深厚軟土地層含超長灌注樁的地下車站施工技術(shù)

李桂穎， 周 超， 陸玉和， 苗李欣

(1.中鐵四局集團(tuán)第四工程有限公司，安徽 合肥 230012；2.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和人口城鎮(zhèn)化水平的提高，越來越多的城市大力發(fā)展城市軌道交通，基坑深度也在不斷增加。尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部沿海城市，地鐵線網(wǎng)更為密集，換乘車站增多，需要修建大量地鐵深基坑。但這些地區(qū)土層常為深厚軟土地層，具有強(qiáng)度低、壓縮性高等性質(zhì)。地鐵深基坑開挖時(shí)經(jīng)常會(huì)面臨車站變形過大的難題，因此研究深厚軟土地層地下車站結(jié)構(gòu)及施工方法顯得格外重要[1-3]。

本文以臺(tái)州某地下車站深基坑工程為背景，著重闡述深厚軟土地層含超長鉆孔灌注樁的地下車站施工技術(shù)，以此為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)與參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

臺(tái)州市域鐵路臺(tái)州站車站工程可分為車站深基坑工程和車站基礎(chǔ)超長鉆孔灌注樁工程。車站總長499.05 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬30 m，深22.25 m，建筑面積14 504 m2，覆土厚度約2.5 m；車站深基坑采用連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，地下連續(xù)墻厚度為1.0 m，深度為67.32～71.72 m?；拥撞坎捎贸L鉆孔灌注樁將荷載傳遞到持力層，樁長80～95 m。

車站場地所在區(qū)域?qū)贈(zèng)_海積平原區(qū)，地層主要為黏土、粉質(zhì)黏土和淤泥，埋置厚度達(dá)70 m左右。工程范圍內(nèi)分布的軟土層主要為淤泥，其具有易觸變性、高壓縮性、強(qiáng)度低等特征，在這種深厚軟土地層中開挖車站深基坑極易產(chǎn)生坑底隆起變形和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大，威脅基坑穩(wěn)定性。

1.2 工程重點(diǎn)

車站主體結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

圖1 市域鐵路地下車站斷面

圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻最深處達(dá)72 m，開挖最深處達(dá)32 m(端頭井)，工程范圍內(nèi)為沖海積平原區(qū)大范圍分布的軟土層，主要為淤泥，厚度為70 m左右，基坑施工變形控制難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，因此需要在預(yù)設(shè)車站深基坑區(qū)域外圍施工三軸攪拌樁，以保證超深地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性。

工程場地為超深軟土層，基坑開挖深，跨度大。車站結(jié)構(gòu)自重、支撐體系自重、施工荷載的作用會(huì)使基坑發(fā)生明顯的沉降變形。在基坑底部施工超長鉆孔灌注樁，將車站荷載傳遞到基底持力層，以減小基底軟土沉降。

2 車站施工技術(shù)

2.1 工藝流程

主要工藝流程主要包括如下幾個(gè)階段：

階段1，在預(yù)設(shè)車站深基坑區(qū)域中施工三軸攪拌樁。

階段2，在預(yù)設(shè)車站深基坑區(qū)域中三軸攪拌樁內(nèi)側(cè)施工地下連續(xù)墻。

階段3，在預(yù)設(shè)車站深基坑區(qū)域中施工超長鉆孔灌注樁，并使其與基巖接觸。

階段4，開挖車站深基坑。

階段5，在上述超長鉆孔灌注樁上施工車站樁基承臺(tái)。

階段6，在車站樁基承臺(tái)上方施工車站主體結(jié)構(gòu)。

階段7，車站主體結(jié)構(gòu)施工完畢后，在上方人工進(jìn)行覆土回填。

2.2 施工三軸攪拌樁

為了加固地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，提高地下連續(xù)墻槽壁的穩(wěn)定性，減少基坑的側(cè)向形變，需要在基坑地下連續(xù)墻外圍施工三軸攪拌樁。攪拌樁參數(shù)取值：?850 mm@600 mm，水泥摻量20%，加固深度為淤泥層以下0.5 m(平均樁長20.048 m)。

