地鐵車站基坑圍護施工技術的應用

王學明

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300000)

隨著城市的快速發(fā)展，城市地面交通越來越擁堵，為了緩解交通壓力，很多城市開始修建地鐵。在地鐵的修建過程中，地鐵車站一般位于城市建筑、人口比較密集的位置，由于受周邊復雜環(huán)境的影響，地鐵車站基坑工程引起設計單位和施工單位的關注，基坑圍護結(jié)構(gòu)的選型和施工方案受周邊環(huán)境影響較大。本文結(jié)合工程實例，探討地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)的選型及針對圍護方案采用的主要施工技術。

一、內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)的特點

目前，基坑圍護結(jié)構(gòu)的類型主要有放坡開挖、內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)、懸臂式圍護結(jié)構(gòu)和重力式圍護結(jié)構(gòu)，本文只介紹內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)的特點。由于內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)具有剛度大、變形小的特點，因此在地鐵車站項目中較為應用廣泛，分為擋土結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。其傳力路徑明確，由土壓力和水壓力到擋土結(jié)構(gòu)再到內(nèi)支撐，在地下水較淺或較多的地方擋土結(jié)構(gòu)還可以作為止水帷幕，有效承擔了水壓力和防止了水體的滲漏問題，常用的擋土結(jié)構(gòu)有混凝土排樁、鋼板樁、地連墻等。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)有混凝土支撐和鋼支撐，在一些工程項目中會采用混合支撐，即第一道采用混凝土支撐，第二、三道采用鋼支撐，鋼支撐施工靈活、安全環(huán)保，混凝土支撐剛度大、整體性好，變形小，混凝土支撐把力安全有效傳遞給鋼支撐，解決了基坑的變形和穩(wěn)定問題，綠色環(huán)保，有效縮短了工期，保證了施工質(zhì)量。

表1 基坑開挖周邊環(huán)境

表2 基坑開挖周邊地下管線

二、工程案例

（一）工程概況

某地區(qū)地鐵車站項目，車站總長度為195米，基坑開挖深度為16.4～18.4米，共設計了4個出入口，包括1個預留出入口，車站兩端部均與隧道相連，考慮到兩端隧道后期施工出土問題，在兩端預留了出土條件。本項目基坑南北兩側(cè)為市政道路，基坑周邊60米范圍內(nèi)的建筑物如表1所示，地下管線情況如表2所示。

（二）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況

依據(jù)地質(zhì)報告，本工程屬于“上軟下硬”的地質(zhì)情況，土體從上到下依次為雜填土、黏土、灰?guī)r和溶洞。不良地質(zhì)條件為溶洞，根據(jù)地質(zhì)報告顯示，溶洞少量為半填充或未填充，大多為全填充，填充物為黏土和風化巖塊。

本工程的地下水由上層滯水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水組成。上層滯水主要由地表水體滲透、大氣降水等形成，只有在大雨和地表水體滲透補給充分的時候才會有短暫的滯水，主要賦存于雜填土層中。

碳酸鹽巖裂隙巖溶水，主要賦存于灰?guī)r中。依據(jù)本工程抽水試驗結(jié)果可知，多數(shù)孔點基巖中含水量少，無明顯的回水補給，及個別孔點基巖中含水量多，基巖層含水量分布不均。

（三）基坑圍護結(jié)構(gòu)選型

依據(jù)本工程周邊環(huán)境和水文地質(zhì)情況，本工程基坑開挖形式采用明挖法，基坑圍護結(jié)構(gòu)采用“吊腳樁+內(nèi)支撐+錨噴支護”。車站基坑圍護結(jié)構(gòu)如下附表1所示。

（四）吊腳樁有限元對比分析

本工程采用MIDAS有限元分析軟件，對吊腳樁在基坑開挖階段的變形情況進行了數(shù)值模擬。采用M-C本構(gòu)模型來模擬吊腳樁與圍護結(jié)構(gòu)的變形，定義為彈塑性材料；圍護結(jié)構(gòu)與支撐間采用彈性單元，定義為彈性材料；錨索自由段采用植入式桁架單元，錨固段采用桁架單元。

