六堡地鐵站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)

■ 中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司 付博文

目前，地鐵已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的大城市公共交通建設(shè)的重要內(nèi)容，但地鐵在施工期間也容易暴露出許多安全性與穩(wěn)定性問(wèn)題，其中，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性問(wèn)題尤為凸顯。

基坑圍護(hù)是保障地鐵站安全施工的重要措施，但是其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工較為復(fù)雜。目前，很多學(xué)者對(duì)地鐵車站的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能展開了研究。其中，王振峰[1]對(duì)青島車站深基坑開挖支護(hù)進(jìn)行了穩(wěn)定性數(shù)值分析。王駿[2]對(duì)佛山地區(qū)軟土層深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制開展了相關(guān)研究，通過(guò)研究影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的設(shè)計(jì)因素，來(lái)制定出周邊環(huán)境的保護(hù)措施。楊新強(qiáng)、夏思林[3]-[4]分析了地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方案及監(jiān)測(cè)結(jié)果，并提出建設(shè)安全地鐵車站的措施。張曉龍[5]采用Plaxis有限元軟件模擬了基坑開挖支護(hù)的全過(guò)程，其研究結(jié)果基本反應(yīng)了基坑開挖中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變化情況。

盡管眾多學(xué)者已對(duì)地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)展開較多研究，但是其圍護(hù)體系還是要依據(jù)不同地質(zhì)條件作出具體分析。本文以杭州地鐵9號(hào)線六堡地鐵站為工程背景，主要對(duì)地鐵站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案及施工注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述，同時(shí)也對(duì)施工監(jiān)測(cè)及應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行相關(guān)介紹，并提出地鐵車站基坑圍護(hù)的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)，以期為類似工程提供參考與借鑒。

1.工程背景及地質(zhì)

六堡站為杭州地鐵9號(hào)線連堡豐城項(xiàng)目第3個(gè)車站，連堡豐城整體施工項(xiàng)目中包含地鐵車站周邊的規(guī)劃道路（含橋梁）、規(guī)劃引水河以及相應(yīng)的連堡豐城開發(fā)項(xiàng)目，車站上方為規(guī)劃錢江東路和規(guī)劃官西路，北側(cè)為規(guī)劃引水河，河道寬度為20m（河道南側(cè)邊線與車站負(fù)一層側(cè)墻齊平），車站中心里程處設(shè)置過(guò)河通道與后期開發(fā)相接，通道上方為規(guī)劃橋梁。車站南側(cè)為連堡豐城后期開發(fā)地塊項(xiàng)目，車站施工中預(yù)留后期開發(fā)接駁條件。車站在施工過(guò)程中預(yù)留區(qū)間同步施工條件，車站周邊原為六堡社區(qū)，現(xiàn)已全部拆遷，北側(cè)為規(guī)劃引水河，周邊暫無(wú)重要地下管線，其他管線遷改均能夠滿足車站施工要求。

六堡站地區(qū)地屬?zèng)_海積平原區(qū)，地勢(shì)較為平緩，場(chǎng)區(qū)內(nèi)沒有發(fā)生泥石流、崩塌、滑坡、巖溶、地下洞穴等不良地質(zhì)作用。但是，該場(chǎng)區(qū)存在有飽和粉（砂）土地震液化、地下障礙物、地下有害氣體及流砂或管涌現(xiàn)象等對(duì)基坑有影響的不良地質(zhì)作用。

2.圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

六堡站主體結(jié)構(gòu)基坑沿錢江東路總長(zhǎng)約297m，標(biāo)準(zhǔn)段沿錢江東路寬約42m，基坑開挖深度約15.2m，車站覆土高度約為3m，場(chǎng)平標(biāo)高為6.000。

綜合考慮基坑深度、周邊環(huán)境及場(chǎng)地特性，本站圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下。

一是場(chǎng)平地面至負(fù)一層。地面至負(fù)一層深度約為9m，采用3級(jí)放坡，每級(jí)坡高約為3m，坡度均為1:1.3。放坡開挖分兩次，第一次開挖范圍為場(chǎng)平至地連墻冠梁頂，然后施作負(fù)二層圍護(hù)及主體結(jié)構(gòu)，在車站負(fù)二層主體結(jié)構(gòu)施工完成后，進(jìn)行二次開挖。坡頂設(shè)置三軸攪拌樁止水帷幕，沿車站縱向每間隔100m左右設(shè)置橫向止水帷幕，對(duì)基坑進(jìn)行分倉(cāng)降水。坡面防護(hù)統(tǒng)一采用綠色裝配式防護(hù)面層，面層抗拉強(qiáng)度不小于25kN/m2。而坡頂、坡中平臺(tái)與坡腳處均需做翻邊處理，其中，坡頂處翻邊寬度應(yīng)大于等于0.8m，坡腳翻邊寬度應(yīng)大于等于0.5m，平臺(tái)處全部鋪設(shè)復(fù)合面層，均采用1m長(zhǎng)的φ22鋼筋錨釘固定@1.5mx1.5m，面層搭接處采用1m長(zhǎng)的φ22鋼筋錨固釘固定@1.5m，坡頂、坡腳與坡中平臺(tái)均采用C20混凝土覆蓋0.08m厚。

