復(fù)雜地質(zhì)深基坑施工技術(shù)

摘 要：廈門軌道6號線集美至同安段第三醫(yī)院站采用明挖法施工，該車站地質(zhì)條件復(fù)雜多變，地下水豐富，而且存在較厚砂層及卵石層，基坑周邊建筑物及管線密集且距離近，施工風(fēng)險和難度極大。本文以第三醫(yī)院站的開挖為例，介紹了明挖基坑支護措施及針對富水砂層、卵石層采取的旋噴樁、攪拌樁等止水帷幕主要施工控制措施。

關(guān)鍵詞：明挖基坑；砂層；止水帷幕；施工技術(shù)文章編號：2095-4085（2024）02-0061-03

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

廈門軌道6號線集美至同安段第三醫(yī)院站為地下三層島式車站，與BRT高架站通道換乘。車站總長153m，設(shè)計起點里程為YDK36+149.217；終點里程為YDK36+302.217；中心里程為YDK36+225.717。標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬21.6m，深約24.2m；小里程端頭井寬25.7m，深約25.73m；大里程端頭井寬27.5m，深約25.98m；頂板覆土2.8～3.3m。車站采用明挖順做法施工。

1.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況

本車站所屬地貌單元為西溪沖洪積二級階地，地形地貌較簡單，地基、邊坡的巖土性質(zhì)一般，場地屬建筑抗震一般地段，地下水對工程影響較大。基坑范圍內(nèi)地層主要為雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、卵石、全風(fēng)化花崗巖、散體狀強風(fēng)化花崗巖、碎裂狀強風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖，砂層最大厚度約5m，地下水埋深2～3m。

1.3 地面建筑、地下管線情況

本車站主要位于既有道路下方，北側(cè)為人武部宿舍樓（混3～6，天然地基條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深2～3m，距離車站主體結(jié)構(gòu)8.2～11.5m）；車站西側(cè)為地下通道（陽翟二路下穿通道， 埋深約9.2m，距車站主體結(jié)構(gòu)約19m）、BRT高架橋（橋墩距車站大里程端側(cè)墻約34.5m）。車站范圍內(nèi)管線種類繁多［1］，主要為距離車站終點約10m處敷設(shè)的天然氣管道；沿陽翟二路南側(cè)敷設(shè)的給水管、通信光纜、交通信號、路燈管線；道路北側(cè)的供電電纜、路燈管線；道路中間的雨水管道。陽翟二路南側(cè)人行道中架設(shè)有10kV的輸電線。按國家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-2012）第3.0.9條規(guī)定，屬三級環(huán)境風(fēng)險，工程周邊環(huán)境與工程相互影響較大，破壞后果較嚴(yán)重。

2 風(fēng)險分析

2.1 工程自身風(fēng)險

根據(jù)場地周邊環(huán)境（較復(fù)雜）、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件（復(fù)雜）、破壞后果（很嚴(yán)重）及對施工影響（很嚴(yán)重），綜合確定本段基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級為一級，開挖時應(yīng)采用必要的支護措施［2］。

（1）富水砂、卵石層風(fēng)險：車站范圍內(nèi)廣泛分布砂類土（滲透系數(shù)20m/d）及卵石（滲透系數(shù)40m/d），埋深淺，局部厚度較大。土體結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)性差，且地層屬于強透水層，富含地下水，是場地內(nèi)主要的含水層，在動水作用下，砂土、卵石極易坍塌，對基坑圍護結(jié)構(gòu)的開挖及坑壁的穩(wěn)定性影響較大。圍護樁施工時，易引起塌孔；而其作為基坑坑壁時，坑壁處易滲水、流砂，甚至坑壁失穩(wěn)坍塌。

（2）人工填土風(fēng)險：本段工程人工填土均位于車站主體結(jié)構(gòu)底板以上，對基坑坑壁穩(wěn)定性及車站附屬工程基礎(chǔ)影響較大。

（3）殘積土及風(fēng)化巖風(fēng)險：坑壁分布有風(fēng)化巖地層。全風(fēng)化及散體狀強風(fēng)化巖在反復(fù)失水或飽和狀態(tài)擾動后，極易軟化崩解，強度和承載力會驟減，透水性增大。作為基坑坑壁時，易產(chǎn)生涌泥、涌砂、失穩(wěn)坍塌等危害。作為地基基礎(chǔ)持力層時，易受擾動導(dǎo)致強度及承載力驟減，危害基礎(chǔ)安全。

