西安地鐵四號線五路口站深基坑圍護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

贠永峰，吳祿源，袁超，王磊

(西安科技大學建筑與土木工程學院，陜西西安710054)

西安地鐵四號線五路口站深基坑圍護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

贠永峰，吳祿源，袁超，王磊

(西安科技大學建筑與土木工程學院，陜西西安710054)

西安地鐵四號線五路口站處于工程地質(zhì)條件較復雜的地段，采用半幅鋪蓋明挖順作法施工。其圍護結(jié)構(gòu)利用鉆孔灌注樁加水平旋噴樁止水，在樁頂部設(shè)置冠梁和連系梁。本文闡述了該圍護結(jié)構(gòu)的特點、主要施工工藝、施工難點及解決措施、圍護結(jié)構(gòu)水平位移和沉降的監(jiān)測方案。結(jié)果顯示，樁頂累計水平位移6.7 mm，樁體累計沉降6.6 mm，滿足基坑穩(wěn)定和安全的要求。

圍護結(jié)構(gòu) 鉆孔灌注樁 旋噴樁 監(jiān)測

近兩年來西安地區(qū)地鐵工程的建設(shè)達到了一個高峰，從2013年至今在建的地鐵工程有西安地鐵三、四、五、六號線。地鐵工程的施工導致城市內(nèi)出現(xiàn)了大量的基坑工程，而西安地區(qū)屬于典型的黃土地區(qū)。根據(jù)地質(zhì)勘查，車站所在位置主要有人工填土、濕陷性黃土、飽和軟黃土等不良地層。與此同時很多車站位于建筑物密集、地下管線復雜，道路狹窄地段。在此地段施工時，如果施工技術(shù)措施不當就會出現(xiàn)基坑變形過大、坍塌等重大工程事故［1-2］。文中針對西安四號線五路口站深基坑圍護結(jié)構(gòu)，研討施工工藝、監(jiān)測技術(shù)措施等關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 工程概況

1.1 工程環(huán)境

西安地鐵四號線五路口站為地下三層，位于東西五路與解放路十字路口南側(cè)，南接大差市站，北接火車站，是一、四號線的T形交叉換乘站。車站基坑的長度為161.2 m，標準段寬度為22.1 m?；悠骄_挖深度為23.1 m。五路口平面布置見圖1。

1.2 工程水文地質(zhì)

車站擬建場地內(nèi)地勢平坦，屬黃土梁洼地貌。地下水位埋深在-9.8～-11.0 m，地下潛水位高程為391.27～392.79 m。地下水主要賦存于中、上更新統(tǒng)黃土及砂層中，含水層厚度＞50 m，在一定的條件下孔隙水表現(xiàn)出一定的微承壓性。地下水位附近新黃土的含水量達到飽和，甚至大于液限，使得此處新黃土呈軟塑～流塑狀態(tài)、承載力低、壓縮性高，穩(wěn)定性差，這對工程有一定的危害。各土層的劃分和性質(zhì)見表1。

圖1 五路口車站平面布置

表1 土層劃分和巖性特征

2 圍護結(jié)構(gòu)施工

2.1 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)及施工方案

五路口車站采用半幅鋪蓋明挖順作法施工，圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+水平旋噴樁止水帷幕，在樁頂設(shè)冠梁和連系梁?；又ёo結(jié)構(gòu)共設(shè)4道支撐，其中第1道為600 mm×800 mm混凝土支撐，第2，3，4道為鋼管支撐。圍護結(jié)構(gòu)標準段剖面示意如圖2，設(shè)計參數(shù)見表2。

圖2 圍護結(jié)構(gòu)標準段剖面

表2 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

基坑圍護結(jié)構(gòu)施工分為兩期。第一期:施工車站西側(cè)圍護樁及車站中間臨時立柱樁→施工西側(cè)圍護樁樁間的旋噴止水帷幕→破除樁頭，施工冠梁及臨時立柱樁頂連系梁→開挖西側(cè)基坑第一層土方，施工西半邊第1道混凝土支撐→修筑西側(cè)臨時鋪蓋系統(tǒng)，地面交通疏導至西側(cè)。第二期:對東側(cè)場地進行圍擋，施工東側(cè)圍護樁及樁間旋噴止水帷幕→逐層開挖基坑，進行主體結(jié)構(gòu)建設(shè)。

2.2 施工流程、工藝及方法

灌注樁的施工工藝流程［3-5］:在施工部位開挖深槽，勘測實際地下管線及構(gòu)筑物的情況→定出樁位，檢查鉆機平整度和鉆桿的垂直度→埋設(shè)鋼護筒，檢查并保證護筒的穩(wěn)定，輕壓慢鉆→鉆進到標高時，檢查樁的孔深、孔徑，檢測樁孔內(nèi)沉渣并清孔→吊放鋼筋籠，保證不碰撞孔壁，就位后立即固定→下放導管，邊澆筑邊提升導管→回填樁孔，跳樁施工，待樁體達到設(shè)計強度，順序施工灌注樁間旋噴樁→鑿除樁頂多余部分的混凝土，施作樁頂冠梁→采用與鉆孔樁相同工藝施工中間臨時立柱樁，施工連系梁及擋土墻→吊裝鋪蓋部分的軍用梁，并將圍擋倒置車站另一側(cè)施工圍護結(jié)構(gòu)剩余部分。

