地铁车站深基坑支护结构稳定性研究

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1、地铁车站深基坑支护结构稳定性研究　　摘要：地铁已成为一个国家综合国力、经济实力、人民生活水平及现代化程度的重要标志，地铁工程建设面临的难题是车站深基坑工程，而支护结构的变形与稳定性对工程安全影响最直接。拟通过对支护结构上土压力和结构稳定性的理论分析，确定基坑支护结构的计算方法，应用理正软件对深基坑的稳定性进行验算。小天竺地铁车站深基坑工程实例表明，该法实用。关键词：地铁车站；深基坑；支护结构；稳定性分析中图分类号：U231+.4文献标识码：A文章编号：前言7城市交通的发展是推动现代化的重要力量，地铁已成为一个国家综合国力、经济实力、人民生活水平及现代化程度的重要标志。地铁工程建设面临

2、的难题是车站深基坑工程，习惯上将开挖深度大于6m的基坑称为深基坑。目前我国基坑工程的支护方法较多，锚喷支护、土钉支护和重力式挡墙等常用于土质较好、开挖深度不超过6m的基坑；板桩支护、桩排支护和地下连续墙等常用于土质较差、开挖深度超过6m的深基坑。为了确保施工安全，不影响临近施工现场的建筑物、道路和地下管线等的安全，必须选择合适的基坑支护方案[1]。对国内深基坑工程事故的分析表明，支护结构的变形与稳定性对工程安全影响最直接，因此地铁工程应加强避免，由于设计未根据拟定的工况对基坑支护结构及土体的内力、变形和稳定性进行详细计算而导致的事故。本文通过对支护结构上土压力和结构稳定性的理论分析，

3、确定基坑支护结构的计算方法，并应用理正深基坑支护结构软件对基坑的稳定性进行验算。1.车站深基坑概况7成都地铁一号线小天竺地铁车站埋深较浅，采用明挖法施工[2,5]，设计里程DK10+329.80～+495.40，总长度165.6m，标准段长度12Om，段宽18.7m，底板埋深约16.Om；为地下二层岛式明挖车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，采用单柱两跨钢筋混凝土框架结构，顶板覆土厚度2.6m。车站基坑结构布置Φ1100mm和Φ1500mm的人工挖孔桩分别为182根和16根，平均桩长19.5m，桩间采用挂网锚喷支护。内支撑采用Φ600mm钢管，壁厚12mm。第一、二、三道支撑标

4、准段水平间距4.0m，端部为斜撑。车站场地为第四系地层覆盖，地表多为厚达0.5～3.0m的人工填筑土，其下依为厚达0.4～1.1m的粉质粘土、厚达0.5～1.2m的粉土、厚达0.5～3.1m的砂土沉积，之下叠覆厚达5～30m的卵石土及其砂夹层透镜体，下伏厚层泥岩，其顶面一般在地表面以下3～10m，为小天竺地铁车站的天然良好地基。钻探资料显示，地下水主要存在于第四系砂砾卵石层与含泥砂卵石层中，含水层总厚度13.2～17.0m，地下水静止水位埋深4.1～6.2m。上部人工填筑土层有少量上层滞水，下覆白垒系灌口组泥岩风化带裂隙水量贫乏。表1土层物理力学性质参数2.基坑支护结构稳定性理论及其

5、应用伴随基坑大面积挖土卸载，坑底及四周土体的应力场发生很大变化，图1展示基坑开挖前后坑底、坑壁的应力变化情况，图1(a)中A点()和B点()是基坑开挖前坑底和坑壁的初始应力，图1(b)中线上A、B两点的天然强度分别为和。随着土体的挖除，坑底土体竖向应力和坑壁土体侧向应力逐渐减小，A、B两点的应力状态沿着图中的应力路径发生变化[2-3]。（a）基坑开挖（b）坑底和侧壁的应力路径图1基坑底和基坑侧壁中应力场的变化基坑稳定安全系数以库伦定律为依据，可用抵抗力矩之和与破坏力矩之和的比值来表示：全面对有支护的基坑进行稳定性分析，是基坑工程设计的最重要环节之一，本文从以下三方面分析基坑稳定性：（

6、1）整体稳定性7采用圆弧滑动法验算支护结构和地基的整体稳定性时，应注意支护结构内支撑、墙面垂直等特点。不同于边坡稳定性验算，滑动面圆心一般在支挡桩(墙)的上方，靠基坑内侧附近，通过试算确定最危险的滑动面（见图2），计算公式如式（2）。式中：和是最危险滑动面上第i土条的固结不排水剪粘聚力（kPa）、内摩擦角（°）；是第i土条弧长（m）；是整体稳定分项系数，根据经验确定，无经验时可取1.3；是作用于滑裂面上第i土条重量（N），按上覆土层天然土重计算；是第i土条弧线中点切线与水平线夹角（°）；是基坑顶面的地面超载（kPa）；是第i土条的宽度（m）。图2整体稳定性计算简图（2）支护结构的抗倾

7、覆稳定性抗倾覆稳定性分析是验算最下道支撑底面的主动和被动土压力绕该支撑支点的转动力矩是否平衡。计算坑内墙前极限被动土压力时，要考虑墙体与坑内土体之间摩擦角的影响，同时也要考虑地基土的粘聚力，因此极限被动土压力计算公式是修正朗肯公式的库伦公式。当时，为库伦公式；当时，为朗肯公式。的取值与地基土、支护墙面粗糙度以及降排水条件等有关，一般（2/3～3/4），且小于20°。地基土含水量大，值小。对支护桩取，坑内不降水时。（3）基坑底部土体坑隆起稳定性7基坑底部土体