膨脹土地層深基坑圍護樁土體流失處治技術

鄧 勇

(中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100023)

1 工程概況

1.1 設計情況

成都地鐵17 號線人民塘站為兩層兩跨（局部三跨）整體式現澆鋼筋混凝土矩形框架結構的12m 島式站臺明挖車站。車站總長272m，其中頂板覆土厚度約為2.88～4.86m，底板埋深19.62～24.74m。

車站圍護結構采用?1 200 旋挖樁，一般段間距按1 800mm，局部間距按2 000mm，靠近建筑物段間距按1 500mm。車站淺埋覆土段（1～23 軸）豎向設置三道支撐，其余范圍內（23～33 軸）采用三道鋼支撐+一道倒撐；除大里程端臨近居民樓側第一道支撐采用混凝土支撐外，其余均采用?=800mm，t=20mm 的鋼支撐。

樁頂設冠梁，樁間采用掛網錨噴支護[1]，噴層厚度平均150mm，掛網鋼筋采用?8＠150×150mm，噴射混凝土等級C20，樁間土體設置C16 加強環筋，并在每根樁上植筋入C18，L=0.45m 橫向拉筋，其中增強環筋與橫向拉筋的豎向間距為1.5m。

1.2 工程地質

本車站主體結構底板持力層位于＜5-1-3＞中風化泥巖，局部位于＜5-1-2＞強風化泥巖及＜5-1-1＞全風化泥巖，地基承載力特征值不得小于240kPa。

小里程盾構接收端端頭地質最上層為30cm厚場地硬化鋼筋混凝土，下部為冠梁及擋土墻背后回填的卵石土。

1.3 水文地質

根據地勘報告，中等風化泥巖滲透性系數K取值為0.44m/d。場區內基巖裂隙水的含水量甚微，但不排除局部節理、裂隙發育地段有富水條件，儲藏有一定裂隙水，對車站工程有一定影響。

2 膨脹土層深基坑施工問題及原因分析

2.1 施工問題

主體基坑小里程盾構井接收端在基坑圍護樁施工完成后，按照設計要求在距離基坑2m 處打設3 口降水井，降水井間距為16m，降水井打設深度為基底以下2m[2]。按專項方案要求進行降水及土方開挖，并進行了設計正常的樁間掛網噴射混凝土及鋼支撐施工。期間嚴格控制地下水保持在開挖面以下1m 并按照每層土方開挖高度≤2m，且及時進行樁間掛網噴射混凝土[3]。施工過程中天氣多為陰天，零星出現小雨天氣，基坑范圍外均進行了地面硬化避免地表水下滲。開挖過程中地層巖性與設計勘探資料地層描述基本一致。在土方見底并進行基底驗槽合格后立即進行了主體結構底板施工。期間樁間掛網噴射混凝土面無大面積滲漏水，僅零星出現最大約0.5m2的濕痕。

該處位置在底板施工完成后搭設施工臨時腳手架并施工側墻鋼筋時，管理人員巡查發現該處位置左右線洞門之間距離底板高約4m 處樁間網噴混凝土出現開裂現象。隨即按照應急方案進行人員撤離并進行進一步觀測，同時加強了該處位置的施工監測頻率。樁間網噴處出現裂隙約4h后，混凝土面進一步開裂擴張至鼓包。最后該處位置樁間土體同網噴混凝土一同流失[4]。土體流失方量約20m3，樁間網噴脫離約15m2。監測顯示，該處位置地表沉降檢測值有2cm 的突變。

2.2 原因分析

1）樁間土體流失位于＜4-1＞黏土具有弱～中等膨脹性、＜5-1-1＞全風化泥巖處，具有弱膨脹性，膨脹巖具有吸水軟化、膨脹，失水崩解的特性[5]。基坑開挖后，泥巖在地下水、空氣的作用下軟化、膨脹，強度急劇降低，導致土體隆起，基坑側壁變形開裂，進而導致基坑樁間網噴失穩及樁間土流失。

2）本站設計洞門處圍護樁一般按照?1 500＠1800，即樁間凈距為300mm，但在洞門之間僅設計有2 根?1 200 圍護樁，間距為2 900/2 200mm，即樁間凈距最大為1 550mm。

3 應急處治技術

在樁間噴射混凝土噴錨面開裂后，施工單位迅速按照應急預案進行人員撤離保證人員及物資撤離出危險范圍，對現場進行進一步勘察、監測及雷達掃描，并組織設計和監測單位進行處置方案研討。最終確定了使用土袋堆碼對垮塌洞口進行封堵+搭設臨時腳手架支模對垮塌裂縫及塌空噴錨面進行支撐加固+樁間背后增設?108 鋼管隔離樁+背后空腔混凝土回填+變形噴錨面鑿除、二次噴錨+增加臨時鋼支撐的應急處置方案。