五路口環(huán)形天橋位于基坑北側(cè)的上方，外形為正圓形，半徑32.21 m，橋面有效寬度4.06 m，高6.8 m，橋下凈高5.4 m。由于旋挖鉆機屬大型樁基施工機械，其外形尺寸高大，需要開闊的場地及空間高度才能使用，而五路口天橋下的凈空高度僅5 m左右，根本不滿足旋挖鉆機成孔的工藝要求。根據(jù)設(shè)計圖紙，五路口站設(shè)計樁長范圍內(nèi)的土質(zhì)為黏性土，故采用鍋錐鉆機直接鉆進、自造漿護壁工藝。該工藝適宜在黏性土層中作業(yè)，不僅機械設(shè)備簡單，現(xiàn)場布置方便，而且施工成本較低。最主要的是其成樁空間尺寸要求少，剛好滿足天橋底下空間尺寸不足的施工環(huán)境。

圍護結(jié)構(gòu)采用旋噴樁和灌注樁咬合，并采用二重管法施工。對于二重管法［6］，噴射注漿工藝是成樁質(zhì)量的關(guān)鍵，成孔后進行注漿，當漿液溢出鉆孔口后，即開始旋轉(zhuǎn)提升。噴射過程中對風壓、漿壓、水泥漿比重、提升速度等技術(shù)指標隨時作好記錄，發(fā)現(xiàn)問題要及時采取措施。

2.3 施工質(zhì)量控制要點

1)在成孔過程中，對于土質(zhì)條件較好的黃土層，不用泥漿護壁，采用注水加壓，抬高水頭辦法來穩(wěn)定孔壁。而在砂土層鉆進的過程中易塌孔，則需要采用泥漿護壁，必要時可采用5 mm厚的鋼護筒。在基坑東、西兩端各布置一座容量16 m3的泥漿池，采用黏土進行原土造漿，滿足施工的強度要求。

2)臨時立柱樁(灌注樁)施工時，確保鉆孔的垂直度，基底沉渣量要在控制值內(nèi)。半幅鋪蓋路面不允許運土和荷載較重的車輛通行，基坑開挖時應控制開挖速度和開挖順序，不得對中間臨時立柱樁產(chǎn)生側(cè)向土壓力。

3)旋噴樁施工過程中，將會產(chǎn)生20%左右的返漿，要修建排污和水泥漿拌制系統(tǒng)對廢漿進行處理。在主體圍護結(jié)構(gòu)施工前，在現(xiàn)場至少選兩處進行試樁，試樁結(jié)束后，開挖檢查樁的質(zhì)量，然后確定旋噴樁的漿液配比、噴射壓力、噴漿提升速度等技術(shù)參數(shù)［7-9］。

3 圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測與分析

通過監(jiān)測，現(xiàn)場掌握周圍土體和圍護結(jié)構(gòu)的應力及變形的實際情況，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，對工程圍護體系變形及穩(wěn)定狀態(tài)加以評價，并預測其發(fā)展情況。根據(jù)預測判定施工對周圍環(huán)境的影響程度，確定后續(xù)工序安排，必要時調(diào)整支護參數(shù)、施工工藝和施工方法，使施工處于最佳受控狀態(tài)。監(jiān)測點的布置見圖3，圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測方案見表3。

圖3 圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測點布置

表3 圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測方案

3.1 樁頂水平位移

樁頂水平位移是圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測的重點。對于圍護結(jié)構(gòu)水平位移的監(jiān)測，取代表性測點S3，S8，S11，S12，S16，S18的監(jiān)測值進行分析。累計水平位移見圖4和表4(向基坑內(nèi)側(cè)偏移為負值，中間樁向鋪蓋區(qū)域偏移為負值)。

圖4 測點累計水平位移曲線

表4 基坑開挖完成后累計水平位移mm

從圖4可知，基坑開挖的初期，由于基坑土體的卸荷和基坑兩側(cè)較大水壓力的作用，樁頂水平位移增長速率較快。當基坑開挖到6～8 m時由于設(shè)置了第2和第3道橫向支撐以及持續(xù)降水，位移增長速率逐漸降低，但累計位移仍在增加。從表4可以看出，基坑開挖完成后，由于車站主體的建設(shè)采取橫向分段、豎向分層的施工方法，隨著車站主體結(jié)構(gòu)的施工，水平位移變化率趨于0，位移趨于穩(wěn)定。

