施冠洲

(1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八0五隊，江蘇 南京 210001;2.江蘇華東建設(shè)基礎(chǔ)工程有限公司，江蘇 南京 210007)

1 概述

隨著城市發(fā)展，人口逐漸向城市聚集，人民群眾對地下空間的需求日益增加，地下商場、停車場、地鐵車站等都成為了群眾日常生活中必不可少的部分。地鐵車站在地下施工時，盡管從設(shè)計階段就考慮了施工中的種種因素，但由于地下各種因素的不確定性和現(xiàn)場施工的偏差，可能導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)在施工中無法滿足既定設(shè)計藍圖的要求，從而存在結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險，因此須根據(jù)施工現(xiàn)場情況，及時加固結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)安全。

以某地鐵車站地下結(jié)構(gòu)為例，分析了上軟下硬富水灰?guī)r地層結(jié)構(gòu)板墻結(jié)合處超出設(shè)計要求的原因，提出了加固措施及后續(xù)預(yù)防措施，為在類似地層上述問題的處理提供了具有實際操作性的借鑒經(jīng)驗。

2 工程概況

2.1 設(shè)計概況

某地鐵車站總長度為155 m，標準段外輪廓寬度為23.1 m，基坑深度26 m，為地下3層雙跨鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，頂、中、底板與中柱、墻形成一閉合框架，頂、中、底板設(shè)計為梁板體系。底板厚1 200 mm，-1層、-2層側(cè)墻厚700 mm，-3層側(cè)墻厚度900 mm(見圖1)。圍護結(jié)構(gòu)采用φ1 000@1 200 mm旋挖灌注樁，全包止水采用φ850@600 mm三軸攪拌樁，局部采用φ600@450 mm雙管旋噴樁，共設(shè)3道支撐，第1道支撐采用混凝土支撐，第2道、第3道支撐采用鋼支撐，規(guī)格為Ф609，t=16 mm。車站側(cè)墻與圍護結(jié)構(gòu)間設(shè)置柔性外包防水層，采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)[1-2]。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)涉及的巖土層自上而下為：

人工填土層：主要由碎石、黏性土夾建筑垃圾等組成，均勻性較差。

素填土：灰褐、灰白等色，稍壓實狀態(tài)為主，主要由粉質(zhì)黏土、砂土等回填而成，夾碎石塊等，均勻性較差，淺表層多為混凝土地面。

粉細砂層：灰白色、淺灰色，飽和，稍密為主，含黏性土，局部含中粗砂和粉質(zhì)黏土等，級配較好。

粉質(zhì)黏土層：褐黃、褐紅等色，硬塑，黏性較差，含有較多砂粒。分布在場地的西側(cè)中部。

沉積淤泥質(zhì)土：深灰色，軟塑，主要由粉黏粒及有機質(zhì)組成，具腥臭味。

泥質(zhì)粉砂巖強風(fēng)化層：灰褐色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，風(fēng)化強烈，巖石結(jié)構(gòu)破壞嚴重，巖心呈堅硬土狀、半巖半土狀，巖質(zhì)較軟，巖塊敲擊易碎，局部手折易斷，遇水易軟化，風(fēng)化不均，夾有少量中風(fēng)化巖塊，巖體破碎。

石灰?guī)r強風(fēng)化帶：灰黑色，灰褐色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，原巖風(fēng)化強烈，巖石結(jié)構(gòu)破壞嚴重，炭質(zhì)含量較高，巖芯呈半巖半土狀或碎塊狀，局部風(fēng)化不均，夾有中風(fēng)化灰?guī)r，巖塊手捏易碎，土狀者遇水易軟化崩解。

石灰?guī)r中等風(fēng)化帶：灰色，灰黑色隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層～厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，裂隙面可見方解石發(fā)育，礦物成分基本未變化，巖芯呈3 cm～20 cm柱狀，碎塊狀，RQD=7%～40%,個別為孔RQD達到89%左右，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆，局部含炭質(zhì)。該層巖石飽和狀態(tài)巖石抗壓強度平均值為47.62 MPa，為較硬巖，局部強度較高，飽和狀態(tài)巖石抗壓強度最大值為66 MPa。