（4）地下水作用風(fēng)險：基坑坑壁在動水壓力作用下易產(chǎn)生浮托力、土體軟化、流泥、潛蝕等滲透變形，從而影響基坑坑壁的穩(wěn)定性。

2.2 工程環(huán)境風(fēng)險

（1）周邊建（構(gòu)）筑物：人武部宿舍樓距離車站主體結(jié)構(gòu)邊緣約8m。建筑物采用淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約2～3m，建筑物荷載對車站基坑施工安全影響很大，且基坑開挖易造成房屋沉降變形、開裂。陽翟二路下穿通道、BRT高架橋存在基礎(chǔ)變形、橋梁開裂風(fēng)險。

（2）周邊管線：基坑施工期間，將管線臨時遷改至基坑外。但基坑明挖施工土石方開挖過程中會引起基坑坑壁松弛并向開挖面收斂，易引起管線破裂、滲漏。

3 基坑支護技術(shù)方案

第三醫(yī)院站主體工程圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐+止水帷幕體系，其中圍護樁為Φ1 200mm@1 400mm鉆孔灌注樁，立柱樁為Φ1 200mm鉆孔灌注樁。止水措施采用樁間Φ800mm@1 400mm旋噴樁止水+樁外Φ850mm@600mm三軸攪拌樁止水。內(nèi)支撐體系為一道混凝土支撐+三道鋼支撐（見圖1）。

3.1 圍護結(jié)構(gòu)及支撐體系

基坑變形保護等級：一級。

基坑支撐體系：鉆孔灌注樁+止水帷幕+內(nèi)支撐。

圍護結(jié)構(gòu)采用D1200@1400鉆孔灌注樁。

車站基坑：第一道采用600×1 000鋼筋混凝土支撐，標(biāo)準(zhǔn)段采用直撐，標(biāo)準(zhǔn)間距9.0m，端頭井段采用斜撐，間距4.5m（見圖2）。

第二、四道采用直徑609mm，壁厚16mm鋼支撐，標(biāo)準(zhǔn)段采用直撐，標(biāo)準(zhǔn)間距4.5m，端頭井段采用直徑800mm、609mm，壁厚16mm鋼支撐斜撐，間距2.2m。

第三道采用雙拼直徑609mm，壁厚16mm鋼支撐，標(biāo)準(zhǔn)段采用直撐，標(biāo)準(zhǔn)間距4.5m，端頭井段采用直徑800mm，壁厚16mm鋼支撐斜撐，間距2.2m。

標(biāo)準(zhǔn)段抗浮計算結(jié)果：不計算圍護結(jié)構(gòu)自重與側(cè)阻力時，安全系數(shù)為0.89；當(dāng)考慮圍護結(jié)構(gòu)自重與側(cè)阻力時，安全系數(shù)為1.25gt;1.15，滿足要求，因此本站需設(shè)置壓頂梁，由冠梁兼做，圍護結(jié)構(gòu)參與抗浮。

主體與風(fēng)亭剛性接駁范圍整體抗浮計算結(jié)果：考慮圍護結(jié)構(gòu)自重與側(cè)阻力時，安全系數(shù)為1.21gt;1.15滿足要求。

3.2 止水帷幕

采用雙層止水帷幕隔離基坑外地層水，樁間采用Φ800mm@1 400mm旋噴樁止水，旋噴樁需插入基底以下1m；樁外采用Φ850mm@600mm三軸攪拌樁，三軸攪拌樁需穿透強透水層（砂層），插入弱透水層（全風(fēng)化巖層/殘積砂質(zhì)黏性土）不少于1m。攪拌樁強加固范圍為透水砂層底以下1m和砂層頂以上1m，其余范圍為弱加固區(qū)。施工順序為：先進行鉆孔樁施工，再進行攪拌樁止水帷幕施工，待攪拌樁止水帷幕成型后在鉆孔樁與攪拌樁間進行旋噴樁施工，以保證攪拌樁漿液有效填充鉆孔樁與攪拌樁間土體。

