贠永峰，吳祿源，袁超，王磊

(西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，陜西西安710054)

西安地鐵四號(hào)線五路口站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

贠永峰，吳祿源，袁超，王磊

(西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，陜西西安710054)

西安地鐵四號(hào)線五路口站處于工程地質(zhì)條件較復(fù)雜的地段，采用半幅鋪蓋明挖順作法施工。其圍護(hù)結(jié)構(gòu)利用鉆孔灌注樁加水平旋噴樁止水，在樁頂部設(shè)置冠梁和連系梁。本文闡述了該圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、主要施工工藝、施工難點(diǎn)及解決措施、圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和沉降的監(jiān)測(cè)方案。結(jié)果顯示，樁頂累計(jì)水平位移6.7 mm，樁體累計(jì)沉降6.6 mm，滿足基坑穩(wěn)定和安全的要求。

圍護(hù)結(jié)構(gòu) 鉆孔灌注樁 旋噴樁 監(jiān)測(cè)

近兩年來(lái)西安地區(qū)地鐵工程的建設(shè)達(dá)到了一個(gè)高峰，從2013年至今在建的地鐵工程有西安地鐵三、四、五、六號(hào)線。地鐵工程的施工導(dǎo)致城市內(nèi)出現(xiàn)了大量的基坑工程，而西安地區(qū)屬于典型的黃土地區(qū)。根據(jù)地質(zhì)勘查，車(chē)站所在位置主要有人工填土、濕陷性黃土、飽和軟黃土等不良地層。與此同時(shí)很多車(chē)站位于建筑物密集、地下管線復(fù)雜，道路狹窄地段。在此地段施工時(shí)，如果施工技術(shù)措施不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)基坑變形過(guò)大、坍塌等重大工程事故［1-2］。文中針對(duì)西安四號(hào)線五路口站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，研討施工工藝、監(jiān)測(cè)技術(shù)措施等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

1 工程概況

1.1 工程環(huán)境

西安地鐵四號(hào)線五路口站為地下三層，位于東西五路與解放路十字路口南側(cè)，南接大差市站，北接火車(chē)站，是一、四號(hào)線的T形交叉換乘站。車(chē)站基坑的長(zhǎng)度為161.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為22.1 m?；悠骄_(kāi)挖深度為23.1 m。五路口平面布置見(jiàn)圖1。

1.2 工程水文地質(zhì)

車(chē)站擬建場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)平坦，屬黃土梁洼地貌。地下水位埋深在-9.8～-11.0 m，地下潛水位高程為391.27～392.79 m。地下水主要賦存于中、上更新統(tǒng)黃土及砂層中，含水層厚度＞50 m，在一定的條件下孔隙水表現(xiàn)出一定的微承壓性。地下水位附近新黃土的含水量達(dá)到飽和，甚至大于液限，使得此處新黃土呈軟塑～流塑狀態(tài)、承載力低、壓縮性高，穩(wěn)定性差，這對(duì)工程有一定的危害。各土層的劃分和性質(zhì)見(jiàn)表1。

圖1 五路口車(chē)站平面布置

表1 土層劃分和巖性特征

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方案

五路口車(chē)站采用半幅鋪蓋明挖順作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+水平旋噴樁止水帷幕，在樁頂設(shè)冠梁和連系梁。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)共設(shè)4道支撐，其中第1道為600 mm×800 mm混凝土支撐，第2，3，4道為鋼管支撐。圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段剖面示意如圖2，設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段剖面

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工分為兩期。第一期:施工車(chē)站西側(cè)圍護(hù)樁及車(chē)站中間臨時(shí)立柱樁→施工西側(cè)圍護(hù)樁樁間的旋噴止水帷幕→破除樁頭，施工冠梁及臨時(shí)立柱樁頂連系梁→開(kāi)挖西側(cè)基坑第一層土方，施工西半邊第1道混凝土支撐→修筑西側(cè)臨時(shí)鋪蓋系統(tǒng)，地面交通疏導(dǎo)至西側(cè)。第二期:對(duì)東側(cè)場(chǎng)地進(jìn)行圍擋，施工東側(cè)圍護(hù)樁及樁間旋噴止水帷幕→逐層開(kāi)挖基坑，進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)建設(shè)。

