試論膨脹土地鐵車站深基坑施工方法

摘要：在進(jìn)行膨脹土地鐵車站深基坑工程施工中，由于含水量不斷的變化，從而導(dǎo)致膨脹土發(fā)生膨脹問題，出現(xiàn)水滲入到晶層和黏土產(chǎn)生吸附結(jié)合的情況，那么這種土的體積就急劇增加，導(dǎo)致體積膨脹，進(jìn)而對整個施工造成很大的困難。文章針對某一膨脹土地鐵車站深基坑施工進(jìn)行了分析，從而保證基層的施工安全情況。

關(guān)鍵詞：膨脹土；地鐵車站；深基坑工程；施工方法；膨脹率 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U231 文章編號：1009-2374（2016）07-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.046

由于膨脹土的特性，對其進(jìn)行基坑施工不能按照常規(guī)的施工方式進(jìn)行。為了加強(qiáng)我國在這方面的施工技術(shù)，提高地鐵站整體的施工質(zhì)量，為廣大群眾提供一個舒適便捷的交通地鐵環(huán)境，本文針對膨脹土方面的基坑施工進(jìn)行分析。

1 工程概況

該工程是某市的地鐵2號線，車站總長178m，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)寬度為18.9m，車站兩端的井寬為22.6m，其中還涉及到10m長的島式站臺。通過有關(guān)技術(shù)人員分析，在設(shè)計其圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，采用了鋼管內(nèi)支撐和人工挖掘孔樁的方式，鋼筋混凝土是主體結(jié)構(gòu)，共2層，采用明挖順作法施工，由于地勢比較復(fù)雜，而且施工現(xiàn)場會有很多的管線，要按照一級的安全等級進(jìn)行施工，最深的基坑坑深是19.3m。

2 基坑施工現(xiàn)場膨脹土的情況

在基坑施工位置4-2是黏土，其自由膨脹率在40%～58%之間，計算出平均膨脹率為51%。如果按照黏土的膨脹潛勢進(jìn)行分級別，其屬于弱膨脹土。地鐵站地基是Ⅰ級的脹縮等級，這個地區(qū)的膨脹力在38～195kPa之間。而在其他位置還含有少量的卵石黏土，有41%～54%的膨脹率，其平均為46%，也是比較弱的膨脹土。這種含卵石的膨脹力比較弱，在52～68kPa之間，大多是在60kPa。經(jīng)過多年的實踐總結(jié)，這種膨脹土在遇到明水的情況下，很多會發(fā)生崩解和軟化，如果水分大量蒸發(fā)消失，那么其就會開裂，甚至發(fā)生收縮。與此同時，根據(jù)測量該地點的大氣影響深度為3m，影響的急劇深度為1.35m。

3 膨脹土地鐵車站深基坑施工方法

3.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)

在遇到明水的情況下，膨脹土就會發(fā)生膨脹、軟化甚至是崩解，這樣不僅會對施工人員的安全情況造成危害，還會影響挖掘孔樁的進(jìn)程，因此必須對原來的設(shè)計進(jìn)行變更。之前選取了人工方式挖掘孔樁，現(xiàn)在改為旋轉(zhuǎn)鉆孔方式進(jìn)行挖掘，這樣不僅提高了孔樁的挖掘速度，而且避免了施工中潛在的威脅，每天可以挖孔100～200m深。但是在施工中也要注意一些事項，孔口使用鋼護(hù)筒進(jìn)行保護(hù)，如果孔所在位置的泥土穩(wěn)定性不好應(yīng)該做護(hù)壁處理，然后用水中混凝土灌注即可，防止孔壁泥漿脫落，避免影響孔的質(zhì)量。如果地質(zhì)條件好，使用器械直接成孔就可以，成孔后使用干灌或者水下灌注都可以。由于采取了這種施工工藝，施工進(jìn)度加快了，同時由于暴露土層面的時間非常短，因此有效控制了膨脹土發(fā)生膨脹的危險，避免了安全事故的發(fā)生。

