膨脹土基坑鄰近既有站明挖法施工工法研究

王富平，葉堃 （中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

1 引言

膨脹土是一種具有脹縮性、裂隙性和超固結性的復雜黏土，受其性能影響容易產生工程事故，含水量變化是導致膨脹土基坑邊坡失穩破壞的重要原因之一，如何降低膨脹土基坑土體含水量變化對基坑的影響具有重要意義[1～3]。同時，當基坑鄰近既有站施工時，如何在特殊地質條件下減弱對既有站結構的影響成為基坑施工工法的核心[4～5]。

國內外學者對于膨脹土基坑穩定性及其對臨近結構的影響問題展開了一定的研究。文獻[6]以實際深膨脹土基坑為例，分析了深基坑分層開挖對基坑及周邊地鐵設置的影響分析。文獻[7]以合肥地鐵5號線為研究背景，采用有限元軟件，建模分析了基坑開挖過程對基坑支護結構的影響，通過與現場監測數據對比分析，發現膨脹力對基坑穩定性影響較大。文獻[8]采用數值分析動態模擬施工全過程，分析了北京市某長大深基坑工程的施工對京津城際鐵路的影響。文獻[9]結合天津市某分布于既有車站兩側的異型基坑為例，分析了降雨過程中基坑水位變化對基坑支擋結構和既有車站主體結構的變形影響。文獻[10]研究發現當地質情況調查不足，未進行分層分段開挖時，地下水下滲導致膨脹土發育導致基坑嚴重變形，后期需采用復雜的加固措施才能確保施工的安全。

上述研究成果對膨脹土地區基坑的設計和監測分析提供了廣泛的建議，但對膨脹土基坑鄰近既有站明挖法施工工法的研究較少。基于此，本文結合實際工程，確定總體施工原則，貫徹“防水保濕”原則，結合施工階段分別采用了放坡開挖、臺階挖機接力開挖、掏挖和吊挖施工方法，提出了切實可行的施工工法，保證了項目的順利實施，可為類似工程的施工提供借鑒。

2 工程概況

新建車站位于廬州大道與紫云路交叉口，沿紫云路東西向布置，與既有1號線車站側、島十字型換乘，并設置聯絡線。新建車站主體結構主要位于可塑狀粘土<3-1-1>與硬塑狀黏土<3-1-2>層中，下蜀組<3-1-1>可塑狀黏土膨脹潛勢為弱～中等，下蜀組<3-1-2>硬塑狀黏土膨脹潛勢為弱～強，膨脹土具有顯著的吸水膨脹，失水收縮的特性，且具有脹縮變形可逆性，隨著脹縮變形，膨脹土內產生裂隙，整體強度降低，尤其是持續的干濕交替作用下，強度會急劇降低。

根據工程情況，新建車站下穿既有1號線車站。在鄰近既有1號線車站基坑施工時，采用正常的基坑開挖施工工法會對既有站結構安全產生一定的影響，應調整施工工法，確保既有站結構安全風險性在可控范圍的情況進行深基坑工程施工。

3 明挖基坑總體施工流程

新建車站總體施工原則：先圍擋、后施工，邊開挖、邊支護，先主體、后附屬，相鄰施工互相配合。

開挖和主體結構施工概括為“橫向分段、豎向分層、先支后挖”。施工中堅持文明、環保理念，渣土外運安排在夜間進行。施工現場全部實行封閉式管理，采取全封閉施工。在完成管線遷改及綠化遷移后，主要按圍護結構（圍護樁）、冠梁、擋土墻及第一道混凝土支撐、土方開挖、支撐架設、主體結構的順序施工。

主體基坑采用縱向分段放坡開挖、水平分層，先中間、后兩側形成反壓。每層臺階上的挖掘機將渣土倒運至上一臺階，由上一臺階的挖掘機向上翻倒，通過臺階向上傳遞，最上層挖機裝車外運。隨基坑開挖及時進行樁間網噴混凝土、鋼支撐架設施工。當車站基坑開挖封底后，分段進行由下而上的主體結構施工。

