筏板基礎(chǔ)旋噴樁地基處理施工對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響

文 / 陳寧 胡建坤

0 引言

隨著地鐵的建設(shè)發(fā)展，城市內(nèi)新建建筑難免出現(xiàn)建筑物基礎(chǔ)接近地鐵隧道的情況。地鐵隧道對(duì)變形要求極其嚴(yán)格，建筑物基礎(chǔ)較深、面積大，易對(duì)臨近的地鐵隧道造成影響，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)位移超限等問(wèn)題。

筏板基礎(chǔ)屬于一種擴(kuò)展基礎(chǔ)，具有承載力高、整體性好、剛度大等特點(diǎn)，在高層建筑中應(yīng)用廣泛。某地鐵保護(hù)控制區(qū)內(nèi)的高層建筑項(xiàng)目，原計(jì)劃采用樁基礎(chǔ)，基坑開(kāi)挖至第二道混凝土支撐時(shí)，鄰近地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)顯示隧道橫向位移接近預(yù)警值。為避免對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，建筑設(shè)計(jì)單位對(duì)接下來(lái)的基坑開(kāi)挖和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行了變更，基坑近地鐵一側(cè)保留土臺(tái)不開(kāi)挖、基礎(chǔ)形式改為筏板，同時(shí)采用高壓旋噴樁和超挖回填素混凝土的方法對(duì)地基進(jìn)行處理。

本文以該項(xiàng)目為依托，介紹筏板基礎(chǔ)結(jié)合地基處理方案的選擇和工藝，分析施工過(guò)程對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響。

1 工程概況

1.1 基坑工程簡(jiǎn)介

某項(xiàng)目擬建建筑為2棟高25層商業(yè)大廈、裙樓及3層地下室等?；娱_(kāi)挖深度13.7m，靠近地鐵一側(cè)采用800mm厚連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其余位置采用Φ1200@1400圍護(hù)樁加外側(cè)Φ850@600攪拌樁止水作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)支撐用兩道鋼筋混凝土支撐?；优c地鐵隧道平面位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 項(xiàng)目建筑基坑平面結(jié)構(gòu)

基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對(duì)已完成的樁基進(jìn)行檢測(cè)，合格率僅為56%，不達(dá)標(biāo)，須進(jìn)行補(bǔ)樁或基礎(chǔ)變更。

1.2 工程地質(zhì)情況和水文情況

基坑靠近地鐵隧道部位主要地層從上到下依次為素填土、淤泥、粉質(zhì)黏土、中粗砂、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖。基坑底板位于中粗砂層，隧道主要穿越地層為淤泥、粉質(zhì)粘土、中粗砂。

基坑場(chǎng)地區(qū)域南側(cè)有寬約17m河涌，地表水系豐富。地下水主要有3類(lèi)：第一類(lèi)為賦存于填土層中的上層滯水；第二類(lèi)為賦存第四系砂；第三類(lèi)為基巖裂隙水。相對(duì)穩(wěn)定水位埋深約為1.25m～1.75m。

1.3 基坑與隧道位置關(guān)系

基坑北側(cè)緊鄰地鐵明挖隧道，隧道基底采用Φ550@1000×1000攪拌樁滿(mǎn)堂布置進(jìn)行加固，深入粘土層、粗砂層不少于1m。隧道結(jié)構(gòu)頂覆土約3.3m～3.5m，隧道底埋深約11.2m，基坑深約13.7m?；舆吘€(xiàn)與隧道結(jié)構(gòu)水平凈距約為6.9m～7.3m，與隧道垂直凈距約2.5m（見(jiàn)圖2）。

圖2 項(xiàng)目建筑基坑與地鐵結(jié)構(gòu)位置關(guān)系剖面

1.4 工程變更情況

擬建建筑原設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)，在建筑基坑施工到第二道鋼筋混凝土支撐時(shí)，地鐵隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示隧道結(jié)構(gòu)橫向位移發(fā)展接近預(yù)警值。出現(xiàn)這一情況后，建筑設(shè)計(jì)單位對(duì)基坑第二道支撐以下的設(shè)計(jì)進(jìn)行了變更，在靠近地鐵一側(cè)保留約8m～14m寬、4.8m高的土臺(tái)不進(jìn)行開(kāi)挖（見(jiàn)圖2），以減少基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響。

