膨脹土地層深基坑圍護(hù)樁土體流失處治技術(shù)

鄧 勇

(中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100023)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)情況

成都地鐵17 號(hào)線人民塘站為兩層兩跨（局部三跨）整體式現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu)的12m 島式站臺(tái)明挖車(chē)站。車(chē)站總長(zhǎng)272m，其中頂板覆土厚度約為2.88～4.86m，底板埋深19.62～24.74m。

車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用?1 200 旋挖樁，一般段間距按1 800mm，局部間距按2 000mm，靠近建筑物段間距按1 500mm。車(chē)站淺埋覆土段（1～23 軸）豎向設(shè)置三道支撐，其余范圍內(nèi)（23～33 軸）采用三道鋼支撐+一道倒撐；除大里程端臨近居民樓側(cè)第一道支撐采用混凝土支撐外，其余均采用?=800mm，t=20mm 的鋼支撐。

樁頂設(shè)冠梁，樁間采用掛網(wǎng)錨噴支護(hù)[1]，噴層厚度平均150mm，掛網(wǎng)鋼筋采用?8＠150×150mm，噴射混凝土等級(jí)C20，樁間土體設(shè)置C16 加強(qiáng)環(huán)筋，并在每根樁上植筋入C18，L=0.45m 橫向拉筋，其中增強(qiáng)環(huán)筋與橫向拉筋的豎向間距為1.5m。

1.2 工程地質(zhì)

本車(chē)站主體結(jié)構(gòu)底板持力層位于＜5-1-3＞中風(fēng)化泥巖，局部位于＜5-1-2＞強(qiáng)風(fēng)化泥巖及＜5-1-1＞全風(fēng)化泥巖，地基承載力特征值不得小于240kPa。

小里程盾構(gòu)接收端端頭地質(zhì)最上層為30cm厚場(chǎng)地硬化鋼筋混凝土，下部為冠梁及擋土墻背后回填的卵石土。

1.3 水文地質(zhì)

根據(jù)地勘報(bào)告，中等風(fēng)化泥巖滲透性系數(shù)K取值為0.44m/d。場(chǎng)區(qū)內(nèi)基巖裂隙水的含水量甚微，但不排除局部節(jié)理、裂隙發(fā)育地段有富水條件，儲(chǔ)藏有一定裂隙水，對(duì)車(chē)站工程有一定影響。

2 膨脹土層深基坑施工問(wèn)題及原因分析

2.1 施工問(wèn)題

主體基坑小里程盾構(gòu)井接收端在基坑圍護(hù)樁施工完成后，按照設(shè)計(jì)要求在距離基坑2m 處打設(shè)3 口降水井，降水井間距為16m，降水井打設(shè)深度為基底以下2m[2]。按專項(xiàng)方案要求進(jìn)行降水及土方開(kāi)挖，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)正常的樁間掛網(wǎng)噴射混凝土及鋼支撐施工。期間嚴(yán)格控制地下水保持在開(kāi)挖面以下1m 并按照每層土方開(kāi)挖高度≤2m，且及時(shí)進(jìn)行樁間掛網(wǎng)噴射混凝土[3]。施工過(guò)程中天氣多為陰天，零星出現(xiàn)小雨天氣，基坑范圍外均進(jìn)行了地面硬化避免地表水下滲。開(kāi)挖過(guò)程中地層巖性與設(shè)計(jì)勘探資料地層描述基本一致。在土方見(jiàn)底并進(jìn)行基底驗(yàn)槽合格后立即進(jìn)行了主體結(jié)構(gòu)底板施工。期間樁間掛網(wǎng)噴射混凝土面無(wú)大面積滲漏水，僅零星出現(xiàn)最大約0.5m2的濕痕。

該處位置在底板施工完成后搭設(shè)施工臨時(shí)腳手架并施工側(cè)墻鋼筋時(shí)，管理人員巡查發(fā)現(xiàn)該處位置左右線洞門(mén)之間距離底板高約4m 處樁間網(wǎng)噴混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。隨即按照應(yīng)急方案進(jìn)行人員撤離并進(jìn)行進(jìn)一步觀測(cè)，同時(shí)加強(qiáng)了該處位置的施工監(jiān)測(cè)頻率。樁間網(wǎng)噴處出現(xiàn)裂隙約4h后，混凝土面進(jìn)一步開(kāi)裂擴(kuò)張至鼓包。最后該處位置樁間土體同網(wǎng)噴混凝土一同流失[4]。土體流失方量約20m3，樁間網(wǎng)噴脫離約15m2。監(jiān)測(cè)顯示，該處位置地表沉降檢測(cè)值有2cm 的突變。

