地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)侵界處理方案比選

謝 軍，徐長(zhǎng)勝

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京 210019）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)越來(lái)越多的城市實(shí)現(xiàn)軌道交通線通車運(yùn)營(yíng)，軌道交通建設(shè)在全國(guó)范圍內(nèi)鋪開(kāi)。隨著地鐵建設(shè)的增多，車站建設(shè)期間也涌現(xiàn)出各種各樣的基坑工程問(wèn)題，如：地下連續(xù)墻成槽時(shí)塌槽，鉆孔樁成孔時(shí)塌孔，地下連續(xù)墻下鋼筋籠時(shí)卡槽，鉆孔樁下鋼筋籠時(shí)卡籠，立柱樁吊裝期間鋼筋籠從格構(gòu)柱焊接點(diǎn)脫落等圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工侵界問(wèn)題。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)侵界也有各種形式的體現(xiàn)，如：圍護(hù)結(jié)構(gòu)在回填區(qū)或粉土粉砂層成槽、成孔時(shí)由于塌槽、塌孔引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)鼓包；成槽、成孔過(guò)程中由于垂直度誤差或機(jī)械、機(jī)具傾斜出現(xiàn)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向傾斜、水平向傾斜；圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中由于施工工藝因素，未考慮將圍護(hù)結(jié)構(gòu)適當(dāng)外放而引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)侵界等問(wèn)題。出現(xiàn)此類問(wèn)題時(shí)應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件、施工工藝、基坑安全、微承壓水及承壓水安全等各種因素綜合考慮，合理選擇處理方案，既保證基坑安全，又保證方案可行，最終確保車站基坑安全、車站順利實(shí)施，考驗(yàn)著建設(shè)者們的智慧。

1 車站工程概況

1.1 車站基坑概況

某地鐵車站（見(jiàn)圖1）為地下兩層島式站臺(tái)車站，站臺(tái)寬11.0 m。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬19.7 m、深18.8 m，主體結(jié)構(gòu)為地下兩層單柱雙跨箱形框架結(jié)構(gòu)。車站垂直下穿南北走向既有河道，河道寬約20.0 m、深約4.2 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻+1道混凝土支撐及4道φ609/φ800的鋼支撐［1］支護(hù)型式，地墻插入比為1∶0.95。

圖1 某地鐵車站現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地布置Fig.1 Construction Site Layout of Subway Station

施工期間東西向交通臨時(shí)導(dǎo)改至施工圍擋南北兩側(cè)，在跨河段通過(guò)架設(shè)2座臨時(shí)鋼便橋供交通通行；南北向交通沿施工圍擋東西兩側(cè)繞行。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)詳勘報(bào)告，場(chǎng)地內(nèi)地層屬第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)太湖沖湖及瀉湖相沉積層，據(jù)巖土的時(shí)代、成因、巖性特征、工程性質(zhì)，自上而下主要為：①-1雜填土層：松散，土質(zhì)不均，層厚1.0～4.3 m；②-1雜填土層：軟塑～可塑，層厚0.4～3.1 m；②-y淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層：流塑，層厚1.0～16.8 m；②-3粉質(zhì)黏土，可塑，層厚1.2～4.1 m；③-1黏土，可塑～硬塑，層厚1.9～5.8 m；③-3粉土夾粉砂，稍密～中密，層厚0.7～4.0 m；④-2a粉砂夾粉土層：稍密～中密，層厚1.4～8.3 m；④-2粉砂夾粉土層：中密～密實(shí)，層厚2.1～7.0 m；⑤-1粉質(zhì)黏土層：軟～流塑為主，層厚4.5～10.1 m；⑦-1粉質(zhì)黏土層：軟塑為主，層厚6.3～10.5 m；⑦-2a粉砂與粉質(zhì)黏土互層：中密狀粉砂與軟塑為主的粉質(zhì)黏土互層狀分布，層厚10.8～21.7 m。

該站土體物理性質(zhì)如表1所示。

表1 該站土體物理性質(zhì)Tab.1 Physical Properties of Soil in the Station

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水埋藏條件，車站地下水主要為潛水、微承壓水及承壓水3類。

⑴潛水：擬建場(chǎng)地潛水主要埋藏于1層填土及2層粉質(zhì)黏土中，穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.10～2.12 m，埋深0.8～2.0 m，標(biāo)高均為1985國(guó)家基準(zhǔn)高程。

⑵微承壓水：場(chǎng)地內(nèi)的微承壓水主要埋藏于③-3、④-2a、④-2層粉土粉砂中，穩(wěn)定水位標(biāo)高為-0.25～0.36 m，埋深2.81～3.42 m。

