東南沿海某火車站站房工程深基坑支護技術

李國鵬

新建甬臺溫鐵路某火車站站房地處東南沿海,施工前場地原為河流,河道回填后作為工程地點。本工程總建筑面積13.3萬m2,整體地下室兩層,占地面積27200m2,基坑平面形狀近似長方形,幾何尺寸為274 m×101 m。基坑底開挖面相對標高-14.05 m,開挖深度為8.95 m。

場地基坑的土層情況:第①層素填土,均一性差,欠固結,層厚約1.0m;第②層粘土,軟塑,中～高壓縮性,底部與淤泥呈過渡關系,以淤泥質粘土產出層厚約1.20m;第③層淤泥,土質多為淤泥質粉質粘土,流塑,高壓縮性,高靈敏度,標準貫入測試時自重下沉30cm。層底埋深2.20m～16.30m,層厚13.80m左右。

地下水情況:本工程基坑開挖支護影響的水主要是淺部地下水,主要為空隙潛水,賦水介質為素填土、粘土及淤積軟土;淤積軟土、粘性土具微弱透水性,地下水徑流條件差、水量小。穩定地下水位埋深0.05 m～1.22 m,地下水年水位變化幅度約1.50m。

1 施工難度

1)本基坑占地面積極大,該基坑土方挖運總量約270000m3,土方量巨大,而工期極緊。

2)基坑周圍環境復雜:與基坑緊鄰的臨時軌道線已投入運行,路基面與基坑底的高差大,為13.850m,且臨時火車運輸車的通行,造成基坑西側土坡荷載的增大,大大影響土坡的穩定性、安全性。西側正在施工的三個通道與基坑的連接,造成基坑施工的施工組織難及周邊土體的失控效應。

3)本工程基坑屬特大型深基坑,總占地面積27200m2,基坑空間效應大,開挖深度深,開挖的影響范圍遠,基坑底的土層土質差,基本上為飽和淤泥質粉質粘土,對基坑的穩定及變形控制不利。

2 基坑圍護設計方案及排水方案

綜合分析場地地理位置、土質條件、基坑開挖深度及周圍環境等多種因素,確定采用鉆孔灌注樁結合一道鋼筋混凝土內支撐作為本工程基坑支護結構;對坑內被動區土體、局部深坑及局部坑內土體采用水泥攪拌樁加固和旋噴樁加固。采用一排連續搭接的雙軸水泥攪拌樁作為基坑的防滲止水帷幕,坑內高差較淺處可放坡開挖。

1)常規區域,卸土范圍要大于15 m,卸土1.3 m后基坑開挖深度7.35 m和7.55 m,設計采用φ 900@1100鉆孔灌注樁擋土,樁底標高-34.300m;外側采用單排φ 700@950雙軸水泥攪拌樁止水,樁底標高-21.200m,水泥摻量 13%。

2)局部區域,卸土1.3 m后基坑開挖深度 9.05 m,設計采用φ 1000@1200鉆孔灌注樁擋土,樁底標高-38.300m;外側采用單排φ 700@950雙軸水泥攪拌樁止水,樁底標高-21.300m,水泥摻量13%。

3)站臺區域,常規區域基坑開挖深度14.01 m,集水井區域基坑開挖深度15.71 m,淺部5.16m挖深區域為碎石填方,挖除圍護結構區域填方后,采用1∶1.5坡度放坡,坡面采用100mm厚混凝土護坡,深部的9.10m挖深采用φ 1100@1300鉆孔灌注樁擋土,樁底標高-40.400m。外側采用單排φ 800@500旋噴樁止水,樁底標高-21.200m。

4)支撐設計為在坑內設置一道鋼筋混凝土水平支撐,支撐以短邊對撐為主結合角撐的形式。鋼筋混凝土支撐中心標高為-6.900,主撐截面為 1200×800,連桿尺寸800×800。圍檁為鋼筋混凝土圍檁,截面為1300×800。混凝土圍檁和支撐混凝土強度等級為C30。

5)支撐立柱采用型鋼格構柱4∠140×12,截面為460×460,垂直度控制要求為1/300。其下設置立柱樁,立柱樁為φ 800鉆孔灌注樁,鋼格構柱在穿越底板的范圍內需設置止水片。

