彭 軍

（福建省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察研究院，福建 漳州 363000）

0 引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著城市發(fā)展和人口規(guī)模的擴(kuò)大，地鐵交通方式的出現(xiàn)，大大緩解了城市地面交通的壓力。但是，深基坑工程地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水問(wèn)題突出、支護(hù)難等工程難題也隨之而來(lái)［1］。因此，深基坑開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)對(duì)于地鐵工程質(zhì)量安全乃至人身和財(cái)產(chǎn)安全顯得尤為重要。

近些年來(lái)，許多專(zhuān)家針對(duì)不同地質(zhì)條件下深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)、降水施工、邊坡穩(wěn)定性等一系列工程技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究與討論［2-7］。魏綱等［8］利用基坑開(kāi)挖過(guò)程中隧道圍巖的應(yīng)變及內(nèi)力變化來(lái)表征其影響性，對(duì)深基坑開(kāi)挖過(guò)程中的影響因素進(jìn)行分析并提出了相應(yīng)的解決辦法。陳江等［9］運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)軟土區(qū)域的深基坑開(kāi)挖與支護(hù)進(jìn)行建模，通過(guò)調(diào)整支撐的水平和豎向布置，合理優(yōu)化了支護(hù)方案。曾超峰等［10］對(duì)基坑開(kāi)挖前后進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，考慮前后降水對(duì)施工的影響，開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)并進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明施工時(shí)抽降水影響會(huì)導(dǎo)致墻體的滲透水壓明顯降低，以至于引起墻體所受側(cè)向壓力重分布。陳紹清等［11］在建立深基坑層次結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，采用與層次分析法相結(jié)合的方法對(duì)深基坑的致災(zāi)因素進(jìn)行定量和定性分析。本研究以武漢市某車(chē)站深基坑開(kāi)挖建設(shè)工程為研究對(duì)象，對(duì)其深基坑開(kāi)挖中面臨的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了分析，討論了存在的問(wèn)題與解決措施，研究結(jié)果對(duì)于同類(lèi)型深基坑的支護(hù)與降水施工建設(shè)具有借鑒意義。

1 工程概況

為滿足城市地鐵交通運(yùn)輸需求，武漢某車(chē)站建于交通分布密集區(qū)段。車(chē)站設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為331.201 m，為方便行人通行設(shè)計(jì)為地下兩層結(jié)構(gòu)的單柱島式站臺(tái)，站臺(tái)的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為140 m，站臺(tái)寬度為12 m?；又苓吔ㄖh(huán)境情況如圖1 所示。車(chē)站主體起點(diǎn)里程右DK25+908.900，終點(diǎn)里程右DK26+240.101；有效站臺(tái)起點(diǎn)里程右DK25+994.000，有效站臺(tái)終點(diǎn)里程右DK26+134.000，有效站臺(tái)中心里程為右DK26+064.000。

圖1 基坑周邊建筑環(huán)境

車(chē)站結(jié)構(gòu)由主體結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)兩部分組成。主體結(jié)構(gòu)均采用明挖順做法施工，基坑開(kāi)挖采用臺(tái)階法開(kāi)挖，基坑支護(hù)采用地下連墻及內(nèi)支護(hù)體系的方式施工。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm 厚地下連續(xù)墻支護(hù)，水平支撐系統(tǒng)為一道鋼筋混凝土支撐+三道Φ800 壁厚16 mm 鋼管支撐+一道Φ800 壁厚16 mm鋼管換撐。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間形成復(fù)合墻結(jié)構(gòu)，施工期間采取基坑內(nèi)降水。

1.1 工程地質(zhì)