石灰?guī)r微風(fēng)化帶：灰黑色，灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層～厚層狀構(gòu)造，裂隙面見方解石充填，節(jié)理發(fā)育，巖芯較破碎，呈短柱狀、長柱狀、塊狀，節(jié)長3 cm～30 cm，RQD=37%～85%，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆，局部含炭質(zhì)，有少許溶蝕現(xiàn)象。該層巖石飽和狀態(tài)巖石抗壓強度標準值為61.43 MPa，為堅硬巖，局部強度較高，飽和狀態(tài)巖石抗壓強度最大值為122 MPa。

該地鐵車站場地初見地下水位埋深為1.00 m～5.20 m，標高為6.92 m～11.87 m，穩(wěn)定水位埋深為1.20 m～6.00 m，標高為6.12 m～11.65 m。發(fā)育潛水、承壓水，潛水受大氣降水補給，與地表水具有密切的水力聯(lián)系；另外，若在場地抽取地下水，致使地下水的水力平衡關(guān)系發(fā)生改變，地下水會發(fā)生相互越流補給或排泄。

很顯然，場地地層地下水埋深淺，含水豐富，地層上軟下硬且發(fā)育強透水層，灰?guī)r層巖面起伏大，圍護樁和主體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量把控難。

3 結(jié)構(gòu)施工問題及原因分析

3.1 施工總流程

施工內(nèi)容主要包括圍護結(jié)構(gòu)施工、土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工，圍護結(jié)構(gòu)為直徑1 m灌注樁，采用旋挖鉆機成孔，成孔深度27 m，混凝土為P8，C35；上部地層土方開挖采用挖機開挖，下部土方巖層逐漸變硬，采用炮機破除，局部采用靜態(tài)爆破破除。開挖過程中基坑降水以管井降水為主，排水溝明排為輔。本基坑采用雙排降水井(共15口)進行降水，降水井間距20 m，梅花形布置，管井鉆孔直徑1 m，井管直徑0.6 m。地鐵車站施工總流程如圖2所示。

3.2 施工問題及原因分析

土方開挖完成后，在綁扎完第一塊底板及板墻結(jié)合處鋼筋后，驗收過程中發(fā)現(xiàn)-3層5 m高度范圍內(nèi)的側(cè)墻和板墻結(jié)合處結(jié)構(gòu)尺寸較藍圖設(shè)計的厚度900 mm整體薄200 mm(見圖1)?，F(xiàn)場在基坑開挖過程中發(fā)現(xiàn)，基坑?xùn)|、西兩側(cè)圍護樁整體向東傾斜，垂直度偏差超過1.2%，超過設(shè)計要求的0.5%。由于圍護樁傾斜，圍護結(jié)構(gòu)侵入-3層空間，在鑿除部分侵入樁身結(jié)構(gòu)后，樁主筋外露，為保證基坑安全，無法繼續(xù)鑿除。因此導(dǎo)致-3層板墻結(jié)合處及部分側(cè)墻結(jié)構(gòu)尺寸無法滿足設(shè)計要求。該項目出現(xiàn)上述問題的原因分析如下：

1)該項目所在地層存在泥質(zhì)粉砂巖強風(fēng)化層、石灰?guī)r強風(fēng)化帶、石灰?guī)r中等風(fēng)化帶、石灰?guī)r微風(fēng)化帶，巖石堅硬程度屬較硬巖，巖層標高變化差異較大，不易擊碎，如鉆孔灌注樁穿透中風(fēng)化石灰?guī)r12.2 m，強度達到66 MPa，旋挖成孔難度極大。

2)地層上軟下硬，且進入灰?guī)r后巖面存在起伏，同時旋挖鉆桅桿接口松動，定位后下鉆前儀器顯示沒問題，但在下鉆過程中，遇到硬巖后，桅桿鉆頭往設(shè)備對立一面偏移，從而引起樁孔偏移。

