李東原

(中鐵七局集團鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450052)

0 引 言

隨著我國城市化率的提高和城鎮(zhèn)人口的增加，地下鐵路成了大城市發(fā)展的必然結(jié)果。地鐵作為大運輸量公共交通工具的代表，對緩解交通壓力具有極其重要的作用。地鐵的建設(shè)少不了基坑工程，其支護體系的設(shè)計與施工成了各施工單位考慮的重點、難點。

本文結(jié)合鄭州市南四環(huán)至鄭州南站城郊鐵路二期車站主體結(jié)構(gòu)邊坡防護工程，介紹了工程中深基坑開挖放坡防護設(shè)計施工的一些要點。

1 工程概況

鄭州市南四環(huán)至鄭州南站城郊鐵路二期工程,鄭州南站及城郊鐵路二期市政配套工程含2座地下車站交叉換乘(分別為鄭州南站13號線、鄭州南站9號線)，項目位于新鄭國際機場東南方向約6 km，距鄭州市區(qū)約40 km，處于鄭州航空港經(jīng)濟綜合實驗區(qū)中部核心地帶，車站為地下車站。

原地面以下10 m范圍內(nèi)屬于1∶1放坡開挖，地質(zhì)情況分布為：①1粉土填土層、④1粉質(zhì)粉土加黏質(zhì)粉土、④6粉質(zhì)黏土、④2粉砂。10 m以下至基坑底部為圍護樁防護垂直開挖。本次放坡支護范圍為原地面以下10 m范圍內(nèi)的放坡開挖面，見圖1。防護周長約為2 500 m，面積共計36 000 m2。

鄭州地鐵南站建設(shè)工程在項目建設(shè)實施過程中，遇到了很多難題。特別是在深基坑開挖放坡防護施工。本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑開挖深度、跨度均較大。為了保證施工安全，在建設(shè)地鐵放坡開挖基坑過程中，需要對邊坡實施臨時防護，以保證邊坡的穩(wěn)定，原設(shè)計采用掛網(wǎng)噴射混凝土加土釘?shù)姆绞綄吰逻M行防護，考慮到現(xiàn)場邊坡防護工程量大，工期緊，從經(jīng)濟角度上考慮，一方面需要的噴射混凝土材料與鋼筋網(wǎng)片較多，另一方面，傳統(tǒng)的噴錨面層后期無法回收利用，后期會產(chǎn)生大量的建筑廢料，不利于環(huán)境保護，不符合節(jié)能減排綠色施工原則。從工期角度考慮，噴錨工藝流程煩瑣，面層施工完畢后無法直接承載，需要養(yǎng)護周期，影響后續(xù)施工。針對傳統(tǒng)的掛網(wǎng)噴射混凝土土釘墻施工工藝受到工期、環(huán)保、造價等多重因素的影響下不能滿足工程需要的問題，通過查閱相關(guān)書籍、工程文獻，與設(shè)計單位溝通，希望尋找能夠既能滿足邊坡防護受力要求又可以縮短工期降低成本的邊坡防護方法。

2 支護設(shè)計方案

2.1 工程特點

支護施工工程的工期緊，如果使用傳統(tǒng)的噴射混凝土土釘墻支護將很難滿足工程預(yù)期要求。由于工程基坑支護采用的為上部10 m放坡開挖，基坑下部采用鉆孔圍護樁垂直開挖，挖方高度達到10 m，土質(zhì)普遍為粉質(zhì)黏土及粉砂土地層，故需要提升邊坡支護的標(biāo)準(zhǔn)。工程為臨時邊坡，地鐵車站施工完成后將對基坑進行回填。高鐵南站配套地鐵市政工程屬于省級重點建設(shè)項目，需要在施工過程中綜合技術(shù)、安全、經(jīng)濟、環(huán)保等因素慎重考慮設(shè)計方案。

