膨脹土層地區(qū)車站深基坑施工技術(shù)

姜興海

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100124）

0 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)了城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展，地鐵線路也逐漸密集，地鐵線路的施工不可避免的對周邊建筑物造成影響。為保證工程周邊建筑物以及地下管線的安全，需要對深基坑進(jìn)行處理和支護(hù)，尤其是在膨脹土地區(qū)[1]。深基坑施工開挖的深度大于膨脹土深埋會(huì)造成邊坡穩(wěn)定性，出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)容易發(fā)生安全事故。因此，文章對成都軌道交通17號(hào)線機(jī)車廠站膨脹土層地區(qū)車站深基坑施工技術(shù)展開研究。

1 工程概況

機(jī)車廠站包含車站、盾構(gòu)始發(fā)井兩部分，車站為兩層（局部三層）14 m島式車站，雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)，有效站臺(tái)長186 m，有效站臺(tái)中心里程為YDK95+400.000，頂板覆土厚度約為3.65～5.35 m，底板埋深22.4～23.5 m。

車站基底基本位于中風(fēng)化泥巖中（自由膨脹率14%～46%），其承載力標(biāo)準(zhǔn)值為500 KPa。車站結(jié)構(gòu)地基承載力要求為修正后的地基承載力特征值不得小于300 KPa。

2 膨脹土特性

膨脹土具有遇水膨脹、失水收縮的反復(fù)脹縮特性，伴隨反復(fù)脹縮，土體中微裂隙發(fā)育，地表水下滲、地下水徑流因微裂隙產(chǎn)生的通道，造成土體出現(xiàn)脹縮，從而導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)整體破壞。在雨季施工時(shí)，容易造成基坑變形大。

本次勘察對場地范圍內(nèi)的第四系中、下更新統(tǒng)冰水沉積、沖積層(Q1+2fgl+al)＜4-0＞有機(jī)質(zhì)土、＜4-1＞黏土、＜4-2＞黏土夾卵石，下伏白堊系灌口組（K2g）＜5-1-1＞全風(fēng)化泥巖。進(jìn)行膨脹性試驗(yàn)并加以統(tǒng)計(jì)判定。本車站場地范圍內(nèi)的＜4-0＞有機(jī)質(zhì)土具有弱膨脹性、＜4-1＞黏土、＜4-2＞黏土夾卵石具有弱～中等膨脹性、＜5-1-1＞全風(fēng)化泥巖具有中等～強(qiáng)膨脹性，膨脹土分布于基坑底板以上，對基坑開挖和圍護(hù)結(jié)構(gòu)有一定影響。膨脹土特性見表1。

表1 膨脹土特性

3 膨脹土層基坑開挖施工技術(shù)

3.1 深基坑分段、分層開挖

車站主體結(jié)構(gòu)基坑開挖采用縱向分段、豎向分層向下開挖，分流水段進(jìn)行作業(yè)。每單段長度為20～30 m，每層開挖深度不得大于2 m。每開挖一小段（6～8 m）后，及時(shí)架設(shè)支撐。分段開挖主要分為兩個(gè)階段。

第一階段同時(shí)分三個(gè)作業(yè)面進(jìn)行開挖施工：第1單元至第8單元方向（小里程端至隔離樁方向）分層退步開挖施工；第17單元至第8單元方向（隔離樁至小里程端方向）分層退步開挖施工；第29單元向第22單元方向（大里程端至隔離樁方向）分層退步開挖施工；大里程端至隔離樁方向、隔離樁至小里程端方向、小里程端至隔離樁方向同時(shí)進(jìn)行土方開挖施工。

第二階段隔離樁至小里程端方向結(jié)構(gòu)頂板完成50 m（第16、17單元完成），結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行人民塘路倒邊施工。完成倒邊后增加隔離樁至大里程方向開挖工作面。第二階段同時(shí)分四個(gè)作業(yè)面進(jìn)行開挖施工，即：第4單元至第8單元方向（小里程至隔離樁端方向）分層退步開挖施工；第14單元至第8單元方向（隔離樁至小里程端方向）分層退步開挖施工；第26單元至第22單元方向（大里程端至隔離樁方向）分層退步開挖施工；第18單元至第22單元方向（隔離樁至大里程端方向）分層退步開挖施工。