3.2 樁體沉降

五路口車站采用半幅鋪蓋明挖法施工，基坑中間設(shè)置臨時立柱樁，樁體不僅受到基坑開挖的影響，還承受鋪蓋體系和路面行駛車輛的荷載。在施工過程中，臨時立柱樁是保證整個基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵，但受力比較復雜，是監(jiān)測的重點。取代表性測點C1，C3，C5，C8，C9，C11監(jiān)測值進行分析，累計沉降曲線見圖5(圖中正值表示下沉，負值表示隆起)。

圖5 測點累計沉降曲線

由圖5可知，基坑開挖初期，由于開挖深度較淺，測點沉降較小，隨著基坑開挖深度的增加，周圍土體和樁間摩阻力減少，并且土體開始排水固結(jié)，沉降速率較大。

基坑開挖完成后累計沉降見表5?？梢钥闯觯S著主體結(jié)構(gòu)的施工，沉降速率逐漸變小，沉降值幾乎不再增加。累計沉降最大達到6.6 mm。

表5 基坑開挖完成后累計沉降mm

4 施工中常見問題及處理措施

4.1 開挖問題

鉆進過程中曾發(fā)生兩次事故:第一次灌注樁施工時將某移動電線挖斷。第二次是開挖基坑時將已有的煤氣管線挖爆，致使施工暫停，工期延長。

主要原因:①該車站位于老城區(qū)，地下管線錯綜復雜，因時間久遠，相關(guān)部門提供的資料不全;②管線的位置沒有準確確定。現(xiàn)場施工時也沒有進行核實;③在挖土機開挖至管線上部時，沒有減緩速度和力度。

處理措施:對于破壞的管線，按照相關(guān)管線管理部門的要求進行修復或更換。并制定相應的方案對管線進行懸吊、改遷等。

4.2 成樁問題

澆筑完成后的樁，在樁身的多個部位出現(xiàn)混凝土淤積，在基坑的北側(cè)臨近一號線車站的樁特別是中間臨時立柱樁問題較為嚴重。由于某些樁徑的擴大導致主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的預留洞口變小。在主體結(jié)構(gòu)施工前要考慮淤積部位的最大寬度，過大的必須破除。淤積病害見圖6。

主要原因:①由于第二層土質(zhì)為素土，其疏密不均勻并含有少量磚渣，導致鉆進過程中鉆頭偏離鉆進方向;②由于每層土的軟硬程度不一，在鉆至土層交界面時，會因鉆壓沒有及時調(diào)整，導致鉆頭受力不均而偏離原方向;③由于車站的施工場地比較狹窄，大量材料和廢渣都堆放在鉆孔邊緣，導致鉆機在鉆進的過程中出現(xiàn)偏移。

圖6 中間臨時立柱樁局部淤積

處理措施:對于有局部淤積的中間臨時立柱樁要測量圍徑，超過主體結(jié)構(gòu)預留孔洞圍徑的，通過人工或機械對樁外側(cè)破除使圍徑滿足要求。

5 總結(jié)

1)四號線五路口工程圍護結(jié)構(gòu)采用灌注樁加旋噴樁構(gòu)成止水帷幕，嚴格控制關(guān)鍵施工技術(shù)，并通過監(jiān)測實時對施工參數(shù)進行調(diào)整，有效地解決了濕陷性黃土地層下深基坑變形大、坑底易隆起等問題，且對周邊環(huán)境影響較小。該圍護結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)可在西安其他地鐵車站施工中推廣應用。

2)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示樁頂累計水平位移6.7 mm，樁體累計沉降6.6 mm，滿足基坑穩(wěn)定性和安全性的要求。

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Construction technology of closure structure of deep foundation pit for Wulukou station of Xi'an metro line 4

YUN Yongfeng，WU Luyuan，YUAN Chao，WANG Lei
(Institute of Architecture and Civil Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an Shaanxi 710054，China)

W u Lukou station of Xi'an 4#subway locates in the complex engineering geological area and the half blanket and open excavation method should be adopted in construction.T he retaining structure of foundation is the occlusion of bored pile and horizontal jet grouting pile and setting top beam and tie beam at the top of pile.T his paper discussed the characteristics，the main construction technology，construction difficulty and solving measures for such retaining structure and the monitoring plan of retaining structure horizontal displacement and settlement.T he results showed that the cumulative horizontal displacement of pile top is 6.7 mm and the cumulative pile settlement is 6.6 mm，which meets the stability and safety requirements of foundation pit.

Retaining structure;Bored pile;Jet grouting pile;M onitoring

TU473.1+4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.20

1003-1995(2015)05-0078-05

(責任審編葛全紅)

2014-10-10;

2015-03-20

國家自然科學基金青年基金(51404193)

贠永峰(1961—)，男，陜西咸陽人，副教授，博士。