基坑開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，施工單位對(duì)先前做好的樁基進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)合格率不達(dá)標(biāo)。由于基坑開(kāi)挖過(guò)程中地鐵隧道結(jié)構(gòu)橫向位移已接近限值，加上基內(nèi)已施作第二道支撐，空間不足，無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)樁，因此，設(shè)計(jì)單位對(duì)基礎(chǔ)形式進(jìn)行變更，棄用原樁基，改為筏板基礎(chǔ)，同時(shí)采用高壓旋噴樁加固結(jié)合部分，采用超挖回填素混凝土對(duì)地基進(jìn)行處理。

2 “地基處理+筏板基礎(chǔ)”施工技術(shù)

2.1 樁基施工難點(diǎn)及筏板基礎(chǔ)方案的選擇

樁基檢測(cè)合格率不達(dá)標(biāo)，常規(guī)處理方法一般是補(bǔ)樁。根據(jù)地鐵保護(hù)要求及現(xiàn)場(chǎng)條件，本工程補(bǔ)樁難點(diǎn)有：

（1）基坑開(kāi)挖過(guò)程中地鐵隧道結(jié)構(gòu)橫向位移已接近預(yù)警值，補(bǔ)樁施工工藝選擇需考慮對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響。

（2）基坑內(nèi)支撐分布密集（見(jiàn)圖3），且基底與第二道支撐垂直凈距僅6m，無(wú)法采用旋挖鉆機(jī)等大型樁機(jī)設(shè)備施工，小型機(jī)械又不能滿(mǎn)足施工要求。

圖3 項(xiàng)目建筑基坑支撐平面結(jié)構(gòu)

（3）基坑靠近地鐵隧道結(jié)構(gòu)，若采用沖孔等方式，成孔過(guò)程中擠土效應(yīng)和振動(dòng)對(duì)隧道周邊土體擾動(dòng)劇烈，可能危害隧道結(jié)構(gòu)安全。

鑒于以上地鐵保護(hù)要求及現(xiàn)場(chǎng)條件，無(wú)法補(bǔ)樁，因此，設(shè)計(jì)變更為地基處理+筏板基礎(chǔ)方案代替原樁基礎(chǔ)方案，原基礎(chǔ)樁不再使用。地基處理方案如下：基坑?xùn)|部采用“超挖換填”進(jìn)行處理，基坑西部采用“高壓旋噴樁+錨桿”進(jìn)行處理。超挖換填和高壓旋噴樁施工范圍如圖4所示，錨桿施工區(qū)域如圖5所示。

圖4 項(xiàng)目建筑基坑超挖換填及旋噴樁施工范圍

圖5 項(xiàng)目建筑基坑錨桿施工范圍

2.2 地基處理方案及工藝

2.2.1 超挖換填地基處理

按現(xiàn)有勘察資料，超挖換填預(yù)估深度1.5m，超挖換填應(yīng)挖至強(qiáng)風(fēng)化巖持力層，用C20素砼回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。超挖換填區(qū)緊鄰隧道側(cè)，應(yīng)分區(qū)分塊開(kāi)挖與回填。換填開(kāi)挖前按照基礎(chǔ)筏板邊線(xiàn)，每邊留置超出筏板邊線(xiàn)一定寬度的工作面，開(kāi)挖至設(shè)計(jì)要求持力層后應(yīng)將覆土徹底清理干凈，并及時(shí)換填砼避免基坑長(zhǎng)時(shí)間暴露，確?；影踩?。

坑底換填開(kāi)挖按1:1.5坡率進(jìn)行，換填過(guò)程中及時(shí)排水，避免基坑長(zhǎng)時(shí)間浸泡。超挖換填分區(qū)施工情況見(jiàn)圖6。