2.2 方案選取

目前土質(zhì)邊坡傳統(tǒng)的防護方式有：掛網(wǎng)噴射混凝土加土釘墻防護、素混凝土網(wǎng)格加植草防護、砌石防護、植物防護等。經(jīng)查驗分析：當(dāng)前從各地使用的效果來看，素混凝土網(wǎng)格加植草防護并沒有達到預(yù)期效果，在草還未長成前，路段邊坡的素混凝土網(wǎng)格就已多處滑移破壞，修補工作困難，既影響了工程質(zhì)量，又造成了許多材料浪費。漿砌片石防護需要大量石材，造價較高，屬永久性邊坡防護，無法重復(fù)利用，本工程后續(xù)車站施工完成后需回填至設(shè)計標(biāo)高，故不適用。植物防護需要大量時間等待生長，不能滿足工期要求，不適合本工程。通過對面層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，建立施工新工藝，不僅滿足邊坡防護承載力，而且滿足縮短工期降低成本的要求。

基坑邊坡裝配式復(fù)合防護面層施工技術(shù)的基本原理是預(yù)先在邊坡土體中鉆孔，插入土釘注漿加固土體，隨后采用可回收的輕質(zhì)復(fù)合材料作護坡面層，如圖1所示,與土釘可靠連接，最終形成邊坡防護體系。根據(jù)可回收綠色邊坡防護結(jié)構(gòu)施工分析，研制的難點主要有4個：①護坡面層材料選用；②鋼管土釘?shù)闹谱髋c安裝；③鋼管土釘?shù)倪x用與注漿；④復(fù)合面層的鋪設(shè)技術(shù)。圍繞難點確定了研制框架，并通過方案比選確定最終方案，研制框架如圖2所示。可回收再利用邊坡支護主要由2大部分構(gòu)成，一是采用土釘注漿加固土體支護，二是可回收再利用裝配式面層鋪設(shè)。

圖1 基坑內(nèi)放坡和垂直開挖關(guān)系圖(深色為復(fù)合防護面層)

圖2 研制框圖

3 施工工藝

3.1 土釘注漿加固土體支護

經(jīng)過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，土釘鋼管套絲連接牢固，安裝后未發(fā)現(xiàn)有松動現(xiàn)象，焊接接頭質(zhì)量差，且存有安裝過程連接位置斷裂，因此選用方案1，即采用Q235鋼材壁厚不小于3 mm無縫鋼管，通過一端漏絲、一端封閉形成尖狀錨進行連接，見表1。

表1 鋼管土釘安裝記錄表

且均使用9 m的土釘與黏土層使用1 m，粉砂層采用8 m、10 m土釘均能滿足抗拉拔承載力試驗要求，考慮經(jīng)濟性原則，選用方案2即根據(jù)土層選用8 m、10 m/1 m土釘鋼管,見表2。土釘采用φ48 mm×3 mm的無縫鋼管，水平與豎直間距1.5 m。注漿采用水泥漿液，水灰比為0.5～1.0，漿體強度28 d不低于30 MPa，注漿壓力為0.6～1.0 MPa。

表2 土釘鋼管對比方案記錄表

3.2 復(fù)合面層的鋪設(shè)及搭接技術(shù)

通過對傳統(tǒng)土工格柵和復(fù)合土工格柵進行市場調(diào)研，收集并整理兩種材料參數(shù)性能，綜合安全性和經(jīng)濟性考慮選取復(fù)合土工格柵作為可回收綠色邊坡面層的材質(zhì)。

目前符合面層的鋪設(shè)方式有2種：①從下往上鋪設(shè)面層，土釘鋼管尾部與面層鋼絲繩網(wǎng)直接相連固定；②從上向下鋪設(shè)面層，土釘鋼管尾部與面層鋼絲繩網(wǎng)進行相連后設(shè)置壓接鋼板套接固定。針對該問題，咨詢相關(guān)技術(shù)專家及材料供應(yīng)廠家技術(shù)負責(zé)人。得出的建議是：從上向下鋪設(shè)面層，將面層挖孔放置于鋼管土釘外露端內(nèi)，在相鄰鋼管土釘外露端纏繞鋼絲繩網(wǎng)將它們連接成整體后，在每個鋼管土釘外露端套接一塊壓接鋼板并擰緊螺母進行固定。復(fù)合面層的鋪設(shè)與搭接技術(shù)比選見表3。

