膨脹土層地區(qū)車站深基坑施工研究

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0引言

社會經(jīng)濟的快速發(fā)展帶動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，需要對深基坑進行處理和支護，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號線機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）14m島式車站，雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)，有效站臺長186m，有效站臺中心里程為YDK95+400.000，頂板覆土厚度約為3.65～5.35m，底板埋深22.4～23.5m。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500KPa。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300KPa。

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，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。進行膨脹性試驗并加以統(tǒng)計判定。本車站場地范圍內(nèi)的<4-0>有機質(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～強膨脹性，膨脹土分布于基坑底板以上，對基坑開挖和圍護結(jié)構(gòu)有一定影響。膨脹土特性見表1。

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，分流水段進行作業(yè)。每單段長度為20～30m，每層開挖深度不得大于2m。每開挖一小段（6～8m）后，及時架設(shè)支撐。分段開挖主要分為兩個階段。第一階段同時分三個作業(yè)面進行開挖施工：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進行土方開挖施工。第二階段隔離樁至小里程端方向結(jié)構(gòu)頂板完成50m（第16、17單元完成），結(jié)構(gòu)達到設(shè)計強度后進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。第二階段同時分四個作業(yè)面進行開挖施工，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，用挖掘機挖土、裝車，運土車由基坑馬道運出施工現(xiàn)場。臺階法不能施工的局部區(qū)域，采用長臂挖掘機開挖配合汽車吊配以鋼制吊斗垂直運輸。

3.3基坑樁間網(wǎng)噴施工

樁間掛網(wǎng)錨噴支護，噴層厚度150mm，掛網(wǎng)鋼筋采用A8@150×150mm，噴射混凝土等級C20，每根樁上植入C18、L=0.45m拉筋（使用植筋膠），沿每根圍護樁豎向間距1.5m向下15°角打設(shè)。（1）加強橫筋加強橫筋為C18的鋼筋，豎向間距1m設(shè)置；在樁間距大于2m即樁凈間距大于0.8m（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，加強橫筋的豎向間距按0.5m加密設(shè)置。在安裝加強橫筋的位置對圍護樁樁體保護層鑿除，露出鋼筋籠主筋，加強橫筋需與圍護樁主筋焊接。并焊接固定筋固定加強橫筋。固定筋采用A10圓鋼，與鋼筋籠主筋單面面焊接，焊縫長度10cm。（2）加強豎筋加強豎筋為C16的鋼筋，橫向間距為0.5倍樁間距即圍護樁和樁間均需設(shè)置，長度為基坑深度；固定鋼筋、加強橫筋、加強豎筋需與掛網(wǎng)鋼筋、圍護樁樁牢固連接，避免鋼筋網(wǎng)掉落。

3.4網(wǎng)噴面鋼板固定

目前按原設(shè)計已施做完成的網(wǎng)噴面，需在高于第二道鋼圍檁1.2m（鋼圍檁上操作較為簡單的高度，不局限于1.2m）的位置，增加一道鋼板采用M12的螺栓固定在網(wǎng)噴面上，螺栓需錨固在圍護樁上。鋼板厚5mm，寬度200mm，長度2.2m，分段連續(xù)設(shè)置。在每段鋼板兩端共設(shè)置4個M14預(yù)留孔（4個角上各一處）。第三道鋼圍檁若在泥巖區(qū)域，可不用鋼板固定，后期按加強橫筋加強處理的網(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130t汽車吊吊運。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100t或200t的大功率千斤頂施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)加軸力一般分兩級施加，第一次施加至設(shè)計預(yù)壓50%，第二次再施加到設(shè)計規(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6m，調(diào)節(jié)段長度根據(jù)支撐長度設(shè)計，選用法蘭高強螺栓進行節(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?；愉撝问疽庖妶D1。①千斤頂預(yù)加軸力一定要分級加載；②鋼管橫撐的安裝時段務(wù)必嚴(yán)格依照設(shè)計情形掌握，土方開挖時一定要分段分層，鋼支撐要按照基坑開挖深度與開挖時間架設(shè)；③全部支撐的連接點，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)計者討論后認(rèn)為：地鐵車站的基坑工程總體控制防護級別為1級，因而需要以2個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20m，則整個影響范圍為40m，即40m以下的管道和建筑物，將成為本次工程的重點保護對象。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時監(jiān)控，可以及時發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題和安全隱患，從而及時改變施工設(shè)計，及時調(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)計要求施工，高出地面不得低于60cm。（2）地面排水溝遠離基坑，與地面硬化同期實施、一次成型避免排水溝內(nèi)的水下滲，同時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，排放至集水坑進行抽排，防止基坑壁后積水通過泄水管直接噴涌進入基坑，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2m，開挖完成后及時進行樁間掛網(wǎng)錨噴施工，在養(yǎng)護完成后方可進行下一層開挖，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，噴錨完成后及時安裝鋼板加固。

7結(jié)語

文章結(jié)合成都軌道交通17號線機車廠站為例，對膨脹土地層地鐵車站的深基坑快速施工技術(shù)進行研究?；娱_挖時由于采用鋼支撐的原因，對上部圍護結(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，穩(wěn)固性較好、性質(zhì)相對穩(wěn)定，開挖深度較深時圍護結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)變形逐漸明顯，同時做好封閉隔水措施，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度去減小膨脹力的影響，同時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?；蛹爸苓吔ㄖ陌踩?。

參考文獻

[1]魏金勝，鄭立寧.膨脹土深基坑工程對臨近地鐵變形影響研究[J].四川建筑，2019，39（4）：100-103，107.

作者:姜興海 單位:中鐵十六局集團地鐵工程有限公司