六堡站地下空間綜合開發(fā)剖透視圖

二是負(fù)一層至負(fù)二層坑底。該車站負(fù)一層至負(fù)二層坑底采用地連墻+內(nèi)支撐支護(hù)體系，其中，地連墻厚度為0.8m，支撐體系為1道砼支撐 （1200x1000）+1道鋼支撐（φ800，t=16），地下連續(xù)墻接頭形式采用工字鋼接頭。地連墻的入土深度要依據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件與基坑開挖深度等要求進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)，應(yīng)結(jié)合杭州地區(qū)軟土深基坑的工程經(jīng)驗(yàn)確定。在場(chǎng)平整理到設(shè)計(jì)標(biāo)高后即開始施作車站地連墻與相關(guān)工程樁、立柱樁，地連墻設(shè)計(jì)墻頂標(biāo)高與第一次放坡線底平齊，地連墻接頭工字鋼升至地面以上，墻頂至場(chǎng)平標(biāo)高為空挖地槽，在地連墻施作完畢后，需要與樁基空鉆部分及時(shí)進(jìn)行回填（砂土回填），然后再進(jìn)行基坑放坡開挖。

2.2 特殊區(qū)域加固

該工程加固方案采用坑內(nèi)降水+局部三軸水泥土攪拌樁的形式。

坑內(nèi)局部加固采用直徑850mm、間距600mm的三軸水泥土攪拌樁，其中，加固范圍為地面至坑底以下3m。為保證加固土體與地連墻密貼，地連墻與加固土體相接處增設(shè)一排高壓旋噴樁加固，高壓旋噴樁與地連墻相切不得小于200mm。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)基坑陽(yáng)角以及坑內(nèi)三軸水泥土攪拌樁與地連墻接縫位置處，采用樁徑800mm、間距500mm的高壓旋噴樁加固處理。坑外陽(yáng)角加固深度為冠梁頂至坑底以下3m；與地連墻接縫位置加固深度為坑底至坑底以下3m。

3.地下連續(xù)墻施工工藝要求

施工單位在進(jìn)行地下連續(xù)墻施工前，應(yīng)制定詳細(xì)的施工方案，且該施工方案需要經(jīng)過(guò)各方的認(rèn)可才能實(shí)施。同時(shí)，施工單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、地墻施工工藝、施工機(jī)械荷載等相關(guān)要求去復(fù)核地下連續(xù)墻導(dǎo)墻的平面尺寸、深度以及配筋，導(dǎo)墻因槽段施工需要而延伸的部分及其他有關(guān)措施，由施工單位自行確定并經(jīng)設(shè)計(jì)方認(rèn)可后方可實(shí)施。

鋼筋籠在施工中應(yīng)該整體施做，避免分段拼接與施工，切實(shí)需要分段拼接施工時(shí)，其鋼筋籠連接位置應(yīng)該由施工單位確定，并需要避免在地連墻受力最大處。鋼筋籠分段拼接時(shí)，必須采用有效的措施來(lái)保護(hù)上下鋼筋籠的整體性。在施工中，施工單位應(yīng)讓鋼筋籠垂直入孔，防止其彎曲變形，為保證地連墻保護(hù)層厚度，在地連墻兩側(cè)設(shè)置保護(hù)墊塊，墊塊按每一槽段橫向2~3排，豎向間距3m~4m布置。當(dāng)鋼筋籠下放遇到阻力時(shí)不得強(qiáng)行下放，而是應(yīng)采取措施來(lái)保證保護(hù)層厚度與籠底標(biāo)高在允許誤差的范圍內(nèi)。同時(shí)，施工單位還應(yīng)確保鋼筋籠在吊裝和沉放過(guò)程中的整體性，也應(yīng)保證鋼筋的連接性能滿足規(guī)范要求，因施工需要的附加鋼筋由施工單位按需自定，其中，地下連續(xù)墻的主筋與水平筋焊成鋼筋籠骨架。

為防止槽段坍塌，施工中需要采用優(yōu)質(zhì)泥漿，泥漿比重宜保持在1.10左右，PH值為7.5~10，泥漿液面應(yīng)高于地下水位1.5m~2.5m，且不低于自然地坪原有地面標(biāo)高。挖槽前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)泥漿試驗(yàn)確定最佳配比，施工階段應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)。

地下墻施工時(shí)，應(yīng)采用鋼絲刷或?qū)Ｓ霉伟鍖?duì)相鄰先行幅墻體接頭進(jìn)行清刷，刷壁清潔完后再施工下一幅地墻，以保證相鄰兩幅墻體緊密結(jié)合，且不得破壞已澆砼；上下刷壁次數(shù)不得小于20次，且不得采用人工刷壁。在地下連續(xù)墻施工完成后，施工單位需要及時(shí)對(duì)地下連續(xù)墻空挖部分進(jìn)行沙土回填和壓實(shí)。