2.2 施工流程、工藝及方法

灌注樁的施工工藝流程［3-5］:在施工部位開(kāi)挖深槽，勘測(cè)實(shí)際地下管線及構(gòu)筑物的情況→定出樁位，檢查鉆機(jī)平整度和鉆桿的垂直度→埋設(shè)鋼護(hù)筒，檢查并保證護(hù)筒的穩(wěn)定，輕壓慢鉆→鉆進(jìn)到標(biāo)高時(shí)，檢查樁的孔深、孔徑，檢測(cè)樁孔內(nèi)沉渣并清孔→吊放鋼筋籠，保證不碰撞孔壁，就位后立即固定→下放導(dǎo)管，邊澆筑邊提升導(dǎo)管→回填樁孔，跳樁施工，待樁體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，順序施工灌注樁間旋噴樁→鑿除樁頂多余部分的混凝土，施作樁頂冠梁→采用與鉆孔樁相同工藝施工中間臨時(shí)立柱樁，施工連系梁及擋土墻→吊裝鋪蓋部分的軍用梁，并將圍擋倒置車(chē)站另一側(cè)施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)剩余部分。

五路口環(huán)形天橋位于基坑北側(cè)的上方，外形為正圓形，半徑32.21 m，橋面有效寬度4.06 m，高6.8 m，橋下凈高5.4 m。由于旋挖鉆機(jī)屬大型樁基施工機(jī)械，其外形尺寸高大，需要開(kāi)闊的場(chǎng)地及空間高度才能使用，而五路口天橋下的凈空高度僅5 m左右，根本不滿足旋挖鉆機(jī)成孔的工藝要求。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，五路口站設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的土質(zhì)為黏性土，故采用鍋錐鉆機(jī)直接鉆進(jìn)、自造漿護(hù)壁工藝。該工藝適宜在黏性土層中作業(yè)，不僅機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)布置方便，而且施工成本較低。最主要的是其成樁空間尺寸要求少，剛好滿足天橋底下空間尺寸不足的施工環(huán)境。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用旋噴樁和灌注樁咬合，并采用二重管法施工。對(duì)于二重管法［6］，噴射注漿工藝是成樁質(zhì)量的關(guān)鍵，成孔后進(jìn)行注漿，當(dāng)漿液溢出鉆孔口后，即開(kāi)始旋轉(zhuǎn)提升。噴射過(guò)程中對(duì)風(fēng)壓、漿壓、水泥漿比重、提升速度等技術(shù)指標(biāo)隨時(shí)作好記錄，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)采取措施。

2.3 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)在成孔過(guò)程中，對(duì)于土質(zhì)條件較好的黃土層，不用泥漿護(hù)壁，采用注水加壓，抬高水頭辦法來(lái)穩(wěn)定孔壁。而在砂土層鉆進(jìn)的過(guò)程中易塌孔，則需要采用泥漿護(hù)壁，必要時(shí)可采用5 mm厚的鋼護(hù)筒。在基坑?xùn)|、西兩端各布置一座容量16 m3的泥漿池，采用黏土進(jìn)行原土造漿，滿足施工的強(qiáng)度要求。

2)臨時(shí)立柱樁(灌注樁)施工時(shí)，確保鉆孔的垂直度，基底沉渣量要在控制值內(nèi)。半幅鋪蓋路面不允許運(yùn)土和荷載較重的車(chē)輛通行，基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)控制開(kāi)挖速度和開(kāi)挖順序，不得對(duì)中間臨時(shí)立柱樁產(chǎn)生側(cè)向土壓力。

