地鐵深基坑圍護結構質量缺陷分析與對策研究

中鐵十七局集團有限公司，山西 太原 030006

隨著城市化進程的推進，各種地下工程日益增多。地鐵作為便民工程，在這些地下工程中占據了較大的比例，而地鐵車站深基坑圍護結構的施工至關重要。文章重點介紹了富水軟弱地層中圍護結構質量缺陷產生的原因以及相應的解決辦法，對相同地質條件下同類型深基坑圍護結構的施工具有很強的指導意義。

1 工程概況

1.1 工程簡介

蘇州市軌道交通5號線竹輝路站為地下三層島式車站，車站凈長302m，凈寬21.3m。5號線竹輝路站標準段坑開挖深度約24.66m，端頭井段約為26.36m，車站主體基坑采用1000mm厚的地下連續墻作圍護結構，標準段和端頭井段均設置六道支撐，其中第一道、第二道、第四道為混凝土支撐，其余均為鋼支撐。基坑保護等級為一級。

1.2 地質條件

竹輝路站位于蘇州市姑蘇區，場地地貌類型屬于長江三角洲太湖沖湖積平原，地形較為平坦，地面標高一般為3～5m，土層為第四系全新世至上更新世沉積的疏松沉積物，以黏性土為主，間夾砂性土，土層由上至下物理力學參數如表1所示。場區內地表水系極為發育，地下水類型主要為潛水和承壓水。

表1 土層物理力學參數值

擬建場區內原既有結構地下室基坑存在土釘墻、錨桿等地下障礙物，是施工單位面臨的一大施工難題，因此施工單位在開展施工準備工作前需要做好垃圾的清除工作，確保施工質量。

1.3 圍護結構施工流程

竹輝路站車站主體基坑采用地下連續墻作圍護結構，采用鉆孔灌注樁作抗拔樁兼立柱樁。地下連續墻與鉆孔灌注樁在施工操作上具有一定的相似性，因此施工過程中的質量缺陷與施工問題也類似。

（1）地下連續墻施工流程。首先進行地下連續墻的成槽準備工作，使用成槽機開挖溝槽，待溝槽開挖完成后放入鋼筋籠，并在鋼筋籠兩頭放入接頭箱，然后開展地下連續墻體的澆筑工作，使用導管緩慢注入混凝土，墻體成型后，拔出接頭箱，完成地下連續墻的施工。

（2）鉆孔灌注樁施工流程。采用反循環鉆機進行鉆孔灌注樁施工。首先埋設護筒，再安裝鉆機，確保鉆機的基礎穩定以及垂直度偏差符合要求。在鉆孔的過程中，采用泥漿護壁，鉆孔完成后清孔，然后放入鋼筋籠，進行樁身混凝土的澆筑工作。

2 圍護結構質量缺陷類型

2.1 槽壁坍塌

槽壁坍塌主要是在地下連續墻成槽過程中或槽段成型后下鋼筋籠和澆筑混凝土時，槽段內槽壁局部發生坍塌；在鉆孔灌注樁成孔過程中或成孔后下鋼筋籠和澆筑混凝土時，孔壁局部發生坍塌。槽壁坍塌主要表現為槽段或孔內泥漿液面突然下降，孔口冒細密的水泡；成槽機成槽過程中出土量增加，鉆機鉆進過程中進尺變化緩慢。

槽壁坍塌的主要原因如下：（1）有軟弱土層或流砂土層，垂直節理發育；（2）泥漿配比選擇不當，泥漿密度不足，無法形成堅實護壁；（3）地下水位高，泥漿液面高度不足，或孔內水壓降低；（4）泥漿不合格，質量差，鹽、砂多，易沉淀，造成泥漿性能變化，不能護壁；（5）泥漿配制不符合要求，質量不符合要求；（6）成槽成孔后鋪設時間過長，未及時吊起鋼筋籠澆筑混凝土，泥漿沉降失去護壁功能；（7）漏漿或施工操作不慎導致槽內泥漿水位下降，超過安全范圍，或因降雨導致地下水位急劇上升；（8）機組槽段被破壞段過長或地面附加荷載過大。