⑶承壓水：場(chǎng)地內(nèi)的承壓水主要埋藏于⑦-2a粉砂與粉質(zhì)黏土互層中，其隔水層頂板為⑦-1粉質(zhì)黏土層，隔水層底板為⑦-3粉質(zhì)黏土層?？辈炱陂g，承壓水穩(wěn)定水位為-1.95～-1.65 m，埋深3.61～3.91 m。車站地質(zhì)及水文情況如圖2所示，微承壓水及承壓水層為洋紅色填充區(qū)域。

圖2 車站基坑地質(zhì)縱斷面Fig.2 Geological Longitudinal Section of Station Foundation Pit

1.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)侵界概況

車站基坑北側(cè)8.0 m、南側(cè)41.6 m所圍河道區(qū)域采用黏土回填，回填區(qū)域南北兩側(cè)架設(shè)鋼便橋進(jìn)行交通疏解（見(jiàn)圖1），河道圍堰區(qū)范圍地墻兩側(cè)采用φ850@600 mm三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，加固深度為河底以下1.0 m，但由于此處位于回填區(qū)，在地墻成槽時(shí)，引起地墻侵界［2］。

侵界地墻為NQ68墻幅，為車站最后實(shí)施的一幅地墻，位于河道北側(cè)回填區(qū)（見(jiàn)圖3），墻幅寬度5 m?；娱_(kāi)挖至地面以下4 m時(shí)，發(fā)現(xiàn)地墻有明顯侵界；開(kāi)挖至地面以下11 m（中板附近）粉土粉砂微承壓水層位置時(shí)，NQ68墻幅侵界257 mm，此時(shí)NQ68與NQ69墻幅接縫處出現(xiàn)涌水涌砂險(xiǎn)情，現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間通過(guò)在坑內(nèi)堆載，坑外在地墻接縫處注漿等措施，化解此次險(xiǎn)情；而后繼續(xù)開(kāi)挖至地面以下13 m時(shí)，墻幅侵界324 mm，NQ68墻幅侵界隨基坑深度增加呈明顯遞增趨勢(shì)。

圖3 NQ68墻幅侵界現(xiàn)場(chǎng)Fig.3 Scene of NQ68 Wall Invasion

現(xiàn)場(chǎng)將該幅地墻橫向分3列、豎向每間隔1 m設(shè)置放樣測(cè)量點(diǎn)，對(duì)NQ68墻幅各放樣點(diǎn)侵界尺寸進(jìn)行測(cè)量，并參照上部的測(cè)得的侵界尺寸對(duì)下部的地墻侵界尺寸及范圍進(jìn)行預(yù)估（見(jiàn)圖4）。根據(jù)數(shù)據(jù)估算值看出，NQ68墻幅與NQ69墻幅有逐漸劈開(kāi)的趨勢(shì)（見(jiàn)圖3、圖4），開(kāi)挖至基坑底時(shí)地墻侵界尺寸將達(dá)到707 mm（見(jiàn)圖4），且此處仍位于粉土粉砂微承壓水層，涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增加，現(xiàn)場(chǎng)緊急在坑內(nèi)采用沙袋堆載等措施，并暫?；娱_(kāi)挖以確保基坑安全。

圖4 NQ68墻幅侵界實(shí)測(cè)及趨勢(shì)分析預(yù)測(cè)Fig.4 Actual Measurement and Trend Analysis Prediction of NQ68 Wall Invasion Boundary

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)擬采取補(bǔ)強(qiáng)方案分析

該站NQ68墻幅位于河道北側(cè)圍堰區(qū)，圍堰區(qū)邊界距原基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)有6～8 m的距離，場(chǎng)地較為局促（見(jiàn)圖1）?；娱_(kāi)挖深度范圍內(nèi)主要為②-y淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層及③-3、④-2a、④-2粉土粉砂層。粉土粉砂層層厚7.8～11.7 m，主要位于中板至坑底以下5.2 m深度范圍內(nèi)（見(jiàn)圖2），車站粉土粉砂層為微承壓水層，具有承壓性。

