福州地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與防水設(shè)計

摘" 要：近些年，隨著城市地鐵修建如火如荼地進(jìn)行，所涉及到的深基坑工程安全問題表現(xiàn)得越來越突出，其中地下水對深基坑安全的影響不容忽視，其極易引發(fā)工程事故，造成重大損失。以福州地鐵二號線洋里站-魁岐站中間風(fēng)井基坑工程為實例，介紹該工程的概況、水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件以及深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和防水設(shè)計，以保證深基坑工程的安全，為其他深基坑工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：深基坑；圍護(hù)樁；止水帷幕；降水井；施工安全

中圖分類號：U231" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）12-0146-05

Abstract： In recent years， with the construction of urban subway in full swing， the safety problems of deep foundation pit engineering involved are becoming more and more prominent. Especially the impact of groundwater on the safety of deep foundation pit can not be ignored， which is easy to cause engineering accidents and cause heavy losses. Taking the middle wind shaft foundation pit project of Yangli Station to Kuiqi Station of Fuzhou Metro Line 2 as an example， this paper introduces the general situation of the project， hydrogeological conditions and engineering geological conditions， as well as the retaining structure and waterproof design of the deep foundation pit， in order to ensure the safety of the deep foundation pit and provide reference for other deep foundation pit engineering.

Keywords： deep foundation pit; retaining pile; waterproof curtain; dewatering well; construction safety

近年來，越來越多的地下空間在城市中得到開發(fā)利用，由此所引發(fā)的深基坑開挖安全問題日益突出，深基坑工程設(shè)計、防滲水關(guān)鍵技術(shù)已成為巖土工程界面臨的重要研究課題。目前國內(nèi)外學(xué)者對深基坑開挖防滲水，雖已有了長足的施工研究經(jīng)驗，但如何合理選用經(jīng)濟(jì)實惠又安全可靠的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和止水帷幕方案，是讓大家十分頭疼的問題。針對此問題，本論文以福州地鐵二號線洋里站-魁岐站中間風(fēng)井基坑工程為實例，研究在小范圍內(nèi)受到空間限制的條件下，中間風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁及圍護(hù)樁外側(cè)采用三重高壓旋噴樁與靜壓注漿配合的方式進(jìn)行基坑止水，并在基坑開挖后實際檢驗止水效果是否達(dá)到預(yù)定要求。結(jié)果表明：基坑開挖后圍護(hù)樁體垂直度和整體性良好，在基坑四周形成了一圈防水墻，高壓旋噴樁及靜壓注漿有效地阻隔了地下水從圍護(hù)樁縫隙滲入基坑，給后續(xù)工序的安全施工提供了重要保障。此案例可為類似周邊環(huán)境、地層情況下的地鐵車站、附屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工提供一定借鑒經(jīng)驗。

1" 工程概況

福州地鐵2號線東延線一期工程洋里站-魁岐站中間風(fēng)井位于福州市馬尾區(qū)。為魁岐互通立交橋下方，周邊規(guī)劃主要為防護(hù)綠地。中間風(fēng)井為地下三層式設(shè)計。風(fēng)井基坑（長39.8 m×寬33.4 m×深26.715 m）采用明挖法施工，設(shè)1組頂出風(fēng)亭及1個頂出安全出口。該風(fēng)井場地平整標(biāo)高約8.8 m，風(fēng)井結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高為-17.915 m，結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高5.175 m。

1.1" 工程地質(zhì)

本工程場區(qū)沿線地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖土層種類較多，巖土層的埋深、厚度及性能變化較大。區(qū)間風(fēng)井地層從上到下依次為雜填土、填塊石、淤泥、淤泥夾砂、砂質(zhì)黏土、強風(fēng)化花崗巖（砂土狀、碎塊狀）、中風(fēng)化花崗巖（碎塊狀）、微風(fēng)化花崗巖，風(fēng)井地質(zhì)剖面如圖1所示。

1.2" 水文地質(zhì)

1.2.1" 地表水

風(fēng)井勘察場地范圍內(nèi)處于閩江下游流域。近年來場地東側(cè)閩江寬約770 m，閩江最高洪水位為8.06 m。風(fēng)井東側(cè)的池塘主要為公園內(nèi)景觀水池，長約100 m，寬2～8 m，面積約1 500 m2，塘底標(biāo)高約6.8～7.2 m，勘察期間水深約0.3～0.8 m，水面標(biāo)高約7.2～7.5 m，水量主要受大氣降水及人工調(diào)節(jié)影響，勘察期間水流緩慢，水質(zhì)較好。

1.2.2" 地下水

本風(fēng)井揭示的地下水按埋藏條件包含上層滯水、潛水和承壓水3種類型。其中承壓水按賦存介質(zhì)又可分為基巖孔隙裂隙承壓水和基巖裂隙承壓水。根據(jù)勘察資料，風(fēng)井范圍內(nèi)的各含水地層水位見表1。

