富水條件下地鐵出入口部分主體結(jié)構(gòu)下沉改造關(guān)鍵技術(shù)

吳穎寧

(中鐵十八局北京地鐵指揮部，北京 100000)

0 引言

隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下工程的改建將越來(lái)越多。在地下工程改建過(guò)程中，新建結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的接縫處理，直接關(guān)系到建筑物的安全及使用性能。接縫問(wèn)題若處理不好，將造成嚴(yán)重后果。在以往的研究分析中，以如何解決新舊結(jié)構(gòu)差異性沉降的問(wèn)題較多。文獻(xiàn)［1］結(jié)合西直門(mén)車(chē)站改造施工，闡述了暗挖隧道新舊結(jié)構(gòu)接合的關(guān)鍵技術(shù);文獻(xiàn)［2］對(duì)已建地鐵車(chē)站改造結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)評(píng)估，并涉及對(duì)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)力和位移附加增量的有效控制;文獻(xiàn)［3］針對(duì)蘇州地鐵金雞湖西站與地下廣場(chǎng)結(jié)構(gòu)接駁，對(duì)車(chē)站原圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)與施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;文獻(xiàn)［4］以深圳地鐵新建3號(hào)線老街站換乘綜合體與運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站接駁工程為實(shí)例，對(duì)運(yùn)營(yíng)車(chē)站臨時(shí)加固防護(hù)、分部切割既有結(jié)構(gòu)、新舊結(jié)構(gòu)接駁等關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)論述;文獻(xiàn)［5］以北戴河火車(chē)站接長(zhǎng)地下通道防水處理為實(shí)例，總結(jié)了新舊混凝土接茬部位如何進(jìn)行防水處理以及施工中的特點(diǎn)與難點(diǎn);文獻(xiàn)［6］分析地鐵明挖車(chē)站防水問(wèn)題的主要原因，統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)主要城市明挖車(chē)站使用的柔性防水材料，并總結(jié)目前明挖車(chē)站主要采用的2種防水體系;文獻(xiàn)［7］對(duì)常用的地鐵明挖車(chē)站的防水(包括SBS、瀝青卷材、聚氨酯涂膜防水等)施工技術(shù)進(jìn)行探討和分析;文獻(xiàn)［8］以地鐵安定路站—北土城東路站區(qū)間明挖段穿越小關(guān)2號(hào)樓為例，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析;文獻(xiàn)［9］主要針對(duì)天津地鐵1號(hào)線既有站改建工程，詳細(xì)闡述了新建結(jié)構(gòu)與既有結(jié)構(gòu)相接及防水連接的施工技術(shù);文獻(xiàn)［10］以某地鐵工程為背景對(duì)如何解決既有地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的防水及其耐久性問(wèn)題進(jìn)行了探討，對(duì)新建地鐵如何滿足結(jié)構(gòu)防水需要提出了初步設(shè)想;文獻(xiàn)［11］闡述蘇州地鐵金雞湖西站與蘇州中心地下商業(yè)廣場(chǎng)結(jié)構(gòu)接駁技術(shù)，對(duì)已建成車(chē)站結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造加固;文獻(xiàn)［12］結(jié)合朝陽(yáng)公園站工程實(shí)際，介紹了車(chē)站明挖基坑段帷幕的施工及設(shè)計(jì)概況，對(duì)帷幕止水效果欠佳造成滲漏的原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的滲漏水處置措施。

以上文獻(xiàn)針對(duì)結(jié)構(gòu)改造過(guò)程中施工自身安全及新舊接縫處理的研究和分析較少。而近年來(lái)地鐵工程滲漏問(wèn)題頻繁出現(xiàn)，滲漏水的整治既困難、費(fèi)用又高，嚴(yán)重影響了地鐵的正常運(yùn)營(yíng)，危害了建筑物的使用安全和壽命。本文以2號(hào)線鼓樓大街站西北出入口結(jié)構(gòu)改造為背景，闡述基坑改造旋噴止水帷幕、基底加固及接縫過(guò)渡等技術(shù)，并提出安全質(zhì)量控制要點(diǎn)及改進(jìn)措施。

1 工程概況

1.1 工程概述

新建地鐵8號(hào)線鼓樓大街站西北口時(shí)，需對(duì)既有2號(hào)線鼓樓大街站原西南口進(jìn)行改造。為滿足2號(hào)線鼓樓大街站正常運(yùn)營(yíng)要求，2號(hào)線鼓樓大街站新增西北出入口。西北出入口平面位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 西北出入口總平面示意圖Fig.1 General plan of northwest entrance/exist of Guloudajie station