車(chē)站基坑開(kāi)挖處位于沖積平原區(qū)，地面的標(biāo)高區(qū)間為21.7～22.0 m，地勢(shì)相對(duì)平緩。根據(jù)前期的地質(zhì)勘察報(bào)告，結(jié)合以往區(qū)域地質(zhì)資料分析可知，場(chǎng)地區(qū)內(nèi)的土層除上層分布為人工填土外，被第四系全新統(tǒng)沖積層覆蓋，主要為粉質(zhì)黏土、和粉砂，且分布比較均勻。而其下基巖則以白堊紀(jì)—古近紀(jì)礫巖為主，主要揭露不同程度膠結(jié)的礫巖。

1.2 水文地質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察和水文地質(zhì)圖分析結(jié)果，可將施工區(qū)域內(nèi)的地下水分為上層滯水和孔隙水兩種類(lèi)型。上層滯水主要賦存于地表人工填土中，根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)勘察，上層滯水水位高度不同、水量大小不一。水位浮動(dòng)在勘察期間為2～3 m，水位標(biāo)高17.63～20.16 m，上層滯水主要來(lái)源于大氣降水和地表水補(bǔ)給。第四系沖積層由于存在較多的粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土互層，導(dǎo)致其賦存于較多的孔隙承壓水。含水量受長(zhǎng)江水力影響較大，水位標(biāo)高14.94～16.84 m，承壓水頭在4.4～5.9 m。

2 工程重難點(diǎn)分析

2.1 管線遷移影響施工

車(chē)站的主體結(jié)構(gòu)施工縱向管線主要有JS600 鑄鐵給水管、PS1500 排水管、WS500 污水管、RQ300pe燃?xì)夤?，和電力電信及信息網(wǎng)絡(luò)管線，影響車(chē)站施工。

應(yīng)對(duì)措施：總體籌劃，并與規(guī)劃紅線相結(jié)合；安排專(zhuān)人緊盯各類(lèi)管線單位，做好管線改移設(shè)計(jì)及預(yù)算；改移避開(kāi)車(chē)站出入口和風(fēng)亭，減少管線二次遷改，為整個(gè)標(biāo)段施工爭(zhēng)取時(shí)間。

2.2 基坑深且地質(zhì)情況較為復(fù)雜

車(chē)站端頭井開(kāi)挖深度約19 m，標(biāo)準(zhǔn)段深度約17 m，施工過(guò)程中要組織好基坑開(kāi)挖工序，保證基坑安全性。該基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)底部存在3-5 粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土互層，開(kāi)挖難度大。

應(yīng)對(duì)措施：按時(shí)空效應(yīng)原理組織開(kāi)挖，加強(qiáng)施工過(guò)程中基坑的縱向土坡穩(wěn)定性控制，加強(qiáng)坑內(nèi)降水。此外，加強(qiáng)鋼筋混凝土冠梁和角板及鋼支撐穩(wěn)定性控制，基坑主體開(kāi)挖示意如圖2所示。

圖2 基坑主體開(kāi)挖示意

2.3 車(chē)站建設(shè)工期緊張

因車(chē)站預(yù)留支線進(jìn)行了方案變更，工期相對(duì)延后，在此工程中，如何組織好各個(gè)工段的施工進(jìn)度極為重要。

應(yīng)對(duì)措施：制定合理的施工計(jì)劃，分期接受場(chǎng)地，保證多工序同時(shí)進(jìn)行；加速推進(jìn)之前的管道遷移工作，強(qiáng)化基坑的加固、建筑物的保護(hù)和監(jiān)控工作；提高早期混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為下一步施工做準(zhǔn)備。

3 深基坑開(kāi)挖施工要點(diǎn)

基坑開(kāi)挖使用臺(tái)階法，在開(kāi)挖第一層的時(shí)候，每段開(kāi)挖長(zhǎng)度要控制在24 m。在開(kāi)挖其他各層時(shí)，每段施工要控制在6 m 的范圍內(nèi)，且開(kāi)挖時(shí)要按1∶1～1∶1.5 的坡度放坡施工，一次開(kāi)挖深度要控制在4 m以?xún)?nèi)，如圖3所示。