2" 圍護(hù)樁施工

根據(jù)本風(fēng)井所處的環(huán)境、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件以及基坑深度，經(jīng)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)綜合比較和工程類比。本工程圍護(hù)樁采用Φ1 000 mm@1 200 mm，樁體嵌固中風(fēng)化巖深度為2.5 m、微風(fēng)化巖深度為1.5 m，中間風(fēng)井圍護(hù)樁共125根。同時考慮部分圍護(hù)樁樁身深入盾構(gòu)施工范圍，鋼筋籠采用玻璃纖維筋，玻璃纖維筋分布范圍為洞身上下3.2 m。

2.1" 測量定位

采用全站儀與鋼尺相結(jié)合的方法進(jìn)行樁位放樣，符合要求后由技術(shù)人員報監(jiān)理單位復(fù)核，施工人員不得擅自更改點位。

2.2" 施工順序

根據(jù)該工程地質(zhì)狀況，防止鉆孔過程中土體側(cè)移，故在旋挖鉆鉆孔施工過程中，采用跳孔的順序進(jìn)行施工，第一序次每2個先鉆孔之間要跳開4個孔，第二序次鉆跳開4個孔中間的1個，第三序次鉆跳開4個孔中間的1個，最后序次鉆所有剩余的孔。鉆孔樁鉆孔順序如圖2所示。施工過程中要嚴(yán)格遵照此原則進(jìn)行，不得擅自進(jìn)行連續(xù)逐個鉆孔作業(yè)。

2.3" 圍護(hù)樁施工技術(shù)要求

1）鉆機在施工過程中應(yīng)保持穩(wěn)定，不得發(fā)生移位，必須在測量放點處進(jìn)行鉆孔。

2）鉆孔施工過程中，實事求是地記錄鉆孔數(shù)據(jù)，核對是否與勘察提供的地質(zhì)信息一致，當(dāng)兩者出入嚴(yán)重不相符時，應(yīng)及時與勘察單位及設(shè)計單位取得聯(lián)系，經(jīng)三方分析研判后處理。

3）圍護(hù)樁鉆孔完成后，應(yīng)及時澆筑混凝土，防止放置時間過長，造成塌孔現(xiàn)象的發(fā)生。

圍護(hù)樁施工工藝流程，如圖3所示。

中間風(fēng)井圍護(hù)樁示意圖，如圖4所示。

3" 止水帷幕施工

在施工過程中，為避免地下水流入基坑，造成重大安全隱患，需要在基坑四周設(shè)置防滲帷幕。根據(jù)該場地的環(huán)境條件和水文地質(zhì)條件，同時考慮節(jié)省工程造價，中間風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁外側(cè)采用三重高壓旋噴樁與靜壓注漿配合的方式進(jìn)行止水。根據(jù)設(shè)計要求及現(xiàn)場實際情況，樁間止水施工順序如下：旋噴樁引孔施工—旋噴樁施工—靜壓注漿鉆孔施工—靜壓注漿施工。工序逐個進(jìn)行，在保證上道工序檢驗合格后再進(jìn)行下道工序的施工作業(yè)。

3.1" 旋噴樁施工工藝

中間風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁外側(cè)采用止水帷幕均采用Φ800 mm@1 200 mm的高壓旋噴樁，旋噴樁共計125根，高壓旋噴樁需進(jìn)入中/微風(fēng)化巖層頂部。現(xiàn)場管理人員需嚴(yán)格把控，確保高壓旋噴作業(yè)達(dá)到預(yù)定效果，否則將失去此道工序的作用，得不償失。

高壓旋噴施工工藝流程圖，如圖5所示。

旋噴樁施工技術(shù)要求如下。

1）鉆機或噴射機組就位后，采用水平尺及垂球來檢查鉆桿的垂直度以及轉(zhuǎn)盤與孔位中心是否對正。施工過程中要控制成孔偏斜率在1%以內(nèi)。

2）旋噴施工中采用P42.5級普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比1∶0.75～1∶1。施工人員要時刻關(guān)注水泥漿液密度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)漿液密度不符合技術(shù)交底要求時，應(yīng)立即停止施工，并調(diào)整漿液密度在要求范圍之內(nèi)，方可繼續(xù)施工。

3）施工過程中，應(yīng)經(jīng)常檢查泥漿泵的壓力、漿液流量、鉆機轉(zhuǎn)速、提升速度及耗漿量。

3.2" 靜壓注漿施工工藝

中間風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁外側(cè)采用高壓旋噴樁與靜壓注漿配合的方式進(jìn)行止水，強風(fēng)化巖層的樁間止水采用靜壓注漿補充加強。主要針對地層為破碎巖石，平面設(shè)置單排地面袖閥管注漿，孔距為1 m，采用φ60 mm鉆頭垂直鉆孔至目標(biāo)地層鉆孔位于樁間旋噴樁外側(cè)，其工藝流程如圖6所示。