圖6 項(xiàng)目建筑基坑超挖換填分區(qū)示意圖

2.2.2 高壓旋噴樁地基處理

按照勘察資料及地基處理要求，高壓旋噴樁預(yù)估深度4m～6m，旋噴樁采用梅花式布置，直徑為600mm，間距為450mm，見(jiàn)圖7。

圖7 項(xiàng)目建筑地基高壓旋噴樁結(jié)構(gòu)

旋噴樁施工過(guò)程中，如遇成孔困難或旋噴樁無(wú)法下鉆情況，可用超前鉆引孔，高壓注漿孔成孔直徑不小于130mm，孔位誤差不大于100mm，傾斜不超過(guò)1%。高壓空氣壓力不小于0.6Mpa，輸漿壓力不小于25Mpa，提升速度不大于10cm/min，旋轉(zhuǎn)速度不超過(guò)20轉(zhuǎn)/分鐘，提升速度與攪拌頭轉(zhuǎn)速匹配，水泥漿采用PO42.5R普通硅酸鹽純水泥漿灌注，水灰比0.9，水泥土28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu＞1.2MPa，每米水泥用量不小于300kg，根據(jù)旋噴樁試樁試驗(yàn)校核施工參數(shù)。

旋噴樁施工應(yīng)滿(mǎn)足樁底入強(qiáng)風(fēng)化巖持力層不得少于0.5m，地基處理后承載力特征值fa=600kpa。

施工完成后，對(duì)旋噴樁抽芯進(jìn)行樁身強(qiáng)度及完整性試驗(yàn)；用承載力載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)復(fù)合地基承載力，以9個(gè)旋噴樁作為一個(gè)試驗(yàn)單元進(jìn)行。

2.2.3 地基處理錨桿施工

錨桿為永久性抗拔錨桿，安全等級(jí)為一級(jí)，共849根，錨桿施工采用鉆孔（引孔）施工（見(jiàn)圖8）。錨桿的抗拔承載力特征值為400kN，錨桿成孔直徑為200mm，錨筋為3×Φ32（HRB400鋼）。

圖8 項(xiàng)目建筑基坑處理錨桿大樣及施工效果

錨桿長(zhǎng)度要求鉆孔進(jìn)入中風(fēng)化巖層≥7m，或進(jìn)入微風(fēng)化層不小于4m。若成孔過(guò)程遇強(qiáng)風(fēng)化巖，按1m強(qiáng)風(fēng)化巖相當(dāng)于0.34m中風(fēng)化巖換算。

在錨桿施工前，先按《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS22:2005）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行錨桿的基本試驗(yàn)。鉆孔時(shí)深度應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度不小于0.5m；清孔完成后，迅速拔出鉆桿，安放錨桿桿體，對(duì)于濕式鉆孔要用水清孔，直至返出清水為止。鉆孔記錄應(yīng)詳細(xì)、完整，對(duì)巖石錨桿應(yīng)有判層記錄，確定入巖長(zhǎng)度。

注漿管放置于桿體中心，隨桿體一同放入孔中，注漿管端部距桿體端部宜為50mm～100mm。二次注漿管的出漿孔及端頭應(yīng)密封，保證一次注漿時(shí)漿液不進(jìn)入二次注漿管內(nèi)。注漿選用425#水泥，一次注漿材料為M30水泥砂漿，水灰比取0.40～0.45,灰砂比取0.5～1.0；二次注漿材料為水灰比0.5的純水泥漿。一次注漿壓力為0.3MPa～0.5MPa；一次漿初凝后進(jìn)行二次注漿，二次注漿壓力為2MPa～3M pa左右，穩(wěn)壓2分鐘。施工過(guò)程依具體情況及經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整注漿壓力。

2.3 筏板基礎(chǔ)方案及工藝

本工程2座塔樓下采用筏板基礎(chǔ)，其余純地下室部分采用獨(dú)立基加防水板（見(jiàn)圖9）。具體設(shè)計(jì)為：筏板基礎(chǔ)FB1板厚為2000mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45，底筋為25@150雙層雙向配筋；筏板基礎(chǔ)FB2，板厚為1900mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45，底筋為22@100雙向配筋；獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板FSB1板厚為800mm，底筋為16@150雙層雙向配筋。筏板基礎(chǔ)承載力特征值不小于600kPa，裙樓、純地下室部分持力層以強(qiáng)風(fēng)化泥巖為主,承載力特征值不小于600kPa。