3.1 堆碼土袋封堵垮塌洞口

端墻噴錨面被膨脹土脹開后，噴錨面背后膨脹土間斷性掉落，因垮塌出距離底板高差較大，為防止噴錨面背后土體持續性垮塌掉落，使用編織袋裝土，利用吊車吊運至端墻垮塌處，從底板面開始堆碼至垮塌洞口處。

3.2 臨時腳手架支模封堵洞口、支撐垮空噴錨面

土袋堆碼至垮塌洞口處完成后，在堆碼土袋面上搭設臨時鋼管腳手架，并支模封堵垮塌洞口，使用可調頂托將方木模板頂緊與噴錨面與腳手架架體之間，減小噴錨面繼續產生形變，同時為后續噴錨面背后回填混凝土作支撐。臨時腳手架采用?48 鋼管，步距、排距均按0.8m 設置，豎向間距1m，墻面支撐模板采用15mm 厚木模板，主楞、次楞均采用100mm 方木[6]。

3.3 背后空洞混凝土回填

噴錨面臨時支撐封堵完成后，在D-5、E-2、E-3、D-6 樁間背后打設?108 鋼管隔離樁，間距300mm，深度16.5m。地質鉆機鉆孔完成后，及時逐節安裝?108 鋼管，并及時將鋼管內灌滿混凝土，防止樁背后垮塌部位繼續增大。

對噴錨面背后空腔部分進行回填C20 混凝土，回填施工工序如下。

1）測量將D-5、E-2、E-3、D-6 樁位放點于地面上。

2）在端頭對應樁間垮塌樁間背后對應鋼筋混凝土地面使用?159 水鉆對40cm 厚混凝土地面開孔。

3）地面水鉆開孔完成后，使用地質鉆機從地面鉆孔至樁間垮塌空腔處。

4）每鉆完成一根澆筑孔后，使用鋼管漏斗及時從地面灌注混凝土至樁間空腔部位，灌注期間使用振搗棒保證灌注混凝土能夠流至每一個樁間空腔部位。往空洞內澆筑混凝土直至混凝土面不出現下降。

5）回填完成混凝土達到強度后，對回填部位對應噴錨面處使用水鉆鉆孔取芯判斷背后是否回填密實，若回填密實，及時封堵水鉆孔，若回填不密實，重新回填。

3.4 變形噴錨面鑿除、二次噴錨修復

待噴錨面背后回填混凝土達到強度，基坑監測無異常后，測量人員及時對垮塌區域噴錨面進行復核，對變形及侵限噴錨面進行鑿除二次掛網噴錨。施工工序如下。

1）測量復核噴錨面，判斷是否侵限及變形開裂。

2）按一個樁間，1.5m/次高為一個單元，拆除需鑿除噴錨面部位方木模板。

3）拆除完一個單元支撐方木模板后，使用風鎬及電鎬將變形噴錨面進行鑿除，同時將樁間虛土清理。

4）清理完成一個單元后，在樁間重新植筋掛網，樁體植筋采用?18 螺紋鋼，樁間網片加強筋采用?18＠300 橫向布置（樁間垮塌嚴重部位采用雙層網片）。

5）鋼筋網片安裝固定后，立即噴射混凝土封閉樁間土體，避免土體長期外露。

3.5 增加臨時鋼支撐

為保證垮塌部位樁間土及樁體后續的穩定性，在塌方區域第二道鋼圍檁下方2m 處增設一道鋼圍檁并架設2 根鋼支撐對撐于中板反力墩上，如圖1 和圖2 所示。

圖1 新增鋼支撐布置示意圖

圖2 反力墩配筋示意圖

施工工序如下。

1）一單元中板澆筑時在2 軸交B 軸處增設2個900×900mm 現澆混凝土反力墩。

2）對撐墻面噴錨面修復處理完成。

3）架設鋼圍檁及鋼支撐并安裝軸力計[7]。

4）對新增鋼支撐施加軸力支撐端墻[8]。

5）每日對該處軸力加強監測。

3.6 清理堆碼土袋、二次噴錨

新增的鋼支撐架設完成后，對下方堆碼土袋逐層清理，同時對噴錨面進行復核，及時進行二次掛網噴錨。

3.7 加密監測

在所有處置措施完成前對地表沉降、樁頂水平位移、測斜等進行加密監測，由原1d/次頻率加密為2h/次，并安排技術人員24h 不間斷現場巡視。

4 結論

通過以上處治措施，樁間土體趨于可控制狀態未繼續發展，地表沉降、樁頂水平位移、測斜等均未出現明顯變化。基坑安全處于穩定。施工過程中嚴格采取基坑降水措施，是消除膨脹力對基坑安全的關鍵。施工中要嚴密監控基坑樁間網噴混凝土、樁體水平、豎向位移、測斜、地表沉降等是否發生變化。如發生變化后，需及時根據現場情況進行相應的應急處置，保證基坑的安全穩定。