2.2 原因分析

1）樁間土體流失位于＜4-1＞黏土具有弱～中等膨脹性、＜5-1-1＞全風(fēng)化泥巖處，具有弱膨脹性，膨脹巖具有吸水軟化、膨脹，失水崩解的特性[5]?；娱_(kāi)挖后，泥巖在地下水、空氣的作用下軟化、膨脹，強(qiáng)度急劇降低，導(dǎo)致土體隆起，基坑側(cè)壁變形開(kāi)裂，進(jìn)而導(dǎo)致基坑樁間網(wǎng)噴失穩(wěn)及樁間土流失。

2）本站設(shè)計(jì)洞門(mén)處圍護(hù)樁一般按照?1 500＠1800，即樁間凈距為300mm，但在洞門(mén)之間僅設(shè)計(jì)有2 根?1 200 圍護(hù)樁，間距為2 900/2 200mm，即樁間凈距最大為1 550mm。

3 應(yīng)急處治技術(shù)

在樁間噴射混凝土噴錨面開(kāi)裂后，施工單位迅速按照應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行人員撤離保證人員及物資撤離出危險(xiǎn)范圍，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步勘察、監(jiān)測(cè)及雷達(dá)掃描，并組織設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行處置方案研討。最終確定了使用土袋堆碼對(duì)垮塌洞口進(jìn)行封堵+搭設(shè)臨時(shí)腳手架支模對(duì)垮塌裂縫及塌空噴錨面進(jìn)行支撐加固+樁間背后增設(shè)?108 鋼管隔離樁+背后空腔混凝土回填+變形噴錨面鑿除、二次噴錨+增加臨時(shí)鋼支撐的應(yīng)急處置方案。

3.1 堆碼土袋封堵垮塌洞口

端墻噴錨面被膨脹土脹開(kāi)后，噴錨面背后膨脹土間斷性掉落，因垮塌出距離底板高差較大，為防止噴錨面背后土體持續(xù)性垮塌掉落，使用編織袋裝土，利用吊車(chē)吊運(yùn)至端墻垮塌處，從底板面開(kāi)始堆碼至垮塌洞口處。

3.2 臨時(shí)腳手架支模封堵洞口、支撐垮空噴錨面

土袋堆碼至垮塌洞口處完成后，在堆碼土袋面上搭設(shè)臨時(shí)鋼管腳手架，并支模封堵垮塌洞口，使用可調(diào)頂托將方木模板頂緊與噴錨面與腳手架架體之間，減小噴錨面繼續(xù)產(chǎn)生形變，同時(shí)為后續(xù)噴錨面背后回填混凝土作支撐。臨時(shí)腳手架采用?48 鋼管，步距、排距均按0.8m 設(shè)置，豎向間距1m，墻面支撐模板采用15mm 厚木模板，主楞、次楞均采用100mm 方木[6]。

3.3 背后空洞混凝土回填

噴錨面臨時(shí)支撐封堵完成后，在D-5、E-2、E-3、D-6 樁間背后打設(shè)?108 鋼管隔離樁，間距300mm，深度16.5m。地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔完成后，及時(shí)逐節(jié)安裝?108 鋼管，并及時(shí)將鋼管內(nèi)灌滿混凝土，防止樁背后垮塌部位繼續(xù)增大。

對(duì)噴錨面背后空腔部分進(jìn)行回填C20 混凝土，回填施工工序如下。

1）測(cè)量將D-5、E-2、E-3、D-6 樁位放點(diǎn)于地面上。

2）在端頭對(duì)應(yīng)樁間垮塌樁間背后對(duì)應(yīng)鋼筋混凝土地面使用?159 水鉆對(duì)40cm 厚混凝土地面開(kāi)孔。

3）地面水鉆開(kāi)孔完成后，使用地質(zhì)鉆機(jī)從地面鉆孔至樁間垮塌空腔處。

4）每鉆完成一根澆筑孔后，使用鋼管漏斗及時(shí)從地面灌注混凝土至樁間空腔部位，灌注期間使用振搗棒保證灌注混凝土能夠流至每一個(gè)樁間空腔部位。往空洞內(nèi)澆筑混凝土直至混凝土面不出現(xiàn)下降。