4.施工監(jiān)測(cè)與應(yīng)急預(yù)案

4.1 施工監(jiān)測(cè)

基坑開挖前應(yīng)制定系統(tǒng)的開挖方案，為確保開挖過(guò)程中基坑周圍建筑與地下管線的安全，在施工時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋數(shù)據(jù)，做到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，及時(shí)處理問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)信息化施工，其中，施工中主要監(jiān)測(cè)墻頂位移、墻體變形、地面沉降、立柱沉降、地下管線位移、支撐軸力、建筑沉降傾斜、坑底土體位移、水位等。但是，由于基坑開挖監(jiān)測(cè)受到多種因素影響，因此，為確保數(shù)據(jù)的可靠性，其監(jiān)測(cè)任務(wù)應(yīng)由專業(yè)單位承擔(dān)。

基坑施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在其圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工至基坑開挖前，監(jiān)測(cè)期應(yīng)從基坑工程施工前開始，直到地下工程完工為止。對(duì)于基坑周邊建筑物的監(jiān)測(cè)，應(yīng)根據(jù)需要延續(xù)至變形趨于穩(wěn)定結(jié)束后。基坑各開挖步應(yīng)嚴(yán)格動(dòng)態(tài)控制變形，報(bào)警值按承載能力的60%考慮。當(dāng)監(jiān)控項(xiàng)目接近預(yù)警值時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)并作日?qǐng)?bào)表；當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接近報(bào)警值時(shí)，應(yīng)立即報(bào)告施工、監(jiān)理，并會(huì)同設(shè)計(jì)方及有關(guān)部門分析原因，并及時(shí)提交應(yīng)對(duì)措施報(bào)告。

4.2 應(yīng)急預(yù)案

在基坑施工過(guò)程中應(yīng)確保鄰近建筑的安全，并對(duì)開挖中可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情作出相應(yīng)措施。在開挖過(guò)程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大時(shí)，應(yīng)立即停止開挖，在必要時(shí)需設(shè)置應(yīng)急支撐或者采用回填土措施來(lái)控制基坑的變形發(fā)展。當(dāng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏水時(shí)，應(yīng)采取背后注漿或深層攪拌樁等堵漏措施。如果基坑在開挖過(guò)程中坑底出現(xiàn)涌水、涌砂等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)采取基坑回填措施，并密切觀察基坑變形情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)立即補(bǔ)充支撐，且再次開挖前，應(yīng)依據(jù)水位情況，做好坑內(nèi)的降水工作。在放坡開挖過(guò)程中，如出現(xiàn)坡頂開裂、坡體沿坡腳剪出等跡象時(shí)，應(yīng)立即停止開挖，及時(shí)對(duì)開裂、剪出破壞等部位進(jìn)行加固。再次開挖前需要增加基坑邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)，密切注意基坑變形情況。

施工單位在基坑開挖過(guò)程應(yīng)留有足夠的應(yīng)急支撐，防止基坑發(fā)生某種險(xiǎn)情，導(dǎo)致支撐變形過(guò)大或者失效，而需要通過(guò)增加大量的應(yīng)急支撐來(lái)補(bǔ)強(qiáng)基坑支護(hù)。當(dāng)支撐軸力達(dá)到設(shè)計(jì)值80%時(shí)，應(yīng)立即準(zhǔn)備架設(shè)應(yīng)急支撐；當(dāng)支撐軸力達(dá)到設(shè)計(jì)值90%時(shí)，應(yīng)馬上啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行支撐補(bǔ)強(qiáng)。

5.結(jié)論

本文以杭州地鐵9號(hào)線六堡站為背景，對(duì)其地鐵站施工期間的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了詳細(xì)介紹，主要得出如下幾點(diǎn)結(jié)論：

第一，地鐵站的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮基坑深度、周邊環(huán)境及場(chǎng)地特性對(duì)其結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的影響。如該地鐵站場(chǎng)平地面至負(fù)一層采用3級(jí)放坡，而負(fù)一層至負(fù)二層坑底是采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的支護(hù)體系。

第二，當(dāng)基坑周邊的市政管線做好改遷工作后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)才能開始施工。而當(dāng)主體結(jié)構(gòu)施工完成后，應(yīng)采用場(chǎng)地開挖砂土對(duì)基坑進(jìn)行回填。

第三，基坑施工中應(yīng)對(duì)各開挖步進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)期是從基坑施工前開始，直至地下工程完工為止，監(jiān)測(cè)過(guò)程要嚴(yán)格動(dòng)態(tài)控制變形與承載力。

第四，開挖過(guò)程中出現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大、漏水、坑底出現(xiàn)涌水與涌砂等險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)立即停止開挖，必要時(shí)需采取回填、堵漏或設(shè)置應(yīng)急支撐等措施。