3.2.1 三軸攪拌樁施工要點

采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8，強加固范圍水泥摻入比不小于20%，并加入適量膨潤土；弱加固范圍水泥摻量為7％。施工前進行工藝性試樁，三軸攪拌樁的水泥摻入量360kg/m3，經(jīng)試驗檢測水泥土加固體的28d齡期無側(cè)限抗壓強度大于1.0MPa、止水帷幕的滲透系數(shù)≤10-6/cm/s。施工過程中為保證水泥土攪拌均勻，鉆具下沉及提升速度為施工控制重點，鉆機鉆進攪拌速度0.5m/min，重復(fù)攪拌提升速度0.8～1.0m/min，在樁底部分重復(fù)攪拌注漿。提升時速度不宜過快，避免出現(xiàn)真空負(fù)壓、孔壁塌方等現(xiàn)象。攪拌樁施工應(yīng)有連續(xù)性，不得出現(xiàn)24h施工冷縫（施工組織設(shè)計預(yù)留除外），超過48h或出現(xiàn)接冷縫時在接頭旁采用高壓旋噴樁進行補強。三軸攪拌樁采用套接一孔法施工，有效避免搭接處存在攪拌不均勻土體。

3.2.2 旋噴樁施工要點

采用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.0，并在0.9～1.1范圍內(nèi)根據(jù)地層適當(dāng)調(diào)整。水泥摻量取土的天然質(zhì)量的25%。采取隔孔分序方式，相鄰孔噴射注漿的時間間隔不宜小于24h。由下而上均勻噴射，停止噴射的位置高于帷幕設(shè)計頂面1m。噴射注漿當(dāng)孔口返漿量超過注漿量的20%時，需要采用提高噴射壓力等措施。注漿后當(dāng)漿液析水、液面下降時，進行補漿。如果噴射注漿因故中途停噴后，繼續(xù)注漿時與停噴前的注漿體搭接，搭接長度一定不應(yīng)小于0.5m。

3.3 基坑降水

降水井布設(shè)要避開鋼支撐、臨時立柱位置，有利于井管保護、挖土和結(jié)構(gòu)等施工，降水井深度為進入基坑底10m；如遇中風(fēng)化或者微風(fēng)化層，進入中風(fēng)化或者微風(fēng)化層2m，石方中不降水，采用明排方式將水排走［3］。本站共設(shè)置22個降水井，基坑外設(shè)置6個回灌井兼水位觀測孔（見圖3）?；娱_挖前必須進行坑內(nèi)排水疏干，且提前進行預(yù)降水，確?；觾?nèi)水位在開挖面以下1m。

3.4 監(jiān)控測量

本站主體基坑安全等級為一級，變形控制等級為一級，監(jiān)測等級為一級，結(jié)合基坑周邊環(huán)境特點，確定施工監(jiān)測范圍為2～4H（H-基坑開挖深度）范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物均需進行監(jiān)測［4-5］。各監(jiān)測項目在基坑施工影響前應(yīng)測得穩(wěn)定的初始值，且至少要監(jiān)測兩次。如果變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場地條件變化較大時，應(yīng)加密觀測。

（1）監(jiān)測對象：監(jiān)測對象為基坑圍護結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境?；訃o結(jié)構(gòu)監(jiān)測對象包括圍護樁、支撐等；周圍環(huán)境監(jiān)測對象主要為工程周圍地表土體、地下水、建（構(gòu)）筑物、地下管線、城市道路及其他市政基礎(chǔ)設(shè)施。

（2）監(jiān)測內(nèi)容：圍護結(jié)構(gòu)樁頂水平位移、豎向位移量測；圍護樁水平位移量測，圍護樁結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測；支撐軸力的量測；立柱結(jié)構(gòu)的豎向位移、水平位移量測；地表沉降的量測；裂縫的觀測、地下水位監(jiān)測。

4 結(jié)語

本工程基坑已實施完畢，基坑圍護結(jié)構(gòu)、支撐體系等監(jiān)測對象監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，開挖過程中揭示止水帷幕效果良好，無樁間滲漏水現(xiàn)象，證明本工程圍護結(jié)構(gòu)、支撐體系、止水帷幕方案、工藝的合理性，尤其是旋噴樁、三軸攪拌樁工藝可有效在富水砂層形成雙層止水帷幕，解決深基坑樁間滲漏水問題，避免了地下水對深基坑、周邊建（構(gòu)）筑物及管線的安全風(fēng)險。

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