地鐵車站深基坑防水與圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

韓 寧

(中鐵二局集團(tuán)有限公司經(jīng)營中心，四川成都610031)

1 概述

隨著我國城市建設(shè)的高速發(fā)展，為了達(dá)到地下工程、高層、超高層建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用功能的需求，基坑的深度和面積也隨之不斷增加，給深基坑工程的設(shè)計(jì)施工帶來新的挑戰(zhàn)。對于深基坑來講，地下水是必須考慮的影響因素。

對地下水的治理不當(dāng)，將會使深基坑工程發(fā)生嚴(yán)重事故。從實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料來看，多數(shù)深基坑事故與地下水治理不當(dāng)有關(guān)，尤其是暴雨滲入、管道漏水等突發(fā)事件的危害更大。可以說地下水是深基坑工程的“天敵”，是導(dǎo)致深基坑工程事故的最直接的影響因素之一，是造成基坑支護(hù)失敗的原因。地下水的作用及影響、設(shè)計(jì)過程中地下水作用處理、施工監(jiān)測過程應(yīng)注意的問題。降、排、止水方法是一項(xiàng)事關(guān)大局的工作。

1.1 地下水的作用

地下水作為巖土體的組成部分直接影響巖土的性狀和行為。在巖土工程勘察時應(yīng)著眼于設(shè)計(jì)和施工的需要，提供地下水的完整、準(zhǔn)確、相近的資料并評價地下的作用和影響。地下水對巖土體和建筑物的作用，按作用機(jī)理可分為力學(xué)作用和物理化學(xué)作用兩大類。

1.1.1 力學(xué)作用

(1)浮托作用:由于抽汲、集水、回灌引起地下水位或水壓的變換，從而會產(chǎn)生大面積地面的沉降或上浮。

(2)動水力:動水力的作用表現(xiàn)為滲流。滲流作用可能會產(chǎn)生潛蝕、流砂和涌土等滲透變形。從力學(xué)平衡來看，當(dāng)滲流產(chǎn)生的向上的滲透力等于土的浮重度時，土體處于臨界狀態(tài)，便發(fā)生流砂。

(3)靜水壓力:在地下水位以下全部水壓力作用在圍護(hù)墻上。當(dāng)坑內(nèi)、外水位差較大時，可能會產(chǎn)生滲流作用，這將使主動土壓力稍有增加，而使被動土壓力顯著降低。

1.1.2 物理化學(xué)作用

一方面含水率的減少會導(dǎo)致一些黏土層變?nèi)跫耙恍┠z結(jié)巖石的崩潰，另一方面水能導(dǎo)致一些黏土層的膨脹，黃土層被水浸泡后原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)會變?nèi)?，水能使石膏等物質(zhì)的溶解，同時可能發(fā)生水合作用，產(chǎn)生的物質(zhì)能腐蝕混凝土體。

1.2 地下水的影響

地下水的影響是多方面的，包括軟化作用、沖刷作用、靜水壓力和動水壓力的作用，還有水浮力作用等，同時換季氣溫變化以及同一天的溫差變化對地下水狀態(tài)的改變都會對基坑支護(hù)的穩(wěn)定性造成很大的影響。

2 工程概況

下面通過以成都地鐵2號線白果林車站北端盾構(gòu)端頭段(圖1中勘探點(diǎn))基坑支護(hù)設(shè)計(jì)為例，介紹了該工程的概況、水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件以及工程的基本支護(hù)設(shè)計(jì)和降水設(shè)計(jì)，闡述地下水對基坑支護(hù)的影響。

圖1 白果林車站深基坑環(huán)境示意

成都地鐵2號線一期工程2標(biāo)段(西段)從成灌客運(yùn)站(AK21+932)至天府廣場(設(shè)計(jì)終點(diǎn)AK30+830)，全長約9km，該段包括8座車站、9個區(qū)間段。白果林本車站位于文華路與青西路之間的金羅路，沿金羅路南北向布置，為了減少對周邊道路交通的影響，車站的主體沒有跨越文華路和青西路?，F(xiàn)有道路比較狹窄，地面交通十分繁忙，人口眾多，建(構(gòu))筑物密集:車站東面有7幢多層建筑居民房和商鋪，西面有5幢多層建筑居民房商鋪和白果林加油站。因此，開挖的設(shè)備、材料、出碴等的運(yùn)輸和施工場地將受到很大影響。車站形式為地下兩層島式站臺車站，頂板埋深約為2.8～3.5m，底板埋深約為15.0～16.6m，車站長約160m，寬約20m。

2.1 場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭示，站內(nèi)均為第四系(Q)地層覆蓋。地表多為第四系人工填筑土(Qml4)，其下為第四系全新統(tǒng)沖積(Qal4)粉土及砂、卵石土以及第四系上更新統(tǒng)沖、洪積(Qal+pl3)卵石土夾砂透鏡體。初見水位在地表4.5m左右。地層參數(shù)見表1。

