龔玲峰

(中土集團福州勘察設計研究院有限公司 福建福州 350000)

1 車站概況

車站位于十字路口處，東南方向為廠房，西南方向為空地，三角地處為臨街兩層商業(yè)板房，東北方向為多層民房及臨時工棚，西北方向為防水材料公司，片區(qū)現(xiàn)狀以民房及廠房為主，如圖1所示。

圖1 車站場址

車站所在場地的特殊性巖土主要有:填土、軟土及風化巖。場地分布的軟土層有〈2-4-1〉淤泥、〈2-4-2〉淤泥質(zhì)土、〈3-5-1〉淤泥夾砂層，厚度平均達10 m。軟土具有含水量高，孔隙比大，壓縮性高，抗剪強度低，靈敏度高的特點。地鐵施工時，如過度降水或?qū)浲恋募庸烫幚聿划?、地面超載、地鐵運行震動等容易產(chǎn)生變形固結(jié)，極易引起地面不均勻沉降。

場地地下水類型分為上層滯水和承壓水兩種，根據(jù)場地鉆孔資料，孔隙承壓水主要在〈3-2〉(泥質(zhì))粉砂和(含泥)中砂中，該承壓水層對工程建設的影響較大，特別是對基坑開挖有較大影響。

2 基坑設計的重難點分析

2.1 基坑圍護結(jié)構(gòu)體系選型

現(xiàn)今地鐵設計中，最常用的支護形式[1]有地連墻+內(nèi)支撐、排樁+內(nèi)支撐體系、SMW工法樁+內(nèi)支撐體系等。

地連墻支護一般由地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐(混凝土支撐、鋼支撐)組成，這種支護體系靈活，可順筑、可逆筑、也可半逆筑，施工過程中對周邊環(huán)境擾動小，且防滲性能好，適用于各種地層及周邊環(huán)境復雜的深基坑中，適用的基坑深度大。

排樁支護通常由排樁、支撐及止水帷幕組成，多用于7～15 m深的基坑工程中。當開挖深度范圍內(nèi)水位較高時，需要采取隔水措施及降水措施，排樁施工過程中樁間容易產(chǎn)生滲水等問題。

SMW工法樁支護是由工法樁與內(nèi)支撐組成，該方式同地連墻支護一樣，對環(huán)境擾動小，抗?jié)B性好，剛度大，但是目前就工法樁的一些設計參數(shù)沒有統(tǒng)一標準，施工的質(zhì)量有時難以保證。

本基坑地處淤泥地層，施工難，基坑變形也不易控制，其基坑圍護結(jié)構(gòu)體系的選取是一項設計難點。

2.2 深厚淤泥層開挖方式的選擇

本車站位置處于道路路口，其基坑開挖范圍內(nèi)淤泥層厚度達10 m左右，呈深灰色，流塑，飽和，以黏粒為主。深厚的軟土層的開挖容易造成支護結(jié)構(gòu)失效[2]、基坑失穩(wěn)、滲透變形、地面沉降、坑底隆起和突涌等。在設計時，其開挖方式的選取也是一項難點。

2.3 基底處理方式的選擇

對基底內(nèi)側(cè)土體的加固可以提高被動土壓力區(qū)土體的整體強度和側(cè)向抗力，還能控制圍護結(jié)構(gòu)的位移情況，降低周邊既有建筑物及地下管線的沉降風險，防止坑底土體隆起破壞及滲流破壞，一定程度上還能彌補圍護結(jié)構(gòu)嵌固深度不足等問題。

軟土地層中常用的基底加固方式有:裙邊加固、抽條加固、滿堂加固、格柵加固等，施工方式有采用三軸攪拌樁或高壓旋噴樁進行加固。本基坑地處淤泥地層，采取哪種基底加固方式也是一項設計重點。