3)旋噴樁施工過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生20%左右的返漿，要修建排污和水泥漿拌制系統(tǒng)對(duì)廢漿進(jìn)行處理。在主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，在現(xiàn)場(chǎng)至少選兩處進(jìn)行試樁，試樁結(jié)束后，開(kāi)挖檢查樁的質(zhì)量，然后確定旋噴樁的漿液配比、噴射壓力、噴漿提升速度等技術(shù)參數(shù)［7-9］。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與分析

通過(guò)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)掌握周?chē)馏w和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形的實(shí)際情況，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)工程圍護(hù)體系變形及穩(wěn)定狀態(tài)加以評(píng)價(jià)，并預(yù)測(cè)其發(fā)展情況。根據(jù)預(yù)測(cè)判定施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響程度，確定后續(xù)工序安排，必要時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)、施工工藝和施工方法，使施工處于最佳受控狀態(tài)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置見(jiàn)圖3，圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案見(jiàn)表3。

圖3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

表3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案

3.1 樁頂水平位移

樁頂水平位移是圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的監(jiān)測(cè)，取代表性測(cè)點(diǎn)S3，S8，S11，S12，S16，S18的監(jiān)測(cè)值進(jìn)行分析。累計(jì)水平位移見(jiàn)圖4和表4(向基坑內(nèi)側(cè)偏移為負(fù)值，中間樁向鋪蓋區(qū)域偏移為負(fù)值)。

圖4 測(cè)點(diǎn)累計(jì)水平位移曲線

表4 基坑開(kāi)挖完成后累計(jì)水平位移mm

從圖4可知，基坑開(kāi)挖的初期，由于基坑土體的卸荷和基坑兩側(cè)較大水壓力的作用，樁頂水平位移增長(zhǎng)速率較快。當(dāng)基坑開(kāi)挖到6～8 m時(shí)由于設(shè)置了第2和第3道橫向支撐以及持續(xù)降水，位移增長(zhǎng)速率逐漸降低，但累計(jì)位移仍在增加。從表4可以看出，基坑開(kāi)挖完成后，由于車(chē)站主體的建設(shè)采取橫向分段、豎向分層的施工方法，隨著車(chē)站主體結(jié)構(gòu)的施工，水平位移變化率趨于0，位移趨于穩(wěn)定。

3.2 樁體沉降

五路口車(chē)站采用半幅鋪蓋明挖法施工，基坑中間設(shè)置臨時(shí)立柱樁，樁體不僅受到基坑開(kāi)挖的影響，還承受鋪蓋體系和路面行駛車(chē)輛的荷載。在施工過(guò)程中，臨時(shí)立柱樁是保證整個(gè)基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵，但受力比較復(fù)雜，是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。取代表性測(cè)點(diǎn)C1，C3，C5，C8，C9，C11監(jiān)測(cè)值進(jìn)行分析，累計(jì)沉降曲線見(jiàn)圖5(圖中正值表示下沉，負(fù)值表示隆起)。

圖5 測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降曲線

由圖5可知，基坑開(kāi)挖初期，由于開(kāi)挖深度較淺，測(cè)點(diǎn)沉降較小，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，周?chē)馏w和樁間摩阻力減少，并且土體開(kāi)始排水固結(jié)，沉降速率較大。

基坑開(kāi)挖完成后累計(jì)沉降見(jiàn)表5?？梢钥闯?，隨著主體結(jié)構(gòu)的施工，沉降速率逐漸變小，沉降值幾乎不再增加。累計(jì)沉降最大達(dá)到6.6 mm。

表5 基坑開(kāi)挖完成后累計(jì)沉降mm

4 施工中常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施

4.1 開(kāi)挖問(wèn)題

鉆進(jìn)過(guò)程中曾發(fā)生兩次事故:第一次灌注樁施工時(shí)將某移動(dòng)電線挖斷。第二次是開(kāi)挖基坑時(shí)將已有的煤氣管線挖爆，致使施工暫停，工期延長(zhǎng)。

主要原因:①該車(chē)站位于老城區(qū)，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，因時(shí)間久遠(yuǎn)，相關(guān)部門(mén)提供的資料不全;②管線的位置沒(méi)有準(zhǔn)確確定?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)也沒(méi)有進(jìn)行核實(shí);③在挖土機(jī)開(kāi)挖至管線上部時(shí)，沒(méi)有減緩速度和力度。