6)基坑西側靠站臺部位被動土采用旋噴樁加固,其余被動土采用攪拌樁加固。坑中坑加固采用水泥攪拌樁加固。

7)在挖土后需在坑內設明溝或盲溝集水井明排水,明溝及盲溝應避免沿基坑底邊布置,利用加深部分作為集水井。

3 基坑施工技術

3.1 總體施工順序

因工期極緊,整個基坑未在工程樁基施工完畢,提前穿插基坑土方開挖施工,施工段以按土方進行大面開挖、分段施工利用豎向后澆分為3個區段。分別為1區段、2區段、3區段。1區段由1區(1-1,1-2)支撐段、2區支撐段組成,2區段由3區段支撐組成,3區段由4區支撐段、(5-1,5-2)支撐段組成。

挖土按施工段編號由1區～3區段順序進行施工。1區段的施工為(1-1,1-2)支撐段、2區支撐施工完畢,壓頂梁、圍檁支撐的混凝土達到設計強度的80%時,在分區形成支撐體系受力平衡的條件下,開始分段分批開挖。2區段、3區段的施工根據前面安排依次進行。

各個挖土施工區段挖土施工完畢,以后澆帶為界組織地下室底板各工序流水施工,底板施工按豎向、橫向后澆帶分區:1區分為A1區,B1區,2區分為A2區,B2區,3區分為A3區,B3區。

3.2 圍護樁施工

1)鉆孔灌注樁施工工藝。根據本工程地質特點,采用泥漿護壁回轉鉆進成孔,二次清孔;成樁采用水下導管法灌注混凝土。其工藝流程為:測定樁位→埋設鋼護筒(包括挖泥漿溝槽)→復測樁位→安裝鉆機就位(包括接通電源)→鉆進成孔(包括供給護壁泥漿)→沖孔(第一次清孔)→吊接鋼筋籠→下放導管→清孔(第二次清孔)→水下導管法灌注混凝土→清洗機具→移至新樁位。

2)旋噴樁施工流程:鉆機就位→調整鉆架角度→鉆導孔→下漿管→試噴→高壓噴射注漿(泥漿的沉淀處理及外運、配送漿液)→噴射結束→沖洗就位→充填灌漿。

3)雙軸水泥攪拌樁施工工藝流程:測定放線→開挖導溝→攪拌機定位(漿液配制)→施工水泥樁體→殘土處理→樁機移位。

3.3 支撐、壓頂梁和圍檁施工

支撐施工時必須保證中心線的同一標高面和平面上的線性,加強觀測,保證支撐完成后成為同一平面上的線性桿件,有著良好的軸向受壓性能。圍護樁壓頂梁、圍檁、支撐施工時,考慮氣候狀況決定是否摻加早強劑,保證混凝土7 d強度等級達到80%,以便減少養護時間,提前進入下道工序施工。圍護樁壓頂梁、圍檁、支撐混凝土強度為C30,箍筋采用一級圓鋼,梁筋采用二級螺紋鋼。

3.4 基坑排水措施

圍護鉆孔灌注樁外側常規區域(即非靠西側站臺區域)有14.7 m左右深φ 700@950雙軸水泥攪拌樁止水帷幕和站臺區域有16m左右深的φ 800@500旋噴樁止水帷幕后,可視為一個不透水層,在土方開挖前后在坡頂和鋼筋混凝土圍檁外側各設一道300×400排水溝(其中每隔40m設500×500×500集水坑一個),以防坑外地表水倒流進基坑。在-5.200標高處壓頂梁外側與護坡腳之間設置100厚C25素混凝土墊層,在該混凝土墊層上設置一道300×300排水溝(其中每隔40m設 500×500×500集水坑一個)。在坑內宜利用加深部分作為集水井,并設置明溝排水,集中排入河道。

4 基坑實施效果及體會

甬臺溫某火車站基坑工程自開工至地下結構完成及回填后,運用了多種手段的、連續的變形觀測,監測結果如下:周邊地面累計沉降25mm,立柱和壓頂梁沉降16mm,壓頂梁表面累計位移17mm,基坑周邊樁及土體深層累計水平位移28mm時,基坑外地下水位監測累計異常變化為960mm。

通過最終的監測結果可以看出:沉降觀測和水平位移均小于設計值和規范值,說明基坑支護設計是可靠的和合理的,達到了基坑支護的目的。

[1]郭曄華,樓迪光,徐菊芳.某廣場深基坑支護設計與施工[J].山西建筑,2008,34(10):123-124.