根據(jù)有限元計算結(jié)果，吊腳樁最大變形為1.38mm，位于第二道鋼支撐處，查看監(jiān)測結(jié)果吊腳樁最大變形為1.76mm，可知有限元的計算結(jié)果與實測值接近。有限元模型能夠較準確地反應本工程的基坑圍護結(jié)構(gòu)體系。

（五）主要施工技術

1.鉆孔灌注樁施工順序及技術要點

（1）為了方便基坑的開挖，先需要平整場地，場地平整完后，進行圍護樁的定位，并在其周圍設置保護樁，方便以后核對樁位；（2）制作護壁泥漿工作，護壁泥漿的黏度、pH值、砂石配料等需要滿足規(guī)范要求，在施工過程中需對泥漿的性能指標進行實時檢測，依據(jù)實際情況隨時進行調(diào)整，保證孔的施工質(zhì)量和安全；（3）埋設護筒工作，埋設護筒時利用人工和機械相結(jié)合的方式施工，避免樁中心偏差、傾斜超出規(guī)范規(guī)定的范圍，施工完成后及時回填夯實護筒外側(cè)土體，避免護筒發(fā)生沉降和位移；（4）鉆機成孔作業(yè)，先將鉆機放置到指定位置，鉆機剛開始工作，為避免塌孔或孔位偏移，鉆機速度不應太快，為避免斜孔，要時刻監(jiān)測鉆機的平整度和鉆桿的垂直度，整個成孔過程中盡量不要停鉆，如有特殊原因需要停機，需確保孔內(nèi)泥漿的黏稠度、比重滿足規(guī)范要求；（5）清孔、成孔檢查工作，清孔過程中應及時補充泥漿，泥漿密度控制在1.15～1.25之間，用泥漿循環(huán)清理孔底沉渣，當孔底清理干凈后，檢查成孔質(zhì)量是否滿足要求，檢查內(nèi)容包括：孔徑、孔深、孔的垂直度、孔的中心位置、孔底沉渣；（6）鋼筋籠制作與吊裝，在制作鋼筋籠的過程中，應注意鋼筋的除銹調(diào)直，依據(jù)設計圖紙制作，鋼筋籠制作好之后按照類別堆放在指定位置，確保底部架空，吊裝過程中，用機械吊裝鋼筋籠，人工輔助鋼筋籠對正孔位，避免碰撞孔位，鋼筋籠吊放示意圖如圖1所示；（7）灌注混凝土工作，灌注前需先進行導管水密性試驗和接頭抗拔試驗，且導管安裝到合理位置，不要埋入太深，以防鋼筋籠上浮和混凝土堵管，導管安裝好之后，需利用導管再次清孔，使泥漿各項指標滿足規(guī)范要求，然后連續(xù)澆注混凝土，避免中斷，防止灌注樁出現(xiàn)空心或斷樁情況，最后拆管時慢慢提出導管，禁止將導管提出混凝土面，灌注樁澆筑結(jié)束后，待強度達到規(guī)范要求后，需對灌注樁樁身完整性進行檢測，待檢測合格后才能繼續(xù)施工。

圖1 鋼筋籠吊放示意圖

2.鋼支撐施工順序及技術要點

首先依據(jù)設計圖紙將鋼圍檁、鋼支撐加工完成，由于本工程最長鋼支撐長度為22.8米，選擇臂長34米、工作范圍為22米，額定起重量為16.5噸的起重機吊運鋼支撐。支撐的安裝與基坑開挖同時進行，遵循“隨挖隨撐”的原則，當圍護樁施工好后，先安裝鋼圍檁，安裝鋼圍檁時，應定位鋼圍檁的軸線和標高，定位準確后將鋼圍檁與三腳架焊接，同時找平圍護樁與圍檁之間的縫隙，當兩者縫隙無法找平時，可以在縫隙處加鋼板墊塊，確保支撐軸向傳力；隨后安裝鋼支撐，為了確保鋼支撐順利安裝，防止因基坑位移引發(fā)支撐脫落，于支撐兩端分別焊接4個“”型焊件，短邊焊接于支撐端板或活絡端端板上，長邊焊接于鋼支撐上。支撐安裝完成后，檢查支撐的各項指標，滿足設計施工要求后開始施加預應力，在施加預應力的過程中，應觀察支撐預加軸力數(shù)值的變化及支撐的連接和變形，如果出現(xiàn)預加力損失時，將預加力加到設計值，找出預加力損失的原因，做好記錄工作，預應力施加到設計值后，把斜鐵鋼楔安放到活絡頭固定住鋼支撐。