2.2 漏漿

泥漿突然大量泄漏，槽內泥漿液面迅速下降的現象稱為漏漿。原因是挖槽時遇多孔的礫石地層或落水洞、暗溝等特殊地質，泥漿大量滲入孔隙、巖洞和溝以致流失。

2.3 槽孔偏斜、槽段縮孔

槽孔偏斜、槽段縮孔是指成孔后，槽孔向一個方向偏斜，垂直度超過規定數值，偶爾伴隨出現縮孔現象，即施工孔徑小于設計孔徑。槽孔偏斜的主要原因如下：（1）成槽過程中遇較大孤石、探頭石或局部堅硬土層；（2）槽段施工范圍內存在有傾斜度的軟硬地層交界巖面；（3）成槽施工時，當一側為已澆筑的地下連續墻時，常使槽孔向土一側傾斜；（4）安裝鉆機時鉆桿未校正；（5）司機在操作時存在失誤。槽段縮孔的主要原因為鉆機鉆頭長期磨損導致樁徑不足，泥漿比重過小以及下鋼筋籠、澆筑混凝土間隔時間過長。

2.4 鋼筋籠與槽孔尺寸不符、鋼筋籠上浮

鋼筋籠吊放過程中，槽孔成型之后被卡住，無法完全置入槽孔中，因此在開展混凝土澆筑時，有時會出現鋼筋和混凝土一起上浮或是被卡在槽孔內的現象。槽壁彎、凹、凸，鋼筋籠尺寸有偏差并在其縱向接頭彎曲，鋼筋籠的重量不足，鋼筋籠在吊放時發生形變或槽底出現沉渣等，均可能導致鋼筋籠難放入槽孔。若埋導管過深或混凝土澆筑速度慢，則鋼筋籠易被拖起，出現上浮現象。

2.5 導管涌泥、堵塞

在混凝土澆筑過程中，導管容易被堵塞，主要原因為可能出現了涌泥現象，且這些泥土出現在夾層中。之所以會出現涌泥現象，原因在于第一次灌注的混凝土數量不足，且導管底距槽底的間距太大，無法對其進行有效處理。導管在插入混凝土中時，導管的深度過淺，加上提上時的速度又過快，容易把泥漿帶入導管中，這樣就容易造成導管的堵塞。另外，混凝土坍落度及石頭直徑過大，砂率過小，澆筑間隔時間過長等都容易導致導管被隔水塞卡住。

2.6 導墻破壞、變形

導墻發生坍塌、不均勻下沉、開裂和向內坍塌的主要原因如下：導流墻的強度和剛度不足；基礎坍塌或沖刷；導墻內沒有支撐；作用在導墻上的施工荷載過大。

2.7 槽段接頭滲漏水、連續墻混凝土繞流

基坑開挖后，易在槽段接頭處出現滲水、漏水、涌水等現象，或混凝土澆筑完成后地下連續墻兩側出現繞流現象，從而影響相鄰槽段施工。出現此質量缺陷的主要原因是成孔施工時黏附在上段混凝土接頭面上的泥皮、泥渣未清除掉，下鋼筋籠澆筑混凝土或挖槽時出現塌方，導致地墻接縫處夾泥夾砂引起地墻接縫滲漏水。一般地下連續墻防繞流采取的措施是在工字鋼接頭兩側加焊鋼板，結合實際施工過程中的實際情況，工字鋼兩側焊接鋼板的防繞流措施效果有限，而在工字鋼內外兩側各增設一道止漿鐵皮，采用雙重防繞流措施，能夠有效防止地墻兩側接縫處混凝土繞流。防繞流鐵皮施工如圖1所示。

圖1 防繞流鐵皮施工

2.8 樁身或墻身混凝土夾泥、夾砂

混凝土澆筑完成后，超聲波檢測顯示地下連續墻墻身或鉆孔灌注樁樁身混凝土存在泥砂夾層。樁身或墻身混凝土存在夾泥夾砂的原因如下：（1）管道攤鋪面積不夠，部分轉角無法澆筑，且充滿泥漿；（2）管道埋深不足，泥漿從底孔進入混凝土；（3）管接頭不嚴密，泥漿滲入管道；（4）第一批澆筑混凝土澆筑不足，底部管道未封閉；（5）混凝土未連續澆筑，造成不連續或澆筑時間過長，第一批混凝土初凝時失去流動性，隨后澆筑的混凝土會沖破頂層而上升，導致混凝土中混有泥渣，形成夾層；（6）導管起升過快或探頭錯誤，導管拔空，灌入泥漿；（7）澆筑混凝土時，出現局部塌孔的情況。

