平荷載標準值對于粉土及粘性土 ，水平荷載標準值按下式計算： 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 (23)aiaa2iiiprzKc??－第i層的主動土壓力系數(shù)；－計算點深度(m)；i－三軸試驗當有可靠經(jīng)驗時可采用直接剪切試驗確定的第層土固結不排水不（快）剪粘聚力標準值(kPa)；式中 按式(22)計算?！?22aa ?????????????????三軸試驗聚力標準值如下表 23：ikc表 23 Cik 三軸試驗聚力標準值土層①素填土③2粉土④2粉土④粉質粘土⑤2粉土⑤4細砂⑦粉質粘土⑨⑩粉質粘土ikc8 8 10 17 6 0 21 21加權 c ? ?1..61037..???????綜上按式(23) 計算得出水平荷載標準值計算結果下表 24：表 24 水平荷載標準值土層①素填土③2粉土④2粉土④粉質粘土⑤2粉土⑤4細砂⑦粉質粘土⑨⑩粉質粘土（m） (kPa)aj? 三 水平抗力標準值根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》 （JGJ120－99） ，基坑內側水平抗力標準值 按下列pjke方法計算。pi第 i 層土的被動土壓力系數(shù)應按下式計算 (25)2okp=tan45+ii???????式中 －為第 i 層土的內摩擦角（ 0） 。計算結果見下表 29：表 29 基坑內側抗力標準值土層 (m)jzpiK(kPa)kic(kPa)pkj?⑨⑩粉質粘土 21 第四節(jié) 護坡樁設計一、嵌固深度計算多層錨桿整體等值梁的計算方法是，把基坑下樁的彎矩零點與樁頂之間的樁當作多跨連續(xù)梁，錨桿位置當作連續(xù)梁的支點，采用力矩分配法計算支點反力。0h主動土壓力系數(shù)。op=3樁土間的摩擦角 之間，由于是砂土為主，所以取 。 ??2pp pcos=+iK????????土壓力為零（近似零彎點）距坑底的距離土壓力為零（近似零彎點）距坑底的距離按下式計算： 　　　　　　　　　　　　　 (28)??qap+=eyK?10式中 －均布附加荷載為產(chǎn)生的水平荷載，均布附加荷載為 30kPa。 　　　????qap+.3+.=??用彎矩分配法計算支點反力現(xiàn)將基坑支護圖畫作一連續(xù)梁，其荷載為土壓力及地面荷載，土壓力為零點經(jīng)計算離坑底為 ，近似看作為彎距為零處， F 點看作為一地下支點無彎距，如下圖 21 所示：mq=30kNABCDEFe=圖 21 基坑支護簡圖將基坑支護圖畫成為一連續(xù)梁，契合在為土壓力及地面荷載，見圖 22 所示：kN/mBCDEFA1圖 22 整體等值梁計算簡圖11A 點超荷壓力為　 。.8k。q。如下圖 23 所示：A1B圖 23 樁 AB 段計算簡圖A 端彎距為零： 。如下圖 24 所示：2q2圖 24 樁 BC 段計算簡圖由公式得 ；??21C7+8l=??BAC=?（3） 、CD 段彎矩計算 梁 CD 段如圖 25 所示，12 CDq12圖 25 樁 CD 段計算簡圖兩端均為固端，其計算公式為： ??2 221CD == ???? ?2 221C .. .10???（4） 、DEF 段彎矩計算 梁 DEF 段如圖 26 所示， q3k/l=a+圖 26 樁 DF 段計算簡圖F 點為彎矩零點， =， ==35kN，1q2=。分配系數(shù) C 點：13..621354CBDCBDS???????校核：。表 210 彎距分配通過彎矩分配，得出各支點的彎矩為：。257kNR???(7)、反力核算土壓力及地面荷載共計為： .???支點反力 ?????土壓力及地面荷載的合力與支點反力的合力之間的差值在允許范圍內，滿足要求。對于均質粘