新增西北出入口共設(shè)置東西2處斜通道，其中東側(cè)斜通道結(jié)構(gòu)施工完成后，開(kāi)始進(jìn)入暗挖段施工，由于現(xiàn)狀污水管線標(biāo)高與勘測(cè)資料提供不符(實(shí)際污水管位置比圖紙位置低3.9 m，且實(shí)際污水管底部有10 cm素混凝土墊層)，暗挖段初期支護(hù)施工至污水管下方時(shí)，發(fā)現(xiàn)污水管位于暗挖上半斷面內(nèi)。暗挖段整體位置須至少下調(diào)2.7 m方可避開(kāi)污水管，從而導(dǎo)致已建成的明挖段結(jié)構(gòu)底板及側(cè)墻鑿除并向下續(xù)接2.7 m。污水管與暗挖通道位置示意見(jiàn)圖2和圖3，明挖結(jié)構(gòu)下沉示意見(jiàn)圖4。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

明挖段基坑從上至下依次穿越的地層為房渣土、粉質(zhì)黏土、黏土、細(xì)粉砂、粉質(zhì)黏土、細(xì)粉砂，其中下沉段部分位于細(xì)粉砂地層中。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，本基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)主要地下水層為潛水層，水位埋深4.4～8.65 m。根據(jù)原基坑施工揭露地質(zhì)情況，下沉段開(kāi)挖范圍細(xì)粉砂地層含水量較大，存在流砂現(xiàn)象。

圖2 污水管與暗挖通道平面示意圖Fig.2 Plan showing relationship between sewage pipe and mined passage tunnel

此外明挖改造基坑北側(cè)3.1 m為北二環(huán)護(hù)城河，該護(hù)城河常年水位較高，結(jié)構(gòu)改造時(shí)要做好止水及應(yīng)急措施，防止河水滲入或倒灌。

基坑地質(zhì)剖面見(jiàn)圖5。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及基底加固措施

2.1 基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算

原基坑采用明挖法施工，φ800@1 200鉆孔灌注樁做圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑周邊設(shè)置單排φ600，咬合200 mm的三重管高壓旋噴樁做止水帷幕。圍護(hù)樁嵌固深度為2.1～7.2 m(斜坡段部分圍護(hù)樁嵌固深度較少)，基坑下沉2.7 m后圍護(hù)樁嵌固深度明顯不夠，部分圍護(hù)樁在基坑下沉開(kāi)挖時(shí)，樁底將會(huì)暴露，旋噴止水帷幕深度亦不能滿足要求，基坑整體穩(wěn)定性需重新進(jìn)行驗(yàn)算。

圖3 污水管與暗挖通道位置示意圖Fig.3 Profile showing relationship between sewage pipe and mined passage tunnel

圖4 西北出入口明挖段改造縱剖面示意圖Fig.4 Profile showing structure of open-cut passage tunnel

計(jì)算方法:采用理正基坑穩(wěn)定分析驗(yàn)算軟件輔助分析，瑞典條分法應(yīng)力狀態(tài)，總應(yīng)力法條分法中的土條寬度為1.0 m。基坑穩(wěn)定驗(yàn)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6。

基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算相關(guān)參數(shù)如下:

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.165＜1.35，不滿足規(guī)范要求。

圓弧半徑R=10.826 m;圓心坐標(biāo)X=－2.719 m;圓心坐標(biāo)Y=8.098 m。

圖5 基坑地質(zhì)剖面圖Fig.5 Profile showing geological conditions of foundation pit

圖6 基坑穩(wěn)定驗(yàn)算簡(jiǎn)圖(單位:m)Fig.6 Sketch of calculation of foundation pit stability(m)

2.2 設(shè)計(jì)處理方案

針對(duì)基坑整體穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求及樁基嵌固深度不夠的情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在基坑開(kāi)挖前，采用旋噴樁對(duì)改造后基坑底板下方4 m范圍土體進(jìn)行加固，同時(shí)將旋噴止水帷幕加深至基坑底2 m，加固后土體滲透系數(shù)滿足≤1×10－6cm/s，28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.2 MPa。

旋噴加固方案見(jiàn)圖7，處理后基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖8。

基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算相關(guān)參數(shù)如下:

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.564＞1.35，滿足規(guī)范要求。

圓弧半徑R=14.070 m;圓心坐標(biāo)X=－1.225 m;圓心坐標(biāo)Y=11.783 m。

2.3 施工工藝

2.3.1 基底加固

底板下方土體加固主要目的是為了提高基底土體穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)基底隆起，應(yīng)在底板破除之前施作。首先利用φ150水鉆在底板上打孔，孔間距為600 mm，孔深穿透底板，然后采用XP－50A鉆機(jī)進(jìn)行三重管高壓旋噴，旋噴直徑為800 mm，咬合200 mm，漿液為1∶1水泥漿，噴漿壓力為18～20 MPa，加固范圍至改造后底板下方4 m?；准庸绦龂姌恫伎滓?jiàn)圖9。

圖7 旋噴加固示意圖Fig.7 Sketch of jet grouting consolidation

圖8 處理后基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算簡(jiǎn)圖(單位:m)Fig.8 Sketch of calculation of foundation pit stability after jet grouting consolidation(m)

2.3.2 外圍止水帷幕改造

對(duì)原止水帷幕進(jìn)行加深施工，一方面是提高其止水能力，另一方面有穩(wěn)定側(cè)向基坑外巖土作用。為加快施工速度，提前利用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度至基坑底2 m，然后進(jìn)行旋噴樁施工。旋噴樁直徑為600 mm，咬合200 mm，漿液采用水泥漿，水灰質(zhì)量比為0.8～1.5。

圖9 旋噴樁布孔示意圖(單位:mm)Fig.9 Layout of jet grouting piles(mm)

2.3.3 結(jié)構(gòu)分段改造

除采取以上基底加固及止水帷幕加深方案外，結(jié)構(gòu)改造應(yīng)分段進(jìn)行。改造時(shí)應(yīng)由埋深小的部位向埋深大的部位進(jìn)行，同一時(shí)間段內(nèi)只能進(jìn)行一段結(jié)構(gòu)改造施工，上一段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到要求后，再進(jìn)行下一段施工。結(jié)構(gòu)改造過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)施工。結(jié)構(gòu)分段改造見(jiàn)圖10。

我說(shuō)到做到，第二天早晨我給周書(shū)記打了個(gè)電話，告訴他我已經(jīng)到林業(yè)局報(bào)到了，周書(shū)記在電話中笑哈哈地說(shuō)，小孫啊，你這就對(duì)了嘛，好好干，你可是前程無(wú)量?。∥覜](méi)有答他的話，而是盡快找到有關(guān)文件，又請(qǐng)人事部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)喝了一餐酒、洗了桑拿、找了小姐按摩，最后把穎春安排進(jìn)了民政局。

圖10 明挖結(jié)構(gòu)底板及側(cè)墻分段改造縱剖面圖Fig.10 Division of floor slab and side wall of open-cut passage tunnel for the purpose of renovation

3 新舊混凝土結(jié)構(gòu)接縫防水保證處理措施

原明挖結(jié)構(gòu)防水均采用膨潤(rùn)土防水毯，結(jié)構(gòu)改造時(shí)，需鑿除已完成的底板及部分側(cè)墻，側(cè)墻防水會(huì)有一定的損壞，與新做防水續(xù)接時(shí)，難以保證防水質(zhì)量，且接縫處混凝土澆筑難以保證澆筑密實(shí)。改造過(guò)程中應(yīng)做好新舊側(cè)墻防水層續(xù)接及施工縫接頭處理措施。

3.1 新舊防水層續(xù)接

3.1.1 做好鑿除過(guò)程中防水毯保護(hù)

既有結(jié)構(gòu)底板及側(cè)墻鑿除時(shí)，首先將底板沿側(cè)墻內(nèi)側(cè)切除，側(cè)墻底部范圍內(nèi)的底板保留，然后人工采用風(fēng)鎬破除側(cè)墻，側(cè)墻厚度為700 mm，當(dāng)將一定范圍內(nèi)的側(cè)墻均破除達(dá)到650 mm時(shí)，再人工換用鋼釬慢慢將剩余側(cè)墻剔除，最后人工慢慢清除防水毯上附著的混凝土塊。

3.1.2 做好新舊防水層的搭接

側(cè)墻破除完成后，將已完成的膨潤(rùn)土防水毯破損部位切除，然后清洗鋼筋，應(yīng)盡量保證預(yù)留防水毯搭接長(zhǎng)度不小于100 mm。