3 圍護結構質量缺陷的預防處理措施

3.1 槽壁坍塌的預防處理措施

針對一些特殊土層的成槽工作，如軟弱土層（豎節理發育）、流砂層，施工速度必須較慢，可適當提高泥漿的密度，與地下水位相比，槽段內液面的高度需要控制在0.5m以上的距離。施工前采用實驗法配備泥漿，確保泥漿密度以及水質符合相關要求，配備完成后讓其充分溶脹，并放置3h以后再使用。在施工時一定要注意，槽段內不可直接投入火堿等，如果成槽點是在松軟砂層，要有效控制進入的深度，避免出現擾動過大的情況。為了減少暴露的時間，在槽段成孔之后，快速下放槽段鋼筋籠并完成混凝土澆筑。根據實際的施工情況，隨時調整泥漿密度、液面標高。單元槽段幅寬、槽孔周邊地面荷載均要適當，不能過大，要加快施工進度，減少挖槽、混凝土澆筑時間，有效降低地下水水位，減少高壓水流的沖擊作用。對于一些局部坍塌的地方，可適當增加泥漿的密度，若有坍土掉入，需及時利用設備抓出。如果坍塌過大，則可以摻入20%水泥及優質黏土進行回填處理，靜待密實后繼續開展施工工作。

3.2 漏漿的預防處理措施

立即停止使用吸力泵，并迅速往導槽內補充泥漿，增加砂層泥漿的黏度和密度；配制堵料，及時補充堵漿，保持槽內泥漿液位正常；在水孔和盲溝內填充優質的黏土，沉積密實后重新成槽。

3.3 槽孔偏斜、槽段縮孔的預防處理措施

若地下連續墻成槽或鉆孔灌注樁成孔過程中遇較大孤石、探頭石，在軟硬巖交界處應放慢切割進尺，合理安排切割順序。當槽孔發生偏差時，應查明偏差的位置和程度，一般可在抓斗上用刮刀上下掃孔，使槽壁平直。當偏差嚴重時，應將砂黏土回填至偏差孔上方1m以上，待沉積密實后再進行施工。

為防止槽孔偏差過大，可采取以下措施：（1）鉆機安裝時，轉盤與底座應水平，起升滑輪邊緣、鉆桿固定孔與套管中心應在同一軸線上，并經常檢查校正；（2）由于活動鉆桿較長，旋轉時上部擺動過大，必須在鉆架上加導向架，使鉆桿沿導向架向下鉆取；（3）逐根檢查鉆桿及接頭，及時調整；（4）停止鉆取，鉆完后立即更換鉆桿；（5）在傾斜軟硬地層鉆進時，應控制鉆桿進尺，低速低壓鉆進，或回填塊石，找平后再鉆進。

3.4 鋼筋籠與槽孔尺寸不符、鋼筋籠上浮的預防處理措施

鋼筋籠與槽孔尺寸不符、鋼筋籠上浮的預防與處理主要分為兩個方面，一方面是控制成槽（成孔）質量，另一方面是確保鋼筋籠的加工質量。

在成槽（成孔）時，要注意以下要點：（1）選擇合適的坡口成形工藝，保證坡口質量；（2）開槽過程中，要保證抓斗吃土均勻，垂直放下，嚴禁抓斗在空中落下吃土；（3）合理安排機組槽段、直線槽段的開挖順序，先挖兩側，再挖中間、角槽段，先挖短邊，再挖長邊；（4）保證槽形成過程中抓取力平衡，能有效保證垂直度，并在開挖過程中遵循“慢抬慢放，嚴禁滿抓，順利入槽，順利出槽”的原則；（5）保持槽壁平整，如因槽壁彎曲而不能放入鋼筋籠時，應修整后再放入鋼筋籠。

鋼筋籠的尺寸也要符合要求，控制好鋼筋籠外形尺寸，其截面長寬應比槽孔小11～12cm。為防止鋼筋籠上浮，可在導向墻上設置錨定點固定鋼筋籠。溝槽完成后，應清除溝槽底部的沉淀物。澆筑混凝土時，應放慢澆筑速度，導管最大埋深應大于6m。

3.5 導管涌泥、堵塞的預防處理措施

計算第一批混凝土澆筑量時，應保證初澆量滿足要求，管口距槽底距離不小于1.5D（D為管徑），導管插入混凝土的深度不應小于1.5m，測量混凝土的上升面，確定高度，然后吊起導管。當槽底混凝土深度小于0.5m時，可重新澆筑隔水塞，否則，應將管道吊出，并用吸風機將槽底混凝土清理干凈，然后再澆筑混凝土，或將帶活動底蓋的管道插入混凝土中再澆筑混凝土。立管內徑應比導管內徑小1～2cm。按要求選擇混凝土配合比，嚴格控制混凝土質量，保持混凝土澆筑的連續性。在澆筑間隔期間，管道應稍微上下升降。

混凝土澆筑過程中發生堵管時，可用敲擊、搖動、振搗或上下搖動（高度在30cm以下）或用長棒搗實管內混凝土的方法疏通管道。若疏通無效，當頂面混凝土尚未初凝時，應將導管吊出，重新插入混凝土中，用吸風機排出管內泥漿，然后重新澆筑。