靜壓注漿施工技術(shù)要求如下。

1）鉆孔時要保證和地面垂直，鉆孔水平孔位誤差小于等于5 cm，鉆孔垂直度小于等于±1°。

2）安設(shè)袖閥管時，連接處必須對接到位，避免出現(xiàn)下注漿芯管時下不進(jìn)。

3）注漿過程中應(yīng)時刻注意泥漿比重，不符合要求時，立即停止注漿，保證施工質(zhì)量。

4" 降水與排水

結(jié)合中間風(fēng)井周邊水文及地質(zhì)情況，風(fēng)井降水施工采用基坑內(nèi)井點疏干降水與坑內(nèi)臨時集水坑集水抽排相結(jié)合的方法進(jìn)行施工降水。基坑內(nèi)開挖過程中，若遇到暴雨等不良天氣或長時間施工停歇，坡面處采用篷布暫時覆蓋，開挖面雨水收集到臨時集水坑，使用抽水泵將水抽排入地表排水溝內(nèi)，不得直接排入市政管網(wǎng)管道，收集的雨水最終經(jīng)過沉淀池處理后排出。

4.1" 基坑涌水量計算

根據(jù)《基坑工程手冊》及勘察資料，按大井法估算基坑涌水量

Q= ，

式中：Q為基坑涌水量，m3/d；K為滲透系數(shù)，根據(jù)風(fēng)井工程地質(zhì)剖面圖及勘察巖土工程報告，本基坑范圍內(nèi)取K=1.28；H為含水層厚度，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果取H=26 m；S為基坑水位降深，取S=26.715-（8.8-6.75）+0.5=26 m；R為降水影響半徑，m，取R=1.95×26×26×1.28=293 m；r為基坑等效半徑，r=0.29×（a+b）=21.228 m，a為基坑長度，取39.8 m，b為基坑寬度，取33.4 m。根據(jù)上公式計算本基坑的總涌水量為Q=1 009 m3/d。

4.2" 降水井計算

4.2.1" 單井理論出水量計算

根據(jù)JGJ/T 111—98《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，按上述管井經(jīng)驗公式計算單井的最大出水量

qmax= ×24，

式中：l′為過濾器淹沒段長度，m，取10 m；d為過濾器外徑，mm，取127 mm；？琢′為與含水層滲透系數(shù)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》取？琢′=100。

根據(jù)上述公式計算本次管井單井出水量：q=304.8 m3/d。

4.2.2" 降水井?dāng)?shù)量計算

根據(jù)管井單井最小出水量計算管井?dāng)?shù)

n=1.1Q/q=1.1×1 009/304.8≈4。

計算得到基坑降水井?dāng)?shù)量：n=4口。

根據(jù)鉆孔樁施工地質(zhì)情況記錄，考慮豎井形狀尺寸，為保證達(dá)到最佳降水效果，坑內(nèi)選擇布置4口直徑為Φ127 mm的降水井。同時結(jié)合豎井所處環(huán)境，考慮山體水文影響在坑外山體方向設(shè)置1口坑外觀測井。

4.3" 降水井施工工藝

中間風(fēng)井基坑降水?dāng)M采用疏干井，井口數(shù)4口，長度按巖層分布。

成井施工工藝流程如圖7所示。

降水井施工技術(shù)要求如下。

1）鉆進(jìn)成孔。準(zhǔn)備工作完成后，鉆機就位后，鉆機將鉆頭中心線對準(zhǔn)樁孔中心，誤差控制在2 cm以內(nèi)。將鉆孔深度控制在設(shè)計要求的范圍內(nèi)，不得少打或者多打。鉆至砂土狀強風(fēng)化花崗巖，旋轉(zhuǎn)鉆機進(jìn)尺不明顯，可改換備用的沖擊鉆或更換合適的鉆頭。

2）清孔換漿。清孔的目的是使孔底沉碴、泥漿濃度、泥漿中含鉆碴量和孔壁厚度符合質(zhì)量要求和設(shè)計要求，為灌注混凝土創(chuàng)造良好的條件。

3）埋填濾料。按上述降水井的構(gòu)造設(shè)計要求填入濾料，并隨填隨測填濾料的高度。直至濾料下入預(yù)定位置為止。回填料采用粗中砂回填。

4）洗井。先進(jìn)行活塞洗井，待洗通濾料后，提出活塞，再利用空壓機進(jìn)行洗井。洗井完畢后，可以下泵試抽。試抽成功，代表該井成井完畢，可以投入使用（圖8）。

5" 結(jié)束語

1）在圍護(hù)樁、高壓旋噴樁及靜壓注漿工序完成后，該基坑開挖施工過程中防水效果良好。土方高壓旋噴樁及靜壓注漿開挖后圍護(hù)樁體垂直度和整體性良好，在基坑四周形成了一圈防水墻，高壓旋噴樁及靜壓注漿有效地阻隔了地下水從圍護(hù)樁縫隙滲入基坑，為后續(xù)工序的安全施工提供了重要保障。

2）開挖施工中基坑底板未出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，邊坡也是穩(wěn)定的。說明該風(fēng)井防水的設(shè)計和施工都是合理的。為其他工程實際應(yīng)用提供了一些借鑒經(jīng)驗。

3）圍護(hù)樁、高壓旋噴樁及靜壓注漿工序施工時對風(fēng)井附近建筑及環(huán)境影響較小，對比其他止水帷幕工藝，該組合造價較低，止水效果顯著。

4）深基坑防水施工方案，需根據(jù)不同的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件來研究制定，并不是一成不變的，即使是同一城市不同區(qū)域也有差異。

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