4 土方開挖原則

①車站基坑開挖嚴格按照“時空效應”的理論，分層、分段、分區、對稱施工，并必須遵循“豎向分層、縱向分段、快速支撐、先撐后挖、嚴禁超挖”的原則。

②土方開挖必須在灌注樁及冠梁、混凝土支撐達到設計強度，基坑四周設置防護后方可進行。

③基坑開挖前，基坑四周必須設置安全防護，同時地面必須硬化完成，并設置排水溝，在坡底坡頂設排水溝、集水井，確保基坑干燥。

④嚴格控制土坡坡度，確保邊坡穩定，一般縱橫向坡面不大于1∶2，開挖完成之后，必須做好坡面防護。

⑤在土方開挖至基坑到底時，集水坑、下翻梁的開挖，用小型挖掘機進行施作，完成后立即進行集水坑、下翻梁及周邊墊層的澆筑，使四周不會出現塌方的現象。

5 土方開挖方法

當圍護結構施工完成且強度滿足設計要求后，進行基坑開挖施工。根據現場施工流程情況，基坑土方開挖主要分為兩個階段。

第一階段：冠梁以上覆土層揭除，施工冠梁、擋土墻及第一道鋼筋混凝土支撐；表層土厚度1.5 m～2.7m，采用放坡開挖。

第二階段：冠梁、支撐達到設計強度后，開始冠梁以下土方開挖。基坑水平方向按支撐間距分層放坡開挖，并進行支撐架設，基坑縱向分段，采用臺階挖機接力開挖施工方法。

大小里程開挖至鄰近1號線施工段處（即第七段、第九段）處，需同步分層對稱開挖1號線車站兩側土體。土方分層開挖至既有1號線車站底板下時，應停止開挖，并盡快施工車站兩側范圍內的車站主體結構。車站主體結構施工完成并覆土后，方可繼續開挖1號線車站兩側土體。

鄰近1號線車站基坑開挖：

①采用臺階分層方法開挖至鄰近1號線車站，及時調整兩側施工段施工進度，確保兩側施工段分層對稱同步開挖第七段、第九段（見圖1）；

②第一層臺階土方開挖（見圖2）。第七段、第九段同步對撐開挖第一層土方，基坑開挖至1號線車站底板面上，開挖深度約8.1m，該層土方主要位于<3-1-2>硬塑狀黏土層，該層分3小層進行開挖，每小層土方開挖深度不超過3m；

③第一層土方開挖結束后，及時架設鋼支撐并施加軸力，此段鋼支撐采用伺服系統，保留1號線車站底板面以下土方不開挖，形成臨時護坡，坡面平臺寬度不低于5m，坡度不大于1:1，并設置基坑內排水系統，雨季時采用彩料布全覆蓋土體，并同步組織盡快施工兩側車站主體結構，待兩側結構施工與頂板回填完成后，且監控量測信息穩定，方可開挖基坑土體；

④第二層臺階土方開挖兩側分層對稱同步開挖，每個工作面配備小挖機，配合長臂挖機裝車，基坑四周開挖采用小挖機進行掏挖，該層土方開挖深度為4.0m，該層土方主要位于<3-1-2>硬塑狀黏土層，該層分2小層進行開挖，每小層土方開挖深度不超過3m；

⑤第三層及基坑收底土方開挖，采用挖機配合吊斗進行土方開挖。開挖至基坑設計底標高300mm，采用人工鏟平修整，并及時報驗，報驗合格后立即施工墊層、防水、底板，其施工示意圖見圖3所示。

圖3 鄰近1號線基坑第三層土方開挖及收土示意圖

6 結論

本文針對膨脹土基坑采用常規明挖法施工會對既有站結構產生一定的影響，確定總體施工原則，貫徹“防水保濕”原則，結合施工階段分別采用放坡開挖、臺階挖機接力開挖、掏挖和吊挖施工方法，提出了切實可行的施工工藝，保證了項目的順利實施。