5）回填完成混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，對(duì)回填部位對(duì)應(yīng)噴錨面處使用水鉆鉆孔取芯判斷背后是否回填密實(shí)，若回填密實(shí)，及時(shí)封堵水鉆孔，若回填不密實(shí)，重新回填。

3.4 變形噴錨面鑿除、二次噴錨修復(fù)

待噴錨面背后回填混凝土達(dá)到強(qiáng)度，基坑監(jiān)測(cè)無(wú)異常后，測(cè)量人員及時(shí)對(duì)垮塌區(qū)域噴錨面進(jìn)行復(fù)核，對(duì)變形及侵限噴錨面進(jìn)行鑿除二次掛網(wǎng)噴錨。施工工序如下。

1）測(cè)量復(fù)核噴錨面，判斷是否侵限及變形開(kāi)裂。

2）按一個(gè)樁間，1.5m/次高為一個(gè)單元，拆除需鑿除噴錨面部位方木模板。

3）拆除完一個(gè)單元支撐方木模板后，使用風(fēng)鎬及電鎬將變形噴錨面進(jìn)行鑿除，同時(shí)將樁間虛土清理。

4）清理完成一個(gè)單元后，在樁間重新植筋掛網(wǎng)，樁體植筋采用?18 螺紋鋼，樁間網(wǎng)片加強(qiáng)筋采用?18＠300 橫向布置（樁間垮塌嚴(yán)重部位采用雙層網(wǎng)片）。

5）鋼筋網(wǎng)片安裝固定后，立即噴射混凝土封閉樁間土體，避免土體長(zhǎng)期外露。

3.5 增加臨時(shí)鋼支撐

為保證垮塌部位樁間土及樁體后續(xù)的穩(wěn)定性，在塌方區(qū)域第二道鋼圍檁下方2m 處增設(shè)一道鋼圍檁并架設(shè)2 根鋼支撐對(duì)撐于中板反力墩上，如圖1 和圖2 所示。

圖1 新增鋼支撐布置示意圖

圖2 反力墩配筋示意圖

施工工序如下。

1）一單元中板澆筑時(shí)在2 軸交B 軸處增設(shè)2個(gè)900×900mm 現(xiàn)澆混凝土反力墩。

2）對(duì)撐墻面噴錨面修復(fù)處理完成。

3）架設(shè)鋼圍檁及鋼支撐并安裝軸力計(jì)[7]。

4）對(duì)新增鋼支撐施加軸力支撐端墻[8]。

5）每日對(duì)該處軸力加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

3.6 清理堆碼土袋、二次噴錨

新增的鋼支撐架設(shè)完成后，對(duì)下方堆碼土袋逐層清理，同時(shí)對(duì)噴錨面進(jìn)行復(fù)核，及時(shí)進(jìn)行二次掛網(wǎng)噴錨。

3.7 加密監(jiān)測(cè)

在所有處置措施完成前對(duì)地表沉降、樁頂水平位移、測(cè)斜等進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，由原1d/次頻率加密為2h/次，并安排技術(shù)人員24h 不間斷現(xiàn)場(chǎng)巡視。

4 結(jié)論

通過(guò)以上處治措施，樁間土體趨于可控制狀態(tài)未繼續(xù)發(fā)展，地表沉降、樁頂水平位移、測(cè)斜等均未出現(xiàn)明顯變化?；影踩幱诜€(wěn)定。施工過(guò)程中嚴(yán)格采取基坑降水措施，是消除膨脹力對(duì)基坑安全的關(guān)鍵。施工中要嚴(yán)密監(jiān)控基坑樁間網(wǎng)噴混凝土、樁體水平、豎向位移、測(cè)斜、地表沉降等是否發(fā)生變化。如發(fā)生變化后，需及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急處置，保證基坑的安全穩(wěn)定。