3.2 基坑出土及土方運(yùn)輸

按照分段施工開挖土方，在基坑內(nèi)設(shè)置坡度1∶7的出土馬道，用挖掘機(jī)挖土、裝車，運(yùn)土車由基坑馬道運(yùn)出施工現(xiàn)場。臺(tái)階法不能施工的局部區(qū)域，采用長臂挖掘機(jī)開挖配合汽車吊配以鋼制吊斗垂直運(yùn)輸。

3.3 基坑樁間網(wǎng)噴施工

樁間掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，噴層厚度150 mm，掛網(wǎng)鋼筋采用A8@150×150 mm，噴射混凝土等級(jí)C20，每根樁上植入C18、L=0.45 m拉筋（使用植筋膠），沿每根圍護(hù)樁豎向間距1.5 m向下15 °角打設(shè)。

（1）加強(qiáng)橫筋

加強(qiáng)橫筋為C18的鋼筋，豎向間距1 m設(shè)置；在樁間距大于2 m即樁凈間距大于0.8 m（不含）的區(qū)域以及地質(zhì)條件較差（膨脹土地層夾雜石膏）的區(qū)域，加強(qiáng)橫筋的豎向間距按0.5 m加密設(shè)置。

在安裝加強(qiáng)橫筋的位置對圍護(hù)樁樁體保護(hù)層鑿除，露出鋼筋籠主筋，加強(qiáng)橫筋需與圍護(hù)樁主筋焊接。并焊接固定筋固定加強(qiáng)橫筋。固定筋采用A10圓鋼，與鋼筋籠主筋單面面焊接，焊縫長度10 cm。

（2）加強(qiáng)豎筋

加強(qiáng)豎筋為C16的鋼筋，橫向間距為0.5倍樁間距即圍護(hù)樁和樁間均需設(shè)置，長度為基坑深度；固定鋼筋、加強(qiáng)橫筋、加強(qiáng)豎筋需與掛網(wǎng)鋼筋、圍護(hù)樁樁牢固連接，避免鋼筋網(wǎng)掉落。

3.4 網(wǎng)噴面鋼板固定

目前按原設(shè)計(jì)已施做完成的網(wǎng)噴面，需在高于第二道鋼圍檁1.2 m（鋼圍檁上操作較為簡單的高度，不局限于1.2 m）的位置，增加一道鋼板采用M12的螺栓固定在網(wǎng)噴面上，螺栓需錨固在圍護(hù)樁上。鋼板厚5 mm，寬度200 mm，長度2.2 m，分段連續(xù)設(shè)置。在每段鋼板兩端共設(shè)置4個(gè)M14預(yù)留孔（4個(gè)角上各一處）。第三道鋼圍檁若在泥巖區(qū)域，可不用鋼板固定，后期按加強(qiáng)橫筋加強(qiáng)處理的網(wǎng)噴面無需采用鋼板固定措施。

4 基坑鋼支撐的安裝技術(shù)

鋼支撐隨著基坑開挖時(shí)安裝，依照“隨挖隨撐、分段分層、流水作業(yè)”的原則。當(dāng)所有的鋼架都組裝好后，支撐體系的構(gòu)件采用一臺(tái)130 t汽車吊吊運(yùn)。將鋼架和鋼架連接起來，保證它們的連接緊密；鋼支撐拼裝完成后，選用兩臺(tái)100 t或200 t的大功率千斤頂施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)加軸力一般分兩級(jí)施加，第一次施加至設(shè)計(jì)預(yù)壓50%，第二次再施加到設(shè)計(jì)規(guī)定的預(yù)壓應(yīng)力。然后，并在預(yù)加力穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行鎖緊。為保證地鐵車站的施工安全，必須在基坑中設(shè)置3道鋼管內(nèi)支撐。鋼支撐一般均做成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段與調(diào)節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)段長度為6 m，調(diào)節(jié)段長度根據(jù)支撐長度設(shè)計(jì)，選用法蘭高強(qiáng)螺栓進(jìn)行節(jié)段間連接。

第二、三道鋼支撐施工與第一層大體相同，區(qū)別是：①型鋼支架是與護(hù)坡樁采用膨脹螺栓相連；②支撐兩端與鋼圍檁相接，鋼圍檁要求必須與圍護(hù)樁及錨噴面密貼，在有間隙的地方用噴射混凝土填塞或者鋼板塞緊。基坑鋼支撐示意見圖1。