3)現(xiàn)場場平標高變化較大，地面存在坡度，旋挖鉆機就位過程中未保證平穩(wěn)牢固，同時旋挖機手經(jīng)驗不足，對地層情況把控不清晰，入巖后加壓手法和力度控制不當，導(dǎo)致樁孔偏移。

4)施工隊伍測量把控不嚴，基坑開挖過程中未能精確掌握圍護結(jié)構(gòu)偏移情況，為后續(xù)施工提供依據(jù)。

5)施工隊伍技術(shù)水平較低，安全質(zhì)量意識不強，未能清晰的認識板墻結(jié)構(gòu)變薄后存在的風(fēng)險，盲目按圖施工，生搬硬套進行鋼筋綁扎，為后續(xù)方案調(diào)整帶來了新的麻煩。

4 加固措施及后續(xù)預(yù)防措施

側(cè)墻和板墻結(jié)合處達不到設(shè)計要求的范圍內(nèi)，地層上軟下硬，地下水位埋深淺，結(jié)構(gòu)底板受到的浮力和側(cè)墻受到的側(cè)向水壓力在板墻結(jié)構(gòu)處集中，板墻結(jié)合處受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)安全存在較大風(fēng)險。

4.1 加固措施

該結(jié)構(gòu)為3層結(jié)構(gòu)，-1層、-2層側(cè)墻厚700 mm，因地下水埋深較淺、基坑較深，為保證結(jié)構(gòu)安全，-3層側(cè)墻墻厚設(shè)計為900 mm，底板厚1 200 mm，板墻結(jié)合處原設(shè)計配筋為28@150 mm+28@150 mm(底板錨入)+22@150 mm(第二排附加筋)，底板下緣鋼筋錨入側(cè)墻2 000 mm，側(cè)墻外緣鋼筋錨入底板3 500 mm(見圖3)。

為了保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全，保證結(jié)構(gòu)板墻結(jié)合處受力，從設(shè)計和施工兩個方面對現(xiàn)有問題進行分析并提出措施。

設(shè)計措施如下：

1)對于已按原設(shè)計進行鋼筋綁扎的底板，無法通過調(diào)整鋼筋直徑的方式加強節(jié)點受力，采取通過增加附加筋的形式對板墻結(jié)合處進行加固，具體調(diào)整情況如下：調(diào)整為28@150 mm+28@150 mm(底板錨入)+22@150 mm(第二排附加筋)+25@150 mm(第三排附加筋)，即在已經(jīng)綁扎好的鋼筋內(nèi)增加一排直徑25 mm間距150 mm的附加筋。

2)由于樁身傾斜，隨著結(jié)構(gòu)往上施工，圍護樁侵入主體結(jié)構(gòu)的范圍逐漸減小，同時可通過適當鑿除圍護樁保護層的方式，保證側(cè)墻厚度，外側(cè)鋼筋按照1∶6的斜率逐漸過渡至原設(shè)計方案位置。其他段若還有侵限情況，建議先鑿除侵限部分，保證側(cè)墻厚度，再下料鋼筋施工。

3)對于未綁扎鋼筋的底板，在能夠保證基坑安全的情況下，優(yōu)先采取通過鑿除圍護結(jié)構(gòu)保護層的方式保證側(cè)墻厚度。當鑿除后仍無法滿足側(cè)墻厚度要求時，通過調(diào)整鋼筋直徑的方式對結(jié)構(gòu)進行加固，具體調(diào)整情況如下：32@150 mm+32@150 mm(底板錨入)+25@150 mm(第二排附加筋)，即將原來直徑28 mm的鋼筋調(diào)整為32 mm、直徑22 mm的鋼筋調(diào)整為25 mm，同時保持鋼筋數(shù)量和間距不變[3-5]。