表1 圖1勘探點(diǎn)處深基坑地層參數(shù)

2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

2.2.1 護(hù)坡樁方案選擇

根據(jù)本車站所處的環(huán)境、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件以及基坑深度，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較、計(jì)算分析和工程類比，本車站主體采用直徑1 200mm的人工挖孔樁，內(nèi)設(shè)三道支撐，第一道支撐采用混凝土支撐，第二、三道支撐采用鋼管支撐(圖2)。

圖2 排樁支護(hù)計(jì)算簡圖

2.2.2 護(hù)坡樁方案設(shè)計(jì)

由于房屋基礎(chǔ)資料不齊，房間內(nèi)部墻體位置不清楚，按縱橫墻3m間距的磚混結(jié)構(gòu)考慮，進(jìn)行附加荷載計(jì)算。結(jié)合各層樓板墻體等恒、活荷載考慮，平行基坑方向基礎(chǔ)每層附加荷載按20kN/m考慮，垂直基坑方向基礎(chǔ)每層附加荷載按6kN/m考慮。軟件采用理正深基坑5.3，水土計(jì)算方式采用水土分算。

經(jīng)軟件(理正深基坑5.3)計(jì)算和驗(yàn)算得出配筋如表2。

表2 基坑圍護(hù)樁配筋表

2.2.3 計(jì)算結(jié)果分析

嵌固深度:根據(jù)計(jì)算分析、工程類比及已有的施工經(jīng)驗(yàn)，樁嵌固深度標(biāo)準(zhǔn)段取3.5m，端頭加深段取4m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑1 200mm人工挖孔樁。

根據(jù)圍檁的連貫性以及計(jì)算分析白果林站基坑第一道支撐采用混凝土支撐，二、三道支撐采用鋼支撐。

根據(jù)本車站所處的環(huán)境、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件以及基坑深度，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較、計(jì)算分析和工程類比，本車站主體采用直徑1 200mm的人工挖孔樁，第一道支撐采用600mm×800mm的混凝土支撐，第二、三道支撐采用直徑600mm、壁厚=14mm的鋼管支撐。經(jīng)過計(jì)算內(nèi)力以及位移都滿足要求。

3 防滲帷幕設(shè)計(jì)

地下水流入基坑，對相鄰建筑物的影響，一是水位降低，引起土層附加不均勻沉降變形，近基坑側(cè)較大;二是水中所夾帶細(xì)粒土的流失，導(dǎo)致粉土空隙率增大，骨架失去支撐，土體大面積流失，造成地面塌陷、板樁失穩(wěn)等嚴(yán)重事故。在相鄰區(qū)域發(fā)生的基礎(chǔ)和地下工程(地鐵工程)事故中，絕大部分是因地下水控制措施不當(dāng)造成的。因此，保持基坑周邊土體內(nèi)及坑內(nèi)基底土層內(nèi)地下水的穩(wěn)定，是本項(xiàng)工程的關(guān)鍵之關(guān)鍵。

根據(jù)該場地的環(huán)境條件和水文地質(zhì)條件，為避免降水造成已建樓沉降量加大，保證已建樓的絕對安全，需要在基坑?xùn)|側(cè)設(shè)置防滲帷幕;根據(jù)場地水文地質(zhì)條件，同時考慮節(jié)省工程造價，選用了深層水泥漿體噴射攪拌樁帷幕。

4 降水與排水

在施工過程中，要求地下水位始終在工作面以下0.5～1m，為避免因地表水導(dǎo)致的基坑事故，基坑周邊地面挖排水溝或用混凝土料堆積在基坑邊形成臺中階，再噴混凝土便形成排水通道，避免地表水流入基坑。以免地下水滲出，對支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力，造成不利影響。

5 施工與監(jiān)測措施

由于基坑穩(wěn)定性(包括邊坡穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定)破壞引起的后果往往是災(zāi)難性的、突發(fā)性的，且補(bǔ)救困難。所以，不僅要保證基坑圍護(hù)體、降排水、隔滲方案選擇和設(shè)計(jì)的可靠性;施工過程中還必須嚴(yán)格按圖紙施工，并有科學(xué)的監(jiān)測措施，及時收集整理，反饋檢測數(shù)據(jù)，出現(xiàn)險情及時分析其原因，果斷的采取措施，迅速的組織實(shí)施處理措施，以確?；拥姆€(wěn)定。

6 結(jié)束語

地下水是影響基坑穩(wěn)定性的重要因素，應(yīng)該充分考慮到地下水對邊坡穩(wěn)定性的影響，不僅要對各層地下水的各種參數(shù)測量準(zhǔn)確，有深刻的認(rèn)識，因地制宜的選擇優(yōu)秀的降水設(shè)計(jì)方案，同時還應(yīng)充分考慮周圍的環(huán)境因素及各種設(shè)施可能帶來的影響，而且還要考慮不同季節(jié)地下水的變化對邊坡的影響，是深基坑工程的關(guān)鍵之關(guān)鍵。

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