處理措施:對(duì)于破壞的管線，按照相關(guān)管線管理部門(mén)的要求進(jìn)行修復(fù)或更換。并制定相應(yīng)的方案對(duì)管線進(jìn)行懸吊、改遷等。

4.2 成樁問(wèn)題

澆筑完成后的樁，在樁身的多個(gè)部位出現(xiàn)混凝土淤積，在基坑的北側(cè)臨近一號(hào)線車(chē)站的樁特別是中間臨時(shí)立柱樁問(wèn)題較為嚴(yán)重。由于某些樁徑的擴(kuò)大導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的預(yù)留洞口變小。在主體結(jié)構(gòu)施工前要考慮淤積部位的最大寬度，過(guò)大的必須破除。淤積病害見(jiàn)圖6。

主要原因:①由于第二層土質(zhì)為素土，其疏密不均勻并含有少量磚渣，導(dǎo)致鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭偏離鉆進(jìn)方向;②由于每層土的軟硬程度不一，在鉆至土層交界面時(shí)，會(huì)因鉆壓沒(méi)有及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致鉆頭受力不均而偏離原方向;③由于車(chē)站的施工場(chǎng)地比較狹窄，大量材料和廢渣都堆放在鉆孔邊緣，導(dǎo)致鉆機(jī)在鉆進(jìn)的過(guò)程中出現(xiàn)偏移。

圖6 中間臨時(shí)立柱樁局部淤積

處理措施:對(duì)于有局部淤積的中間臨時(shí)立柱樁要測(cè)量圍徑，超過(guò)主體結(jié)構(gòu)預(yù)留孔洞圍徑的，通過(guò)人工或機(jī)械對(duì)樁外側(cè)破除使圍徑滿足要求。

5 總結(jié)

1)四號(hào)線五路口工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用灌注樁加旋噴樁構(gòu)成止水帷幕，嚴(yán)格控制關(guān)鍵施工技術(shù)，并通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，有效地解決了濕陷性黃土地層下深基坑變形大、坑底易隆起等問(wèn)題，且對(duì)周邊環(huán)境影響較小。該圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)可在西安其他地鐵車(chē)站施工中推廣應(yīng)用。

2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示樁頂累計(jì)水平位移6.7 mm，樁體累計(jì)沉降6.6 mm，滿足基坑穩(wěn)定性和安全性的要求。

［1］徐安軍，王建華，丁勇春.上海地鐵明珠線二期西藏南路站基坑施工技術(shù)［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28(增):1707-1711.

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［9］全國(guó)一級(jí)建造師執(zhí)業(yè)資格考試試用書(shū)編寫(xiě)委員會(huì).市政公用工程管理與實(shí)務(wù)［M］.4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

Construction technology of closure structure of deep foundation pit for Wulukou station of Xi'an metro line 4

YUN Yongfeng，WU Luyuan，YUAN Chao，WANG Lei
(Institute of Architecture and Civil Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an Shaanxi 710054，China)

W u Lukou station of Xi'an 4#subway locates in the complex engineering geological area and the half blanket and open excavation method should be adopted in construction.T he retaining structure of foundation is the occlusion of bored pile and horizontal jet grouting pile and setting top beam and tie beam at the top of pile.T his paper discussed the characteristics，the main construction technology，construction difficulty and solving measures for such retaining structure and the monitoring plan of retaining structure horizontal displacement and settlement.T he results showed that the cumulative horizontal displacement of pile top is 6.7 mm and the cumulative pile settlement is 6.6 mm，which meets the stability and safety requirements of foundation pit.

Retaining structure;Bored pile;Jet grouting pile;M onitoring

TU473.1+4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.20

1003-1995(2015)05-0078-05

(責(zé)任審編葛全紅)

2014-10-10;

2015-03-20

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(51404193)

贠永峰(1961—)，男，陜西咸陽(yáng)人，副教授，博士。