三軸攪拌樁采用三軸攪拌機(jī)施工。施工流程為：場地平整回填→測量放線→開挖溝槽→配置漿液→噴漿[4]。

2.3 施工地下連續(xù)墻

圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)型式，地下連續(xù)墻厚度為1 000 mm，深度46.65～55.55 m；基坑保護(hù)等級一級。地連墻混凝土等級為水下C30，抗?jié)B等級P6，槽段接頭采用圓形鎖扣管接頭，鋼筋主筋凈保護(hù)層厚度迎土面為70 mm，開挖面為50 mm，成槽垂直精度不得低于0.3%，縱向鋼筋采用焊接連接，優(yōu)先采用對焊；每幅地墻內(nèi)設(shè)置2根注漿管，每根注漿管的注漿量不小于2 m3，以加快施工進(jìn)度和保證注漿均勻，提高注漿質(zhì)量[5]。

地下連續(xù)墻具有剛度大、防滲性好、施工噪音低等優(yōu)點(diǎn),為防止超深地下連續(xù)墻槽壁塌方，需要采取相應(yīng)控制措施：

(1)成槽時(shí)，采用粘粒大于50%，含水率<5%，失水量小，形成護(hù)壁泥皮薄而韌性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)泥漿。施工過程中要防止泥漿漏失，注意及時(shí)補(bǔ)漿，提高泥漿水頭，控制槽內(nèi)液面標(biāo)高高于地下水位1 m以上，并使泥漿排出與補(bǔ)給量平衡；在松軟砂層中鉆進(jìn)，應(yīng)控制進(jìn)尺，不要過快或空置時(shí)間太長[6]。地下連續(xù)墻成槽護(hù)壁泥漿性能：密度1.03～1.10 g/cm3，黏度19～25 s，膠體率>98%，失水量<30 ml/30 min，泥皮厚度<1 mm，pH值8～9。

(2)盡量縮短擱置時(shí)間，縮短單元槽段的長度；避免造成塌孔、漏水、夾層等缺陷影響基坑的安全性。

(3)在現(xiàn)場構(gòu)筑吊機(jī)道路，減少集中附加荷載。

2.4 施工超長鉆孔灌注樁

基坑基底土層為深厚軟粘土，施工超長鉆孔灌注樁將荷載傳遞到基巖持力層，以減小車站沉降變形，保證工程的穩(wěn)定性與安全性。

具體施工流程為：場地清理→樁位放樣→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→造漿開鉆→鉆進(jìn)→終孔前檢查孔底標(biāo)高、孔徑及垂直高度→清空換漿→下放鋼筋籠→下放導(dǎo)管→灌注水下砼→監(jiān)測樁基[7]。

2.4.1 跳挖施工

由于車站基底以上部位為車站主體結(jié)構(gòu)，因此超長鉆孔灌注樁在車站基底以上部分應(yīng)為空樁，并采用護(hù)筒保護(hù)，用以維持孔壁穩(wěn)定性；基底以下部分則需要灌注砼到孔底。

為了避免超長鉆孔灌注樁孔壁之間的互相繞道，采用跳挖法在預(yù)設(shè)基坑開挖區(qū)域進(jìn)行施工，鉆孔直徑為800 mm, 間隔為1 000 mm。并使車站樁基承臺(tái)連接于超長鉆孔灌注樁的頂部。

開挖順序如圖2所示，先施作1#、3#、5#樁，再施作第一排2#、4#、6#樁；施作7#、9#、11#樁，再施作第三排8#、10#、12#樁，最后施作第二排13#、15#、14#樁。間隔跳挖鉆孔避免了短時(shí)間內(nèi)近距離鉆孔對周圍土體的擠壓，避免了已開挖的鉆孔產(chǎn)生變形，保證了超長鉆孔灌注樁施工質(zhì)量。

圖2 超長鉆孔灌注樁跳挖順序

2.4.2 孔底沉淤控制

本工程鉆孔灌注樁需進(jìn)入粘土持力層4 m，為控制總沉降量，施工應(yīng)嚴(yán)格控制樁底沉渣小于100 mm，并采用壓力注漿充實(shí)沉渣空隙減少樁基總沉降。

2.4.3 澆筑混凝土

混凝土澆筑過程中不應(yīng)停頓，需要連續(xù)澆筑以保證均勻性。由于混凝土澆筑到頂時(shí)殘留泥漿會(huì)與混凝土混合，樁頂混凝土質(zhì)量會(huì)下降，因此需要過澆超過設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m，最后機(jī)械破樁頭處理。