圖3 土方縱向開(kāi)挖示意

當(dāng)開(kāi)挖到距離基坑底部20 cm 時(shí)，要組織相關(guān)技術(shù)人員對(duì)基坑進(jìn)行驗(yàn)槽，在符合條件的情況下，再人工將殘余的土方清理到基坑底部。結(jié)構(gòu)施工分三次澆筑成型——底板結(jié)構(gòu)澆筑施工、側(cè)墻及中樓板結(jié)構(gòu)澆筑施工、側(cè)墻及頂板結(jié)構(gòu)澆筑施工，使用滿堂腳手架+鋼模板拼裝作為結(jié)構(gòu)模架。

4 深基坑支護(hù)施工要點(diǎn)

4.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

確保支撐穩(wěn)定性是安全施工的要點(diǎn)所在，要以鋼筋混凝土冠梁、角板支撐及鋼支撐為施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。對(duì)于鋼筋混凝土冠梁、角板支撐的施工，需要滿足深基坑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，在結(jié)構(gòu)施工時(shí)可在混凝土中增加混凝土早強(qiáng)劑，以滿足早期強(qiáng)度要求，還可以節(jié)約深基坑的開(kāi)挖時(shí)間，也可以減少上下土層之間的挖掘時(shí)間，滿足角板和鋼筋混凝土冠梁的支撐強(qiáng)度要求，從而有效減小基坑開(kāi)挖出現(xiàn)的變形。

對(duì)于鋼支撐，要注意鋼支撐活絡(luò)端頭偏斜問(wèn)題?；罱j(luò)端頭的設(shè)計(jì)按照規(guī)范要求伸出長(zhǎng)度應(yīng)小于150 mm。如果活絡(luò)端頭伸出長(zhǎng)度在150～300 mm 范圍內(nèi)，在端頭兩側(cè)必須焊接30 a槽鋼加固桿，且需要在預(yù)應(yīng)力施加完畢后焊接。若活絡(luò)端頭的伸出長(zhǎng)度大于300 mm，應(yīng)將中間管加在支撐中間并且重新布設(shè)排列方式，以保證支撐軸線與圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐的接觸面保持垂直，以便充分發(fā)揮受力。在中間支點(diǎn)的部位，鋼支撐則采用在臨時(shí)格構(gòu)柱上面焊接三角支架的方式。

4.2 深基坑縱坡穩(wěn)定性控制

在施工過(guò)程中，應(yīng)采取混凝土和鋼支撐復(fù)合支護(hù)的施工方法，并采取分層施工，以避免施工過(guò)程中放坡過(guò)長(zhǎng)、過(guò)高。為避免雨水的沖擊，應(yīng)在基坑周?chē)O(shè)置一定的擋水設(shè)施，在坡面上鋪上塑料薄膜，以防風(fēng)擋雨，并在坡面上設(shè)置集水溝，配置強(qiáng)力水泵，以保證坡面不被雨水沖刷。另外，還應(yīng)在坡面布置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)坡面進(jìn)行了動(dòng)態(tài)追蹤和監(jiān)測(cè)。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)在挖到二道支撐后，再進(jìn)行放坡開(kāi)挖，以減小縱坡的高度。

5 降水施工技術(shù)要點(diǎn)

前期勘察中發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地存在較為豐富的地下水。因此，在基坑周?chē)O(shè)置了觀測(cè)井，以便在降雨時(shí)，可以隨時(shí)觀察到坑外水位的變化。

5.1 降水井施工方法

為了防止地表雨水沖刷基坑，導(dǎo)致塌方，在冠梁上方構(gòu)建高出地面100 cm 的防淹擋墻，在基坑擋墻外設(shè)置30 cm×30 cm 截水溝（縱坡0.3%，截水溝示意如圖4 所示）。為了避免堵塞下水道，在排水溝的沿線，每隔50 m 就會(huì)設(shè)置一個(gè)沉淀池，沉淀池一共有三個(gè)小池，每個(gè)小池的尺寸為1.5 m（寬）×1.5 m（長(zhǎng)）×1.0 m（深），這三個(gè)小池分別為進(jìn)水池、沉淀池、出水池。沉淀池中的沉渣應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理，避免將泥沙帶入下水道，從而堵塞管道。經(jīng)過(guò)處理的污水從城區(qū)的污水井中流出，再經(jīng)市政網(wǎng)絡(luò)排放。