表3 復(fù)合面層的鋪設(shè)及搭接技術(shù)對比方案記錄表

經(jīng)比對，發(fā)現(xiàn)方案2更牢固，所以，復(fù)合面層的鋪設(shè)及搭接選擇從上向下鋪設(shè)面層，土釘鋼管尾部延伸出面層后設(shè)置壓接鋼板套接，并與面層鋼絲繩網(wǎng)進行相連固定方式。

試驗表明，可回收綠色邊坡面層選用的土工格柵布其抵抗內(nèi)側(cè)土壓力的效果優(yōu)于傳統(tǒng)掛網(wǎng)噴射混凝土土釘墻，承載力達到107 kN，滿足設(shè)計計算的防護能力90 kN需求。土釘墻支護為原設(shè)計內(nèi)容，已通過驗算，并對土釘?shù)目拱纬休d力做了試驗，按照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)中有關(guān)土釘驗收試驗的規(guī)定進行，最大試驗荷載為1.3N(N為土釘軸向抗拔承載力設(shè)計值)，試驗時分級加載，觀測土釘位移。防護面層裝配率=預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量/構(gòu)件的總數(shù)量=1-(后澆筑混凝土面積/防護面層總面積)=81.94%。土釘抗拔承載力試驗比選見表4。

表4 試驗錨桿設(shè)計與施工資料記錄表

土釘抗拔承載力試驗結(jié)果表明：本次設(shè)計所檢測的3根土釘，當(dāng)加載至最大荷載(1.3倍設(shè)計值)時，土釘位移穩(wěn)定或收斂、坡墻穩(wěn)定，根據(jù)土釘試驗結(jié)果，研制的設(shè)計土釘抗拔承載力滿足設(shè)計要求。通過對全過程基坑變形監(jiān)控測量數(shù)據(jù)分析，基坑最大變形量符合《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50911-2013)及《鄭州南站車站主體工程施工監(jiān)測方案》內(nèi)的要求,表明復(fù)合面層自身結(jié)構(gòu)及面層性能穩(wěn)定可靠，面層與鋼管連接及整體結(jié)構(gòu)滿足要求，性能可靠穩(wěn)定。坡面采用裝配式復(fù)合防護面層，是一種具有一定的抗拉、防曬功能的加筋輕質(zhì)高分子復(fù)合材料，邊坡支護方案示意圖如圖4所示。

圖3 邊坡支護方案示意圖

圖4 綠色裝配式防護面層

基坑開挖及支護過程中根據(jù)土體變形的時空效應(yīng)和監(jiān)測信息，科學(xué)控制開挖與支撐的間隔時間，基坑穩(wěn)定涉及到圍護結(jié)構(gòu)、支撐體系、止水帷幕、降水等各方面，某一方面施工不到位，都有可能成為基坑失穩(wěn)隱患，控制基坑變形，確保基坑穩(wěn)定及有效的控制水土流失和地表沉降是本工程成敗的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)邊坡臨時噴混凝土防護投入人力物力較多、環(huán)境污染較大的特點，提出了一種可回收型邊坡臨時防護結(jié)構(gòu)及其施工方法，除防護效果與普通噴混凝土邊坡相同外，防護材料還可在工廠預(yù)制加工和現(xiàn)場組裝，回收可再利用且外形美觀、環(huán)保。研制的可回收型邊坡臨時防護結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)邊坡噴混凝土防護工序多、工期長的難題，提高施工速度和施工質(zhì)量，降低施工成本。