為保證車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)及主體結(jié)構(gòu)安全，且不影響車站限界，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力、補(bǔ)強(qiáng)后受力及主體結(jié)構(gòu)削弱受力等進(jìn)行核算分析后，決定具體問(wèn)題具體分析。對(duì)侵界值t≤70 mm的，采取鑿除地墻鋼筋保護(hù)層［3］的方案；對(duì)侵界值70 mm＜t≤120 mm的，采取鑿除地墻鋼筋保護(hù)層、結(jié)構(gòu)側(cè)墻削弱（t-70）mm并加強(qiáng)配筋的方案［4］；對(duì)侵界值t＞120 mm的，采取削弱結(jié)構(gòu)側(cè)墻50 mm、加強(qiáng)配筋，并鑿除（t-50）mm地墻厚度的方案。該站地墻侵界范圍及侵界厚度較大，根據(jù)預(yù)估侵界最大寬度約4.1 m、最大厚度達(dá)707 mm，需對(duì)侵界厚度大于120 mm的地墻進(jìn)行鑿除，鑿除部分涉及地墻受力主筋，致使地墻無(wú)法滿足受力要求，因此，現(xiàn)場(chǎng)須對(duì)地墻墻后采取原位補(bǔ)強(qiáng)措施。

由于NQ68墻幅位于河道回填區(qū)，場(chǎng)地局促。TRD工法樁及三軸攪拌樁機(jī)械尺寸較大（約10 m寬、14 m長(zhǎng)），不滿足施工要求；地下連續(xù)墻成槽機(jī)需要約6 m寬的施工空間，但鋼筋籠吊裝設(shè)備需要10～12 m寬的施工空間，場(chǎng)地也不滿足要求。因此排除TRD工法樁內(nèi)插型鋼、SMW工法樁、鉆孔樁及三軸攪拌樁、地下連續(xù)墻等4種支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)方案。

以下就鉆孔灌注樁及MJS旋噴樁、鉆孔灌注樁及高壓旋噴樁、鉆孔咬合樁及旋噴樁3種支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)方案進(jìn)行綜合比選。

2.1 方案1：鉆孔灌注樁及MJS旋噴樁支護(hù)

擬在NQ68墻幅后采用φ1 000 mm的鉆孔灌注樁及φ2 400 mm的MJS旋噴樁止水帷幕支護(hù)（見(jiàn)圖5）。鉆孔樁與原地墻之間及鉆孔樁樁間分別設(shè)置1排MJS旋噴樁，并在接頭處設(shè)置2根MJS旋噴樁封堵止水，MJS旋噴樁擺噴角度分別為120°、360°，樁底進(jìn)入⑤-1粉質(zhì)黏土層1.5 m（坑底以下7.0 m），隔斷粉土粉砂微承壓水層，鉆孔樁樁長(zhǎng)與MJS旋噴樁一致。

圖5 鉆孔灌注樁及MJS旋噴樁支護(hù)Fig.5 Bored Pile and MJS Rotary Shotcrete Pile Support

2.2 方案2：鉆孔灌注樁及高壓旋噴樁支護(hù)

擬在NQ68墻幅后采用φ1 000 mm的鉆孔灌注樁及φ800@500 mm的高壓旋噴樁止水帷幕支護(hù)（見(jiàn)圖6）。鉆孔樁與原地墻之間采用1排高壓旋噴樁止水，鉆孔樁樁間采用2排高壓旋噴樁樁間止水，鉆孔樁與旋噴樁止水帷幕深度同方案1。

圖6 鉆孔灌注樁及高壓旋噴樁支護(hù)Fig.6 Bored Pile and High-pressure Rotary-jet Grouting Pile Support

2.3 方案3：鉆孔咬合樁及高壓旋噴樁支護(hù)

擬在NQ68墻幅后采用φ1 000@800 mm的鉆孔咬合樁及高壓旋噴樁支護(hù)（見(jiàn)圖7）。咬合樁與原地墻之間采用1排高壓旋噴樁止水，左右端接頭處分別采用4根、3根φ800@500 mm高壓旋噴樁封堵止水，咬合樁與旋噴樁止水帷幕深度同方案1。

圖7 鉆孔咬合樁及高壓旋噴樁支護(hù)Fig.7 Drilling Occluded Pile and High-pressure Rotary Jet Grouting Pile Support

3 3種補(bǔ)強(qiáng)方案綜合比選

3.1 方案1優(yōu)缺點(diǎn)

MJS工法（Metro Jet System）是一種利用可多方位施工的高壓噴射注漿設(shè)備和具有強(qiáng)制排漿、可調(diào)控地內(nèi)壓力功能的鉆具，通過(guò)噴射流切割土體并與土體攪拌形成水泥土加固體的地基處理方法。該工法是日本在總結(jié)各種噴射注漿施工工藝基礎(chǔ)上研發(fā)的可適用于不同地層的新技術(shù)，該工藝于1998年引入中國(guó)［5］。該樁具有噴射壓力大、直徑大、成樁深度大、施工精度高［6］、施工空間小、樁體強(qiáng)度高、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。