圖1 基坑鋼支撐示意

鋼支撐安裝施工要點(diǎn)：①千斤頂預(yù)加軸力一定要分級(jí)加載；②鋼管橫撐的安裝時(shí)段務(wù)必嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)情形掌握，土方開挖時(shí)一定要分段分層，鋼支撐要按照基坑開挖深度與開挖時(shí)間架設(shè)；③全部支撐的連接點(diǎn)，一定要墊緊貼密，以防出現(xiàn)鋼管支撐偏心受壓。

5 基坑的監(jiān)測技術(shù)

膨脹土地基是一種非常復(fù)雜的工程。經(jīng)技術(shù)人員對設(shè)計(jì)圖紙的分析，并結(jié)合現(xiàn)場觀測所獲得的資料，并與監(jiān)理、設(shè)計(jì)者討論后認(rèn)為：地鐵車站的基坑工程總體控制防護(hù)級(jí)別為1級(jí)，因而需要以2個(gè)基坑開挖深度作為監(jiān)測依據(jù)。如果將開挖深度設(shè)定為20 m，則整個(gè)影響范圍為40 m，即40 m以下的管道和建筑物，將成為本次工程的重點(diǎn)保護(hù)對象。監(jiān)測期間，監(jiān)測的主要工作是監(jiān)測側(cè)面土體變形，監(jiān)測側(cè)面土體壓力變化，監(jiān)測樁頂部整體位移；監(jiān)測樁的支承軸力變化，監(jiān)測樁的整體變形，監(jiān)測樁內(nèi)的鋼筋應(yīng)力和變形情況；對工程建設(shè)中的地面沉降進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測地下水位變化，監(jiān)測管線沉降；對鋼支承的變形情況進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測附近建筑物是否發(fā)生沉降，監(jiān)測具體沉降資料。通過對施工過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題和安全隱患，從而及時(shí)改變施工設(shè)計(jì)，及時(shí)調(diào)整施工對象，確保車站基坑施工的安全性。

6 膨脹土地層深基坑施工處理措施

（1）場地硬化時(shí)嚴(yán)格控制硬化面坡度，做好地表截水、排水工作，排水流向背離基坑使場地內(nèi)的水能通過坡度順利排入排水溝，避免場地出現(xiàn)積水。擋土（水）墻嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，高出地面不得低于60 cm。

（2）地面排水溝遠(yuǎn)離基坑，與地面硬化同期實(shí)施、一次成型避免排水溝內(nèi)的水下滲，同時(shí)控制好排水溝縱向坡度避免排水溝內(nèi)積水。

（3）基坑開挖過程中如遇裂隙水，采用暗埋泄水管的形式進(jìn)行引流排水,網(wǎng)噴內(nèi)側(cè)通過豎向排水管將基坑壁后積水排至基坑最底部，最底部用橫向排水管連接，排放至集水坑進(jìn)行抽排，防止基坑壁后積水通過泄水管直接噴涌進(jìn)入基坑，影響結(jié)構(gòu)外包防水層施工質(zhì)量。

（4）對基坑開挖影響范圍內(nèi)的雨污水管進(jìn)行土體加固處理，防止管線不均勻沉降致使管道破裂，水滲漏進(jìn)土層。

（5）基坑開挖過程中嚴(yán)格控制每層開挖深度不得大于2 m，開挖完成后及時(shí)進(jìn)行樁間掛網(wǎng)錨噴施工，在養(yǎng)護(hù)完成后方可進(jìn)行下一層開挖，防止?jié)B水、溜土、軟化、崩塌。樁間噴射混凝土層內(nèi)設(shè)置泄水孔，排出樁體背后滯水，并將滯水集中引流至集水坑中，噴錨完成后及時(shí)安裝鋼板加固。

7 結(jié)語

文章結(jié)合成都軌道交通17號(hào)線機(jī)車廠站為例，對膨脹土地層地鐵車站的深基坑快速施工技術(shù)進(jìn)行研究?；娱_挖時(shí)由于采用鋼支撐的原因，對上部圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形起到了很好的控制作用，在膨脹土地層短期開挖階段時(shí)，穩(wěn)固性較好、性質(zhì)相對穩(wěn)定，開挖深度較深時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)變形逐漸明顯，同時(shí)做好封閉隔水措施，消除膨脹力的影響，鋼板加固噴錨面，保證噴錨面具有足夠的強(qiáng)度去減小膨脹力的影響，同時(shí)在變形趨勢大的部位采用并撐方式增加一到兩根鋼支撐，確保基坑及周邊建筑的安全。