3.2 基坑降水的處理方法

為了避免發(fā)生降水后導(dǎo)致膨脹土吸水發(fā)生收縮，從而喪失承載力，所以一定要把基坑防降水工作提到日程上來。根據(jù)該地鐵站的水文環(huán)境以及基坑附近情況和基坑的深度，設(shè)計人員選擇了在坑外進(jìn)行井管降水的方式保護(hù)基坑。首先對基坑附近主要降水地方的降水量進(jìn)行計算，然后在地鐵車站的兩邊挖掘一口降水井和觀察井，對排水的規(guī)律和整體地下水位情況進(jìn)行有效分析，通過周密的計算和合理的推算，最終在這一位置設(shè)置了10口降水井，降水井之間的間距為15m，所有井口的深度設(shè)計為20～25m。降水工作要在基坑挖掘前就進(jìn)行完畢，保證水位降低到基坑底部0.5m以下，以免影響基坑的挖掘操作。在使用此種方式降水時，由于該地質(zhì)是膨脹性土，因此還需配合一些明排措施，比如在基坑周圍挖掘小的排水溝，整體匯集到一起然后排出。

3.3 基坑的挖掘施工

在做好降水井工作后，接下來就要對基坑進(jìn)行挖掘工作，但是在挖掘過程中不能盲目進(jìn)行，要有一定的要求和原則。在挖掘基坑的過程，要保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，不能造成地質(zhì)發(fā)生一定量的位移，與此同時還要保證施工的安全性。由于施工位于膨脹土位置，設(shè)計人員結(jié)合時空效應(yīng)的規(guī)律，設(shè)計了縱向分段、豎向分層、挖掘一層、支護(hù)一層的施工原則。如果挖掘后的基坑面暴露在空氣中，土層會很快地發(fā)生收縮和崩裂，因此施工人員對其要立即封閉，最大程度上減少土層裸露到空氣中的時間。這樣就確保了基坑的穩(wěn)定性，避免施工過程中由于膨脹崩裂而造成施工質(zhì)量不合格，而且后期的維護(hù)處理也非常麻煩。針對該地鐵站施工的實際情況，結(jié)合地質(zhì)勘查的結(jié)果，最終決定一共分10層對地鐵站的基坑進(jìn)行挖掘工作，每一層的厚度為2m。而在縱向上，一共分為了9個挖掘地段，每一個地段長為20m。在整體挖掘布局完成后，規(guī)定了從東向西的挖掘方向。為了提高作業(yè)的速度和施工質(zhì)量，最后使用機(jī)械方式進(jìn)行基坑土方的挖掘工作，其中反鏟挖掘機(jī)每一次可以挖掘土方1.2m3，兩臺一次可以挖掘土方2.4m3，是人力挖掘的40倍。其中需要一臺挖掘機(jī)配合清底工作，一次可以清底0.3m3，每天大約能清理出600m3的土方。在挖掘一層后，就及時對基坑的兩側(cè)做支護(hù)處理，使用鋼筋網(wǎng)和噴注混凝土進(jìn)行封閉。與此同時由于膨脹土都非常敏感，因此在工期不是非常緊張的情況下，一定要選擇天氣好的條件下進(jìn)行基坑的挖掘工作，避免對基坑的施工質(zhì)量造成影響。然后再對支護(hù)的位置做好鋼架支撐和鋼圍的安裝。技術(shù)人員要保證每一層泥土所裸露的時間不能超過8個小時，這是保證基坑土層不會發(fā)生收縮崩裂的指標(biāo)。

3.4 基坑鋼支撐的安裝技術(shù)