3.錨索施工順序及技術要點

首先依據(jù)設計圖紙定位出錨孔的位置，錨孔的定位的誤差需滿足規(guī)范要求，一一核實，如出現(xiàn)誤差超出規(guī)范規(guī)定，應重新定位。其次泥漿護壁，采用潛孔沖擊鉆成孔，鉆孔過程中，鉆機保持與孔壁垂直，防止偏斜，鉆孔深度不應超出設計值0.5米，在鉆孔完成后再穩(wěn)鉆1～2分鐘，保證鉆孔深度和孔徑滿足設計要求，隨后用高壓空氣將孔內(nèi)雜物清理干凈，為了保證孔壁的完整性，禁止用高壓水清理。然后錨索按規(guī)范要求組裝好，隨后安放錨索，將注漿管底口封堵，錨固段做成花管形式。安裝錨索時，檢查排氣管和止?jié){密封裝置是否工作正常，如不能正常工作，應及時找到原因，使之正常工作。錨索安裝好后，因在錨孔周圍布置波紋管，防止塌孔。錨索注漿時，控制好注漿壓力、水灰比及灰砂比等注漿質(zhì)量，分兩次注漿，第一次用水泥砂漿，第二次用純水泥砂漿。之后錨索腰梁施工，注意處理腰梁與圍護樁之間的縫隙，兩者之間的縫隙用材料填充，同時保證腰梁上的鋼墊塊與錨索保持90度。最后錨索預應力張拉施工，用隔一拉一的方法對錨索張拉，張拉前做好讀數(shù)、監(jiān)測設備的檢查工作，待錨固強度達到設計要求后開始張拉，張拉過程中，采用預張拉措施使錨索平直且與各部位緊密貼合，鎖定前應考慮鎖定期間的預應力損失，張拉結(jié)束后鎖定。然后給自由端注漿，待強度滿足要求后，先封錨錨頭，留出60～100mm的鋼絞絲，切除其他的鋼絞絲，給材料涂刷防銹劑等，保證鋼筋保護層的厚度大于50mm，用C25細石混凝封錨。

4.噴錨施工順序及技術要點

基坑開挖到工作面時，對基面及時處理，減少坡面外露時間，先在基面噴50mm厚的混凝土，然后測放出錨孔位置。鉆孔時注意錨孔的傾角，用風動潛孔鍾，鉆機的高程、就位差應滿足規(guī)范要求；鉆孔過程中不得隨便調(diào)整壓力，保持鉆壓和進尺速度的穩(wěn)定。遇到破碎巖石時應采用低鉆壓，防止碎石傷人，保證施工安全，遇到完整巖石時可采用高鉆壓，在保證安全的前提下，盡快完成鉆孔工作。鉆孔工作完成后，開始巖石錨桿的施工工作，清理干凈孔內(nèi)的雜物，固定好錨桿后，對錨桿注漿，掛φ8@200×200鋼筋網(wǎng)，第二次噴射混凝土至100mm，鋼筋網(wǎng)之間要可靠連接，避免混凝土復噴時振動，按要求做好混凝土終凝后的養(yǎng)護工作，確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。

附表1 車站基坑圍護結(jié)構(gòu)

三、結(jié)語

本文以新建項目的圍護結(jié)構(gòu)為研究對象，依據(jù)工程地質(zhì)、水文條件，結(jié)合周圍建筑物分布和地下管線的布置情況，選取了適合本工程的基坑圍護結(jié)構(gòu)，通過有限元分析軟件，對吊腳樁進行了分析對比，詳細介紹了鉆孔灌注樁、鋼支撐、錨索、噴錨的施工順序及主要技術要點，確保了施工的安全與進度，可以為類似工程的施工要點提供參考依據(jù)。