2.4 周邊環(huán)境加固方式的選擇

基坑開挖過程中需要對周邊環(huán)境采取加固措施，如果不采取加固措施，周邊既有建構(gòu)筑物及管線等變形會超出變形允許范圍，這嚴重影響到既有建構(gòu)筑物等的使用安全和壽命，從而有可能會導致工程索賠，因此，采取加固保護措施是十分必要的。

本工程主要臨近淺基礎民房及廠房，且周邊管線復雜，除了市政排水排污等管網(wǎng)以外，還有110 kV電力架高線和電桿等。需要考慮加固措施對高壓電桿和房屋的擾動影響，因此，設計時，對距離基坑多少米范圍內(nèi)的建構(gòu)筑物采取何種加固方式也是一項設計難點。

3 深厚軟土層基坑設計措施

3.1 基坑圍護結(jié)構(gòu)設計

3.1.1 基坑圍護結(jié)構(gòu)體系方案

綜合上述情況，設計時考慮在成槽前對地下連續(xù)墻壁進行槽壁加固，加固深度至淤泥層底以下1 m，以此防止地連墻在深厚軟土層施工時造成塌槽。主體圍護結(jié)構(gòu)采用地下三軸攪拌樁+連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系。

車站所在范圍及周邊地下管網(wǎng)繁雜，類型眾多，管徑及埋深不一，主要有110 kV電力架高線、D400污水管等。因110 kV高壓線遷改困難、所耗資金龐大且工期長，因此不采用高壓線遷改的方式，此種情況下設計時需要考慮施工過程中高壓線的限高要求。非高壓線及電桿影響范圍內(nèi)地連墻墻幅寬6 m，成槽前采用三軸攪拌樁進行槽壁加固，高壓線及電桿影響范圍內(nèi)地連墻墻幅調(diào)為3 m，槽壁加固采用三重管高壓旋噴樁。

盾構(gòu)段和標準段圍護均采用800 mm厚地連墻+四道內(nèi)支撐+一道換撐，如圖2～圖3所示，蓋挖段圍護采用800 mm厚地連墻+三道內(nèi)支撐+一道換撐。第一道支撐為800 mm×800 mm砼支撐，間距4.5 m 或9 m；第二、三、四道采用φ800，t＝16 mm鋼支撐，間距2.5 m或3 m；換撐為φ609，t＝16 mm鋼支撐，間距3 m；蓋挖段支撐均為φ609，t＝16 mm鋼支撐，間距3 m；中設臨時立柱支撐體系，臨時立柱采用φ600鋼立柱。

圖2 標準段基坑剖面圖

圖3 支撐平面布置

3.1.2 基坑圍護結(jié)構(gòu)體系變形分析

3.1.2.1 車站標準段模型建立

以標準段為例，假定土體滿足材料的連續(xù)性和均勻性，且為彈塑性體，應力應變滿足摩爾庫倫理論，支撐體系為理想彈性體[3]。

建模時取基坑深度17.6 m，嵌固深度13.5 m，冠梁位置下壓1 m。該斷面基坑為淤泥層，采用坑內(nèi)加固土，加固土寬度取19.3 m，加固3 m厚，粘聚力取30 kPa，內(nèi)摩擦角取20°。地面超載取20 kPa(盾構(gòu)井基坑開挖階段按30 kPa考慮)，基坑內(nèi)側(cè)水位取坑底以下0.5 m，基坑外側(cè)水位取地面以下0.5 m，鋼支撐預加力取1 000 kN。

工況共分18步，分別為:工況1開挖至1.8 m；工況2加第1道混凝土支撐；工況3開挖至7.8 m；工況4加第2道鋼支撐；工況5開挖至11.3 m；工況6加第3道鋼支撐；工況7開挖至14.3 m；工況8加第4道鋼支撐；工況9開挖至17.6 m；工況10加底板剛性鉸；工況11拆第4道鋼支撐；工況12加換撐；工況13拆第3道鋼支撐；工況14加中板剛性鉸；工況15拆第2道鋼支撐；工況16加頂板剛性鉸；工況17拆第1道混凝土支撐；工況18拆換撐。