圖9 項(xiàng)目建筑筏板基礎(chǔ)示意圖

在施工過(guò)程中，須注意混凝土的溫度測(cè)量，養(yǎng)護(hù)優(yōu)先采用蓄水養(yǎng)護(hù)，或濕麻包袋覆蓋混凝土表面。在養(yǎng)護(hù)階段，應(yīng)測(cè)量混凝土的內(nèi)外溫差，根據(jù)溫度變化合理調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)過(guò)程的溫度和濕度，保證在全濕狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于2周。

3 基坑施工過(guò)程中地鐵隧道位移分析

本項(xiàng)目基坑作業(yè)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響等級(jí)為特級(jí)，地基處理及筏板方案的選擇應(yīng)盡量減少施工對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響。在隧道內(nèi)布置測(cè)點(diǎn)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)（見(jiàn)圖10），基坑地基處理前后及底板施工完成后地鐵隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)最大變形值見(jiàn)表1。

圖10 地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移測(cè)點(diǎn)布置

表1 地鐵隧道結(jié)構(gòu)橫向位移監(jiān)測(cè)情況

從地基處理至筏板基礎(chǔ)施工完成過(guò)程中，橫向位移最大的測(cè)點(diǎn)C11-5、C11-6橫向位移變化曲線(xiàn)如圖11（a）所示，測(cè)點(diǎn)R9-5、R11-5橫向位移變化曲線(xiàn)如圖11（b）所示。

圖11 地鐵隧道機(jī)構(gòu)測(cè)點(diǎn)橫向位移曲線(xiàn)

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，基坑在開(kāi)挖過(guò)程中，地鐵隧道結(jié)構(gòu)橫向位移發(fā)展已接近地鐵安全評(píng)估預(yù)警值；基坑開(kāi)挖完成后高壓旋噴樁開(kāi)始施工前至筏板基礎(chǔ)基坑底板砼澆筑完成后，從各節(jié)點(diǎn)的地鐵隧道累計(jì)橫向位移最大值變化在0.01mm～－1.30mm之間。結(jié)合地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)橫向位移變化曲線(xiàn)圖可以看出，地鐵隧道在項(xiàng)目進(jìn)行地基處理及筏板基礎(chǔ)施工過(guò)程中，發(fā)生橫向位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較小，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)變大的趨勢(shì)，地基處理及筏板施工過(guò)程對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響較小。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目原工程樁合格率不達(dá)標(biāo)，且因基坑靠近地鐵結(jié)構(gòu)（該項(xiàng)目外部作業(yè)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響等級(jí)為特級(jí)）及施工場(chǎng)地所限，無(wú)法采用補(bǔ)樁工藝，因此，采取“地基處理+筏板基礎(chǔ)”方案。本方案雖經(jīng)濟(jì)成本較高，但確保了地鐵結(jié)構(gòu)安全。通過(guò)本案例分析得到以下結(jié)論：

（1）高壓旋噴施工占用場(chǎng)地小，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，且本項(xiàng)目旋噴樁施工深度約4m～6m，旋噴樁施工對(duì)土層擠壓及振動(dòng)較小，對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)影響較小。

（2）本項(xiàng)目超挖換填范圍內(nèi)基坑底至強(qiáng)風(fēng)化巖層較淺，開(kāi)挖1.5m～2m即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；方案采用分區(qū)域開(kāi)挖分區(qū)域回填，保證了基坑安全，同時(shí)減小了對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響。

（3）錨桿施工采用鉆孔（引孔）工藝，避免了施工大量錨桿可能產(chǎn)生擠土效應(yīng)。

（4）在某些特殊場(chǎng)合，如建筑處于地鐵結(jié)構(gòu)上方或地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)高層建筑場(chǎng)地存在深層溶洞，施工樁基需打穿溶洞或?qū)θ芏催M(jìn)行處理，存在增加地鐵結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)的情況，可采用筏板基礎(chǔ)或者筏板基礎(chǔ)結(jié)合地基處理的施工工藝，避免危害地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全。