施工措施如下：

1)對于已按原設(shè)計進行鋼筋綁扎的底板，由于第三排附加鋼筋須在第二排鋼筋內(nèi)側(cè)，同時鋼筋錨入側(cè)墻2 000 mm，側(cè)墻外緣鋼筋錨入底板3 500 mm，如采用成型鋼筋無法穿過已綁扎的鋼筋進行施工，不具備可操作性?，F(xiàn)通過在彎錨鋼筋中設(shè)至螺栓套筒接頭的方式進行鋼筋下料和綁扎，螺紋套筒須采用一級套筒，套筒位置在考慮下料方便的前提下宜相互錯開。

2)對于未綁扎鋼筋的底板，在鑿除圍護結(jié)構(gòu)保護層過程中不得破壞樁身，影響圍護結(jié)構(gòu)受力。鑿除過程中，應(yīng)加強基坑監(jiān)測，動態(tài)關(guān)注支撐軸力和地表沉降等重要指標的變化量。當鑿除后仍無法滿足側(cè)墻厚度要求時，應(yīng)嚴格按設(shè)計要求調(diào)整鋼筋直徑，控制鋼筋間距，確保板墻結(jié)構(gòu)受力安全[6-8]。

采用上述措施后完成了主體結(jié)構(gòu)的施工，車站質(zhì)量順利驗收，驗證了上述措施的可行性。

4.2 預(yù)防措施

為防止后續(xù)類似工程出現(xiàn)相同問題，針對上軟下硬富水灰?guī)r地層地下結(jié)構(gòu)的施工問題，可采取如下措施：

1)施工灌注樁時，需保證場地平整，做好設(shè)備維保，確保旋挖鉆桅桿接口未出現(xiàn)松動，成孔前根據(jù)地層做好機手培訓(xùn)，成孔后可使用超聲波成孔質(zhì)量檢測儀檢測樁孔垂直度。

2)適當增加圍護結(jié)構(gòu)外放量。

3)進入起伏巖面成孔中垂直度控制困難時，加長筒鉆的方式保證成孔垂直度。

4)開挖過程中要定期對圍護樁位置進行測量，動態(tài)掌握圍護樁垂直度和侵線情況，為后續(xù)施工判斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時開挖過程中應(yīng)做好降水，確保水位位于開挖面底50 cm。當圍護結(jié)構(gòu)鑿除量過多時，應(yīng)加密基坑監(jiān)測，確?；影踩?。

5)當出現(xiàn)板墻結(jié)合處側(cè)墻變薄的情況下，切忌盲目按圖紙綁扎底板鋼筋，通過與設(shè)計溝通核算后，采用增加鋼筋直徑的方式調(diào)整為最佳[9-10]。

5 結(jié)論

1)在富水地層中板墻結(jié)合部位，結(jié)構(gòu)底板受到的浮力和側(cè)墻受到的側(cè)向水壓力在板墻結(jié)構(gòu)處集中，板墻結(jié)合處受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)必須嚴格按照設(shè)計要求進行施工，否則結(jié)構(gòu)安全存在較大風(fēng)險。

2)在上軟下硬富水灰?guī)r地層中旋挖成孔垂直控制難，須采取針對性的措施保證成孔垂直度，成孔前確保旋挖鉆桅桿接口未出現(xiàn)松動，成孔后可使用超聲波成孔質(zhì)量檢測儀檢測樁孔垂直度。

3)當板墻結(jié)合節(jié)點因圍護結(jié)構(gòu)侵入無法保證設(shè)計要求厚度時，可通過加大板墻結(jié)合節(jié)點鋼筋直徑的方式對板墻結(jié)合節(jié)點進行加固，確保結(jié)構(gòu)受力。

4)當板墻結(jié)合節(jié)點因圍護結(jié)構(gòu)侵入無法保證設(shè)計要求厚度時，同時現(xiàn)場又已按原設(shè)計綁扎鋼筋時，可通過增加附加筋的方式對板墻節(jié)點進行加固。為實現(xiàn)施工，彎錨鋼筋通過一級套筒的方式分段連接。