向下續(xù)接防水層時(shí)，將上部外露防水毯掀起，下層防水毯伸入外露防水層背側(cè)100 mm以上，放下外露防水毯，在外露防水毯底部與續(xù)接防水毯接茬位置采用3 kg/m2的膨潤(rùn)土顆粒和密封膠密封。

新舊防水毯接茬部位應(yīng)設(shè)置寬度不小于250 mm的加強(qiáng)層，上下均采用固定件固定牢固，固定件周邊采用膨潤(rùn)土密封膠密封。

若在結(jié)構(gòu)鑿除過(guò)程中發(fā)現(xiàn)防水毯破壞，不能滿足搭接長(zhǎng)度不小于100 mm的要求，應(yīng)采用膨潤(rùn)土密封膏對(duì)損壞部位進(jìn)行填補(bǔ)，并在迎水面增設(shè)一道加強(qiáng)層。

圖11 新舊防水層搭接示意圖Fig.11 Sketch of overlapping between existing waterproofing layer and new waterproofing layer

3.2 施工縫接頭處理

3.2.1 新舊側(cè)墻鋼筋連接

側(cè)墻混凝土鑿除完成后，將鋼筋主筋上的殘留混凝土清理干凈，新建底板及側(cè)墻與已清理完成的鋼筋連接時(shí)，為確保連接質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)采用Ⅰ級(jí)冷擠壓套筒機(jī)械連接。

3.2.2 新舊混凝土接縫處理

1)側(cè)墻混凝土鑿除時(shí)，底部與新建側(cè)墻接縫處宜做成坡口型，破口面與水平面成30°，鑿毛處理，并在距離側(cè)墻內(nèi)外表面100 mm處設(shè)置2道遇水膨脹止水膠，止水膠擠出粘貼在接縫表面，固化成型后斷面尺寸不小于(8～10)mm×(18～20)mm。

2)續(xù)接混凝土應(yīng)采用微膨脹混凝土，并預(yù)留注漿管，注漿管采用全斷面注漿管，引出間距為2～3 m。

3)續(xù)接段結(jié)構(gòu)底板及側(cè)墻應(yīng)分2步進(jìn)行施工，先澆筑底板，后澆筑側(cè)墻。側(cè)墻澆筑完成后，及時(shí)通過(guò)注漿管對(duì)施工縫部位進(jìn)行注漿處理，漿液采用水灰質(zhì)量比為0.8的水泥漿，注漿壓力≤0.5 MPa。

新舊混凝土接縫處理見(jiàn)圖11。

4 施工效果

在西北出入口明挖改造期間，通過(guò)布設(shè)在側(cè)墻內(nèi)側(cè)的收斂點(diǎn)及冠梁頂部的垂直位移點(diǎn)對(duì)基坑整體穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最終收斂點(diǎn)最大變化值為2 mm，垂直位移點(diǎn)最大變化值為4 mm，均在允許范圍之內(nèi)，結(jié)構(gòu)改造完成至通車(chē)1年內(nèi)新舊混凝土接縫處未發(fā)現(xiàn)滲水、濕漬等現(xiàn)象。

5 結(jié)論與建議

1)本工程通過(guò)對(duì)新舊結(jié)構(gòu)混凝土連接、接茬處防水處理的施工，防水工程無(wú)滲、無(wú)漏，結(jié)構(gòu)表面無(wú)明顯裂紋，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，確保了結(jié)構(gòu)防水效果，實(shí)現(xiàn)了新舊結(jié)構(gòu)的良好過(guò)渡。

2)明挖基坑穩(wěn)定性與圍護(hù)樁嵌固深度及基底周?chē)?、地質(zhì)特性參數(shù)息息相關(guān)，在因特殊情況導(dǎo)致圍護(hù)樁嵌固深度不能滿足要求的情況下，通過(guò)土體加固可以在一定程度上提高基坑整體穩(wěn)定性。

3)新舊結(jié)構(gòu)連接及防水是一個(gè)非常復(fù)雜的難題，在正常施工過(guò)程中應(yīng)盡量避免。若因特殊原因需進(jìn)行新舊結(jié)構(gòu)及防水續(xù)接施工，為確保防水效果，應(yīng)增加設(shè)防道數(shù)，如增加止水膠條、增設(shè)加強(qiáng)層或采用膨脹率較高的新型防水材料等，以保證防水質(zhì)量。

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