3.6 導墻破壞、變形的預防處理措施

嚴格按設計要求對導流墻進行施工，確保導流墻內的鋼筋能夠有效連接，可適當加大導流墻深度，對導流墻開挖影響范圍內的土體進行加固。導流墻四周設排水溝，導流墻內設臨時支撐。在導墻周圍分布施工荷載，使導墻受力均勻。拆除損壞或變形的導墻，用優質黏土（或摻適量水泥、石灰）回填夯實，并重建導墻。

3.7 槽段接頭滲漏水、連續墻混凝土繞流的預防處理措施

清槽的同時，用鋼絲刷或刮泥機將上縫混凝土表面的泥皮、淤泥清理干凈。如果滲漏少，可以用防水砂漿修補。當滲涌水量較大時，可根據水量采用短鋼管或膠管排水，周圍可用砂漿封閉，然后在墻背進行灌漿堵漏，最后封閉排水管。當泄漏孔較大時，用砂袋反壓，然后用灌漿堵住泄漏點，滲漏點封堵完成后，再移除砂袋。

3.8 樁身或墻身混凝土夾泥、夾砂的預防處理措施

在寬槽段澆筑混凝土時，應設置2～3根管同時澆筑。導管埋入混凝土的深度為1.2～4m，導管接頭用螺紋套管連接，并用橡膠圈密封，以保證導管的嚴密性。混凝土的初澆量應符合要求，既能有效封閉管底，又有一定的沖擊量，能將管內的泥漿擠出。同時，混凝土澆筑應連續進行，中途停留時間不應超過15min，槽內混凝土上升速度不應小于2m/h，導管上升速度不應過快，但要快速澆筑，防止槽段倒塌，暴露時間過長。

坍孔時，可將混凝土表面沉積的泥土吸出，繼續澆筑，同時增加泥漿密度。若混凝土凝固，可將導管吊出，拆除混凝土，重新下放導管，澆筑混凝土；若混凝土已凝固，出現夾層，拆除后還應對夾層進行灌漿加固。

樁身或墻身混凝土夾泥、夾砂的主要預防措施如下：（1）縮短成槽與灌注混凝土的間隔時間，避免槽段暴露時間過長；（2）嚴格控制泥漿質量，確保泥漿有足夠的護壁功能；（3）合理控制導管埋深，特別是遇砂層時，應盡可能減小埋深，減小導管上下大幅度活動給孔壁帶來的沖擊；（4）導管提升要平穩，提升高度要經計算確定，確保導管不能拔空至混凝土頂面。

3.9 障礙物清理

竹輝路站5號出入口施工范圍內有一鋼筋混凝土結構的地下通道，基坑范圍內降水井及基底加固施工前需對該地下通道進行拆除清障。

（1）清障深度小于4m。對于埋深小于4m的地下障礙物，清除障礙物前，要將需要清障的部分用灰線標出，按1∶1坡度放坡開挖清障。開挖過程中，密切監視土體位移情況，嚴防土體滑坡、坍塌。障礙物清除完成后，用黏土回填壓實整平，之后方可進行后續施工。

（2）清障深度大于4m。對于埋深大于4m的地下障礙物，可用鋼套管輔助旋挖鉆機對其進行清除作業。當土壤被破壞時，旋挖鉆機會在旋轉的同時緩慢地壓入鋼套管，采用120t履帶吊和專業抓斗清除套管內泥土。安裝套管并繼續旋轉壓入，直到深度達到規定標高。在障礙物處回填大顆粒礫石，沖擊錘用于沖擊障礙物和礫石，最后一次性清理障礙物和礫石。

4 經濟及社會效益分析

4.1 經濟效益

蘇州地鐵竹輝路站圍護結構施工過程中針對地下連續墻及鉆孔灌注樁常見的質量缺陷以及施工范圍內既有障礙物的清除進行了充分的研究論證，施工時針對性地采取了一系列技術措施，保證了竹輝路站圍護結構的施工質量，既加快了施工進度，又節約了工程施工成本。

4.2 社會效益

通過對竹輝路站圍護結構施工質量的控制，避免了在富水軟弱地層中因基坑圍護結構質量缺陷而引發的基坑變形、地表沉降、基坑滲漏水等險情的發生，有效降低了工程風險，將施工過程中高風險因素的社會影響降至最低。

5 結束語

綜上所述，蘇州地鐵竹輝路站深基坑圍護結構施工質量的控制研究，解決了富水軟弱地層中地下連續墻及鉆孔灌注樁施工易出現的質量缺陷及軟土地層中障礙物處理的難題，給項目帶來了顯著的經濟及社會效益，為類似工程項目的實施提供了寶貴的經驗，值得推廣與借鑒。