2.4.4 成樁質(zhì)量檢驗(yàn)

為了進(jìn)行鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量檢驗(yàn)，需要派專人記錄灌注樁施工過程，每一道工序都要經(jīng)過監(jiān)理工程師許可后方可執(zhí)行后續(xù)流程。

施工完成后，需要按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行成樁質(zhì)量檢驗(yàn)。成樁檢驗(yàn)的數(shù)量應(yīng)該滿足同一配合比每班不得少于一組且每5根不得少于一組，每組3件；對于直徑大于1 m的樁，每根樁應(yīng)有1組試塊，且每個(gè)澆注臺(tái)班不得少于1組，每組3件。基坑開挖后對總樁數(shù)5%的樁進(jìn)行高應(yīng)變試驗(yàn)檢測，以檢測樁身質(zhì)量及樁長。

樁基100%須進(jìn)行超聲波檢測及低應(yīng)變檢測，以確定樁身完整性。對有疑問的樁逐根進(jìn)行取芯檢驗(yàn)[8]。

如果樁不符合規(guī)定要求，或在施工中遇到異常情況，有理由認(rèn)為樁的質(zhì)量低劣，應(yīng)予以廢棄或者補(bǔ)救，廢棄的樁可在監(jiān)理工程師許可后作出詳細(xì)的補(bǔ)救設(shè)計(jì)。

2.5 開挖車站基坑

基坑的開挖順序如圖3所示，按照I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)的順序依次進(jìn)行開挖。具體開挖時(shí)，根據(jù)工程基坑幾何尺寸、圍護(hù)墻體、支撐結(jié)構(gòu)體系的布置，以及地基加固和施工條件，采用分層、分塊、對稱、平衡、留土護(hù)坡和階梯流水的方法按順序開挖和支撐，按照“時(shí)空效應(yīng)”規(guī)律，確定施工參數(shù)[9]。

圖3 市域鐵路地下車站端頭井分區(qū)開挖

在基坑開挖時(shí)，按照“隨挖隨撐、先撐后挖”的原則進(jìn)行開挖。在開挖之前施作頂冠梁，連接兩側(cè)地下連續(xù)墻。并且，在開挖至相應(yīng)標(biāo)高時(shí)，及時(shí)施作支撐，自上而下依次為6道混凝土支撐，每道混凝土支撐分別與相應(yīng)位置的冠梁或腰梁鋼筋互錨。

2.6 車站主體結(jié)構(gòu)施工

首先施作在基巖層上的超長鉆孔灌注樁及樁頂承臺(tái)。車站樁基承臺(tái)上設(shè)置有車站主體結(jié)構(gòu)，車站主體結(jié)構(gòu)包括車站各層邊墻、底板和中板結(jié)構(gòu)，在基坑施作墊層并封底后依次由下至上回筑，最后進(jìn)行覆土回填。

3 施工效果

現(xiàn)場根據(jù)《鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》，采用UDM100超聲波地下連續(xù)墻檢測儀對地下連續(xù)墻墻體完整性進(jìn)行檢驗(yàn)，成槽檢測圖譜如圖4所示。

圖4 UDM100超聲波成孔檢測圖譜

檢驗(yàn)結(jié)果顯示，圖譜顏色深淺均勻一致，說明地下連續(xù)墻成槽質(zhì)量好。根據(jù)項(xiàng)目整體檢測報(bào)告顯示，項(xiàng)目整體地連墻完整性與孔壁完整性均為良好，說明上述工藝流程能夠起到較好的控制效果。

4 結(jié)論

(1)采用上部為空樁的超長鉆孔灌注樁，將車站主體結(jié)構(gòu)的載荷傳遞到地層深處的基巖層，可以減少地下車站沉降量，保證了車站開挖與建造過程中的安全性與穩(wěn)定性；為了保證上部空樁的穩(wěn)定性，采用了跳挖法施工超長鉆孔灌注樁。

(2)利用三軸攪拌樁加固地下連續(xù)墻，可有效減少基坑的側(cè)向變形。根據(jù)檢測結(jié)果顯示，地連墻墻體完整性均為I類完整性，且基坑側(cè)向變形也在容許范圍內(nèi)，說明此方法有效保障了地下連續(xù)墻槽壁的穩(wěn)定性。