方案1擬采用鉆孔灌注樁及MJS旋噴樁止水帷幕支護(hù)，鉆孔樁支護(hù)剛度大、受力性能好，鉆孔及鋼筋籠吊裝所需施工空間??；鉆孔樁與原地墻之間采用大直徑MJS旋噴樁可充分填充密實(shí)［7］，不會(huì)形成薄弱夾層，可保證基坑在開(kāi)挖及回筑階段，支撐及結(jié)構(gòu)板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間傳力充分，且MJS旋噴樁施工所需場(chǎng)地小、樁長(zhǎng)大，樁間咬合500 mm，在粉土粉砂層中成樁質(zhì)量有保證，止水效果好［8］，并可減少施工過(guò)程中引起的結(jié)構(gòu)沉降［9］，工程可實(shí)施性強(qiáng)。

3.2 方案2優(yōu)缺點(diǎn)

鉆孔灌注樁是一種通過(guò)機(jī)械鉆孔在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，施工噪聲和震動(dòng)小，施工工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，作為支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠，被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜地層。

方案2擬采用鉆孔灌注樁及高壓旋噴樁支護(hù)，鉆孔樁與原地墻之間采用高壓旋噴樁填充，由于地墻發(fā)生傾斜，高壓旋噴樁旋噴半徑小，不能貼近地墻設(shè)置，所以鉆孔樁與原地墻間易形成薄弱夾層，無(wú)法保證支撐及結(jié)構(gòu)板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間傳力充分；高壓旋噴樁插入坑底以下7 m，樁長(zhǎng)達(dá)到26 m左右，但高壓旋噴樁受施工地質(zhì)及施工水平影響較大，作為止水帷幕時(shí)尤其如此［10］，在深度大于20 m的粉土粉砂層中成樁質(zhì)量不易保證，難以起到隔斷微承壓水的作用，止水效果一般。

3.3 方案3優(yōu)缺點(diǎn)

鉆孔咬合樁是指平面布置的排樁間相鄰樁相互咬合（樁圓周相嵌）而形成的鋼筋混凝土“樁墻”，由我國(guó)知名專家王振信教授在國(guó)外考察時(shí)引進(jìn)到深圳地鐵工程中，而后經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐現(xiàn)已十分成熟，在地鐵、道路下穿線、高層建筑物等城市構(gòu)筑物的深基坑工程中已廣泛應(yīng)用。高壓旋噴樁是以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體，具有施工占地少、振動(dòng)小、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。

方案3擬采用鉆孔咬合樁及高壓旋噴樁支護(hù)，咬合樁與原地墻之間采用高壓旋噴樁填充，由于地墻發(fā)生傾斜，高壓旋噴樁旋噴半徑小，不能貼近地墻設(shè)置，所以咬合樁與原地墻間易形成薄弱夾層，無(wú)法保證支撐及結(jié)構(gòu)板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間傳力充分；咬合樁與高壓旋噴樁插入坑底以下7 m，樁長(zhǎng)達(dá)到26 m左右，但咬合樁與高壓旋噴樁在深度大于20 m的粉土粉砂層中成樁質(zhì)量不易保證，難以起到隔斷微承壓水的作用，止水效果一般。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)車站NQ68墻幅侵界的幾種圍護(hù)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案進(jìn)行綜合對(duì)比分析，鉆孔灌注樁支護(hù)剛度大、受力性能好，所需施工空間?。汇@孔樁與原地墻間采用大直徑MJS旋噴樁充分填充密實(shí)，可保證支撐及結(jié)構(gòu)板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間傳力充分，且MJS旋噴樁施工所需場(chǎng)地小、樁長(zhǎng)大，樁間咬合充分，在粉土粉砂層中成樁質(zhì)量有保證，止水效果好，工程可實(shí)施性強(qiáng)。因此，最終選擇鉆孔灌注樁及MJS旋噴樁支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)方案。

方案實(shí)施期間需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，先將NQ68墻幅東西兩側(cè)的主體結(jié)構(gòu)澆筑完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再將此NQ68墻幅分塊邊破除邊澆筑主體結(jié)構(gòu)，施工過(guò)程中加強(qiáng)基坑變形及坑外水位變化監(jiān)測(cè)，并及時(shí)架設(shè)換撐確保地墻破除及主體結(jié)構(gòu)澆筑期間基坑絕對(duì)安全。