圖4 基坑外截水溝示意（單位：mm）

首先，使用沖擊鉆井技術(shù)，對(duì)降水井進(jìn)行施工，可減小對(duì)周邊地層的干擾；其次，為了確保降水井的施工質(zhì)量，在施工過(guò)程中要及時(shí)洗井，進(jìn)行防滲處理后使用清水清洗鉆機(jī)，并在下放降水井的井管和過(guò)濾料后進(jìn)行清洗。在施工時(shí)一次性成孔，且保證降水井直徑≥0.6 m，允許誤差為±2 cm，井管的垂直度＜1%。為防止在基坑施工過(guò)程中受到降雨影響，應(yīng)做好明渠排水的準(zhǔn)備工作。在排水過(guò)程中，要對(duì)泵進(jìn)行定期檢測(cè)，如有異常，要及時(shí)調(diào)整和修理。在降雨的過(guò)程中，要確保電力供應(yīng)，如果遇到電力中斷，相關(guān)機(jī)構(gòu)要在兩小時(shí)之內(nèi)通知施工人員，這樣才能及時(shí)采取相應(yīng)的措施，確保施工的安全。

在下管投礫時(shí)，井管使用鋼管。在下置的過(guò)程中，在濾管的周?chē)p繞過(guò)濾布，使用動(dòng)水投法來(lái)進(jìn)行投濾處理。通常情況下，按照對(duì)稱(chēng)進(jìn)行投填，要對(duì)投礫過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，投出的計(jì)算量與實(shí)際量應(yīng)該保持一致，在填充過(guò)程中，要及時(shí)將泥漿從外面排出，以避免再次流入井內(nèi)。

5.2 降水方案

降水井、觀測(cè)井兼做備用井，以減少不必要的損耗。鉆孔直徑為600 mm，降水井直徑為273 mm，用鋼管做井管，濾管的外面纏繞鐵絲網(wǎng)和尼龍網(wǎng)，在孔的底部填充石英砂。降水井水泵使用深井泵，按照設(shè)計(jì)要求，達(dá)到最大降水量48 口降水井可以同時(shí)打開(kāi)，才能保證抽排水工作，降水井平面如圖5 所示。排水溝擬通入市政管網(wǎng)的排水口。排水主管坐墩應(yīng)起到支撐排水主管的作用，沿基坑周邊布置，每隔8 m 布置一座，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)按3‰坡降確定坐墩高度，靠近排水口處高度最低。

圖5 降水井平面監(jiān)測(cè)（單位：m）

此外，在澆注基礎(chǔ)底板前，提前安裝好止水鋼環(huán)，以確保地下室不會(huì)被承壓水滲透。井下工作完成后，用開(kāi)挖土砂進(jìn)行回填處理，對(duì)井下的井眼進(jìn)行封閉，焊接封閉鋼板。

6 結(jié)語(yǔ)

該車(chē)站所在區(qū)域位于沖積平原區(qū)，地勢(shì)比較平緩，但地下水較為豐富，車(chē)站周邊環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，給施工造成一定難度。經(jīng)前期地質(zhì)勘察，深基坑的支護(hù)采用地下連續(xù)墻及內(nèi)支護(hù)體系的方式，同時(shí)基坑內(nèi)設(shè)48 口降水井。為觀測(cè)降水時(shí)坑外水位變化情況，在基坑外布置觀測(cè)井，兼做減壓井。從工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)看，完成了預(yù)期目標(biāo)，本研究對(duì)類(lèi)似區(qū)域地質(zhì)水文條件的深基坑支護(hù)與降水施工設(shè)計(jì)具有參考。