上海地铁9号线工程详情分析

一、 概述

上海地铁9 号线DK18＋027～DK18＋287 为线路由高架区间向地下区间过渡的敞开段，结构采用“U”形槽钢筋混凝土结构。在DK18＋65～DK18＋250段，敞开段北侧为沪淞公路，南侧为蒲汇塘（见图6.6）。基坑深度为3.0～5.0m，受其周边环境限制，围护形式既不能采用放坡开挖，又不能采用SMW 工法加内支撑，上海地区5～7m开挖深度的基坑，其挡土结构过去多采用钢板桩，由于钢板桩打桩、拔桩时，施工噪声大、振动大；对土体扰动大，施工时产生较大的变形；隔水性能差；周边建筑物及地下管线会引起较大的沉降与位移，故采用格栅状水泥土搅拌桩作为该段基坑支护结构。

图6.6　水泥土搅拌桩基坑支护部位示意图

该工程场地属滨海平原地貌，地势基本平坦，地面高程一般为5.5m左右，根据勘查报告，施工场地自地表至20.0m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，表层为杂填土，黄褐色，成分较杂，主要由粘性土组成，含碎石、砖块，厚1.5m；其下为粉质粘土，黄褐色，灰黄色，硬塑～软塑，厚3.5m；淤泥质粘土，灰褐色，软塑～流塑，厚2.5m，局部呈透镜体分布，γ＝18.3kN/m3，c＝14.37kPa，φ＝3.8°；再下为淤泥质粉质粘土，灰褐色，流塑，厚5.0m，γ＝18.6kN/m3，c＝14kPa，φ＝5°；粉土，灰褐色，湿～很湿，稍密～密实，厚5.0m。地下水为第四系孔隙潜水，水量丰富，一般埋深0.5m，主要补给来源为大气降水。地下水经测定，其pH 值为7，呈中性，地下水对混凝土无腐蚀性。

二、 水泥土搅拌桩挡墙的设计

根据基坑不同深度分段分别设计。水泥土搅拌桩挡墙的设计计算要点主要包括桩体截面的选择、稳定性验算、墙体强度检算以及变形估算等内容。

（1）墙体截面的选择。根据地层条件和基坑开挖深度h，先确定搅拌桩插入基坑底深度D。根据上海类似工程经验，一般要求D＝（0.8～1.2）h，墙体宽度B 一般可取B＝（0.6～0.8）h。本工程采用墙厚3.2m、3 排密排双头钻机并相互咬合而得，桩体直径为700mm，两个搅拌轴间的距离为500mm，桩间搭接距离为200mm（见图6.7）。

（2）稳定性验算（见图6.8）。

图6.7　排桩图（单位：m）

图6.8　水泥土挡墙计算简图

1）抗倾覆稳定。经计算Kq＝1.64＞1.2，满足规范要求。

2）抗水平滑移稳定。经计算Kh＝1.93＞1.2，满足规范要求。

3）抗圆弧滑动稳定。本基坑底存在软弱土层，应按圆弧滑动法验算挡墙的整体稳定性，计算方法采用瑞典条分法，应力状态采用总应力法，条分法中的土条宽度取0.40m。

经计算，整体稳定安全系数K＝1.67＞1.2，满足规范要求。

4）抗隆起稳定。利用Prandtl（普朗德尔）公式，Kzw ＝1.419＞1.1，满足规范要求。

利用Terzaghi（太沙基）公式，Kzw＝1.609＞1.15，满足规范要求。

5）抗管涌滑动稳定(www.xing528.com)

KS ＝ic/i ＝3.75 ＞1.5，满足规范要求。

式中　ic——极限平均水力坡度；

i——平均水力坡度。

（3）墙体应力验算。随着基坑开挖深度的增加，墙前压应力逐渐增大，而增后压应力逐渐减少；甚至出现拉应力，墙体最大弯矩在剪力为0处，近似的取在墙底面。

1）压应力验算：1.25γ0γcsZ＋M/W ＝0.57＜fcs ＝5.0，满足抗压强度要求。

2）拉应力验算：

M/W－γcsZ ＝0.03＜0.06fcs ＝0.3，满足抗压强度要求。

γcs为水泥土墙平均重度；Z 为由墙顶至计算截面的深度；M 为单位长度水泥土墙截面弯矩设计值；W 为水泥土墙截面模量；fcs为水泥土抗压强度。

（4）墙体位移的计算。用弹性抗力法计算墙体水平位移，墙体顶端位移28.4mm，基坑底部墙体位移16.5mm，墙体底端位移－3.1mm，满足允许水平位移值0.8%H 的要求。

假定地表沉降曲线为三角形，基坑周围地表最大沉降量为28.7mm，满足允许沉降值0.6%H 的要求；假定地表沉降曲线为抛物线，基坑周围地表最大沉降量为17.5mm，满足允许沉降值0.6%H 的要求。

三、 主要技术措施

（1）水泥土各种参数。

1）水泥土采用425 号普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比选用0.4～0.5。

2）水泥掺入比为15%。

3）外加剂：木质素磺酸钙0.2%，主要起减水作用。三乙醇胺0.05%，为早强剂。

（2）降低地下水位。土方开挖前至少15 天开始降水，水位降至基坑底面以下1m。保证土方均匀开挖，严防开挖机构及车辆直接压在搅拌桩上，防止搅拌桩体破坏。另外采取必要的临时性措施，在挖土过程中对工程桩加以保护。

（3）墙顶插筋。格栅状水泥搅拌桩挡墙顶面，应设置20cm厚的钢筋混凝土面板。在水泥土墙体内插入2m 左右直径为12mm的钢筋，每根搅拌桩顶部插入一根，将其与墙顶压顶面板内钢筋绑扎连接。

（4）坑底加固。基坑底部上层为软弱土，为控制水泥土的水平位移，采用抽条压密注浆。此项措施也满足了敞开段“U”形槽主体结构地基承载力的要求。

四、 搅拌桩施工 （略）

该基坑工程在地质条件与周围环境较差的情况下，采用水泥搅拌桩支护结构方案，达到了预期的目的，为建设单位减少投资与工程早日完成投入使用创造了条件。