3.1.2.2 變形分析[4]

圖4給出了基坑水平位移隨開挖深度的關系曲線，可以看出:

圖4 基坑水平位移隨施工工況變化的關系曲線

(1)基坑位移隨整個施工過程而增大，最大位移發(fā)生在最后一個工況下；開挖至第2道支撐面以下0.5 m位置(工況3)的過程中位移增加曲率最大，基坑變形速度最快；而從工況3至工況9的開挖過程中位移有所回落，此過程發(fā)生的位移變化不大；從工況11至工況18的整個拆撐過程中位移有所增加，但增加曲率平緩。

從設計角度出發(fā)，控制基坑總體水平位移，可以考慮從控制工況3的水平位移出發(fā)。因為工況3的位移變化最大，而后續(xù)過程位移變化緩慢，因此降低工況3的基坑位移可以控制整個施工過程中最大位移值。而工況3的開挖深度是由工況4第2道支撐的架設位置決定的，因此，控制基坑的水平位移應該綜合考慮第2道支撐與第1道支撐的豎向間距。

(2)車站大里程段、小里程段及標準段3個斷面的位移變化曲線基本一致，主要是因為整個地鐵車站的地層分布相對均勻，整個開挖區(qū)域幾乎處于淤泥層中，而基坑周邊荷載分布又相對對稱。

深厚軟土地層具有高靈敏度、低強度及高壓縮性等特性，對圍護結(jié)構(gòu)的變形控制非常不利。這要求在基坑開挖過程[5]中要嚴格控制土方分層開挖長度[6]，以保證支撐體系能及時施工，減少開挖過程中土體無支撐的暴露時間[7]。

3.2 基坑開挖方式設計

結(jié)合交通疏解需要，為保證基坑的安全施工，決定除為滿足交通疏解需要部分采用蓋挖順筑法外，其余部分均采用明挖順筑法。

基坑開挖前應對基底軟土層進行處理，以防止基坑內(nèi)部大面積卸載后基底產(chǎn)生隆起破壞。

土方開挖過程中應遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則。開挖過程需保證施工效率，盡量減少土體無支撐的暴露時間。

3.3 基底處理方式設計

對基坑底位于淤泥層的部分進行直徑850@600三軸攪拌樁抽條加固[8]，如圖5所示。抽條加固深度至基坑底以下3 m，空攪水泥摻量不小于7%，實攪水泥摻量不小于20%，以此控制基坑開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)的深層水平位移以及控制周圍地面和既有建構(gòu)筑物的沉降，并防止坑底土體隆起破壞[9]。

圖5 基底抽條加固示意

3.4 周邊環(huán)境加固設計[10]

本工程對既有建構(gòu)筑物的加固措施[11]主要有:(1)對臨近基坑的高壓電桿采用直徑800@1300隔離樁加固，隔離樁的施工對周邊環(huán)境擾動相對較小；(2)對臨近既有房屋及管線采用注漿[12]保護法，該工法使用靈活，施工簡便，在車站的整個施工過程中均可使用，固結(jié)體質(zhì)量可顯著提高。

4 結(jié)語

目前該車站已完成空載試運營階段，實踐表明:

(1)深厚軟土地層中地鐵深基坑的總體設計方案采用地連墻+內(nèi)支撐+三軸攪拌樁槽壁加固+三軸攪拌樁基底加固的方式是成功的。

(2)從設計角度出發(fā)，控制基坑總體水平位移，可以從控制第2道支撐的架設位置著手，綜合考慮第2道支撐與第1道支撐的豎向間距。基坑開挖應分層分段開挖，保證施工效率，減少開挖過程中土體無支撐的暴露時間。

(3)為保護基坑周邊既有建構(gòu)筑物，可采用隔離樁法、注漿加固法等進行地面加固。