在安裝鋼支撐之前，由于鋼支撐非常重，而且體積也比較大，而到基坑底下后，其操作和活動的空間就非常狹小，因此通常都是在地面上完成鋼支撐的拼裝工作。在拼裝好所有的鋼支撐后，可以應(yīng)用載重為20t的龍門吊機(jī)械，和鋼支撐的鋼托連到一起，要確保兩者之間連接的緊密性，然后再使用100t的千斤頂，對鋼支撐兩端同時預(yù)加軸力，在運行到設(shè)計位置后予以鎖定。除此之外，這還不是最終的安裝強(qiáng)度，要結(jié)合基坑挖掘的情況，還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶鞖馇闆r以及監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出來的情況，以后再進(jìn)行第二次支撐軸力的添加，保證對地鐵站基坑整體支撐的強(qiáng)度。由于工程技術(shù)要求以及現(xiàn)場地質(zhì)的實際情況，確定要對基坑設(shè)置3道鋼管內(nèi)支撐，這樣才能確保地鐵站的安全質(zhì)量。每一道鋼管支撐的距離為3m，而使用的鋼管都是直徑為600mm，壁厚為12mm或者16mm不等，基本上在做第一道支撐的時候都選擇壁厚為12mm的鋼管，而在進(jìn)行第二和第三道支撐的時候使用壁厚為16mm的鋼管。其中第一道鋼管支撐是支撐在基坑的冠梁上的，而第二道和第三道是支撐在鋼圍上，這種是對基坑支護(hù)的雙重保護(hù)。在對鋼支撐完畢后，等到其有一定強(qiáng)度后，就及時地進(jìn)行支撐的拆除工作，但是不能盲目地拆卸，雙方要互相配合，分級緩慢地釋放軸力，避免發(fā)生意外和危險，保證最后一道工序的順利進(jìn)行。

3.5 基坑的檢測工作

針對膨脹土的基坑開挖工作，由于土質(zhì)的特殊性，因此在基坑挖掘工作進(jìn)行之前，一定要先做好基坑的監(jiān)測工作。在有關(guān)技術(shù)人員對設(shè)計圖紙分析后，研究有關(guān)的技術(shù)規(guī)定和要求，同時根據(jù)現(xiàn)場觀察得到的信息，以及和監(jiān)理人員和設(shè)計人員的探討后，認(rèn)定該地鐵站的基坑整體施工的控制保護(hù)等級為一級，因此要用2倍的基坑挖掘深度來對基坑進(jìn)行監(jiān)測。對基坑挖掘的深度設(shè)置為20m，那么其整體的影響范圍為40m，也就是在基坑40m的地下管線以及建筑物，都是這次工程監(jiān)測的保護(hù)重點。在監(jiān)測過程中，其監(jiān)測的主要工作內(nèi)容為監(jiān)測土體在側(cè)面的變形情況、監(jiān)測側(cè)面土方的壓力變化情況、監(jiān)測樁頂部的整體位移情況、監(jiān)測支撐軸力的變化情況、監(jiān)測樁整體在側(cè)面的變形情況、監(jiān)測樁內(nèi)鋼筋應(yīng)力應(yīng)變的具體情況、監(jiān)測施工中地表水沉降的情況、監(jiān)測地下水位的變化情況、監(jiān)測管線發(fā)生沉降的情況、監(jiān)測鋼支撐撓度的情況、監(jiān)測附近建筑物是否發(fā)生沉降、監(jiān)測具體的沉降數(shù)據(jù)情況等。通過對這些內(nèi)容在施工中的實時監(jiān)測，可以根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)施工中所存在的問題和一些安全隱患，對及時改變施工設(shè)計、及時調(diào)整施工對象有重要的參考作用，保證地鐵站基坑施工的安全性。

4 結(jié)語

由于膨脹土具有和一般土層不同的土質(zhì)性質(zhì)，因此在這種土質(zhì)情況下進(jìn)行基坑的施工中，一定要有針對性地做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。比如要分層分段，挖掘一層就及時進(jìn)行支護(hù)一層的施工原則，這是非常有效的施工手段，有利于整體的施工質(zhì)量。希望在以后的發(fā)展中，會有更先進(jìn)的支持技術(shù)應(yīng)用到實踐中。

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作者簡介：郭穎（1979-），女，河北唐山人，中鐵十六局集團(tuán)北京地鐵16號線15標(biāo)段工程師，研究方向：地鐵工程

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