地鐵車站超深基坑支護(hù)體系優(yōu)化與地下連續(xù)墻施工難點(diǎn)控制

1、地鐵車站超深基坑支護(hù)體系優(yōu)化與地下連續(xù)墻施工難點(diǎn)控制摘要：結(jié)合某地鐵車站超深基坑與地下連續(xù)墻工程實(shí)踐，利用有限元優(yōu)化深基坑的地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的支護(hù)體系，計(jì)算分析說(shuō)明，方案優(yōu)化后基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力以及對(duì)周邊建構(gòu)筑物的影響均在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。針對(duì)超深基坑具有富水粉細(xì)砂層、承壓水位高等工程水文地質(zhì)特點(diǎn)，提出了深基坑降排水措施與超深地下連續(xù)墻施工難點(diǎn)控制技術(shù)。研究成果可為類似基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒與參考。關(guān)鍵詞： 地鐵車站；超深基坑；支護(hù)體系優(yōu)化；地下連續(xù)墻abstract: combined with a metro station is the deep foundation pit a

2、nd underground continuous wall engineering practice, the finite element optimization deep foundation pit of underground continuous wall of the support system with interior support, calculation shows that the scheme optimization of foundation pit supporting structure and internal force and deformatio

3、n of structures are built around the influence of the regulations permit range. focused on the deep foundation pit has rich water layer silty sand, confined water level higher engineering hydrological geology characteristics, puts forward the measures of deep foundation pit draining and the deep und

4、erground continuous wall construction difficulties control technology. research results for similar pit enclosure structure can offer reference for design.key words: the subway station; the deep foundation pit; supporting system optimization; underground continuous wall中圖分類號(hào)： u231+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：1引言隨

5、著城市地鐵建設(shè)的迅速開展，緊鄰密集建筑物、軟弱富水地層、超深、高風(fēng)險(xiǎn)等復(fù)雜條件下深基坑工程愈來(lái)愈多1，使得深基坑工程問(wèn)題成為我國(guó)建筑工程界的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題，巖土工程界也面臨前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)2-3。本文結(jié)合某市復(fù)雜條件下地鐵車站超深基坑工程實(shí)踐，采用有限元優(yōu)化超深基坑支撐體系3-4，在綜合眾多基坑開挖深、地質(zhì)復(fù)雜等地下連續(xù)墻工程實(shí)踐，提出了富水粉細(xì)砂層超深地下連續(xù)墻施工過(guò)程難點(diǎn)控制及相應(yīng)的處理措施，研究結(jié)論為類似工程時(shí)間提供借鑒與參考。2工程概況車站地下結(jié)構(gòu)為三層，東西向長(zhǎng)260m，寬約30m60m，南北向長(zhǎng)220m，寬約30m46m，標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度為28.52m。車站地處長(zhǎng)江級(jí)階地，地面高

6、程為2022m。表層為松散的人工填土，局局部布有淤泥；天然沉積土層的上部為全新統(tǒng)沖積相的可軟塑狀態(tài)的粘性土，軟流塑的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂、粉土粉質(zhì)粘土互層；中部為稍密中密的粉細(xì)砂，中密密實(shí)狀態(tài)的細(xì)紗、厚度不等中粗砂夾礫卵石；下部為白堊下第三系東湖群的砂礫巖、泥質(zhì)粉砂巖。場(chǎng)地周邊地下水主要類型有上層滯水、孔隙承壓水和基巖裂隙水，其中以覆蓋層中孔隙承壓水對(duì)工程的影響最為突出。綜合上述工程概況，可見車站基坑開挖深度、地連墻開槽深度之大在國(guó)內(nèi)已建同類工程中亦不多見，且地質(zhì)條件復(fù)雜，周邊建筑物眾多，地下管網(wǎng)交織，基坑平安等級(jí)為一級(jí)。3深基坑支撐體系優(yōu)化3.1設(shè)計(jì)方案計(jì)算分析基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為地下連續(xù)墻+

7、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻厚度1200mm，地下連續(xù)墻插入強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖15-1或中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖15a-2深度不少5.0m。內(nèi)支撐為八道最后一道為換撐，其中標(biāo)準(zhǔn)段分別有混凝土支撐b×h=400×600四道、609 鋼管支撐四道。沿基坑?xùn)|西向的南側(cè)有一外掛站廳結(jié)構(gòu)上部為市政污水箱涵，擬開挖的基坑寬度14.11m、深度13.51m，基坑南側(cè)采用厚度800mm地下連續(xù)墻，墻體深度插入粉細(xì)砂4-1不少于2.0m，采用二道m(xù) 時(shí)，地面沉陷達(dá)45.2mm。圖6 1-1斷面2號(hào)墻外地面沉陷根據(jù)?建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?的規(guī)定，變形控制要求為5-6：地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移不大于0.15%

8、hh 為開挖深度，且不大于40mm，墻頂水平位移不大于30mm；環(huán)境地面沉陷不大于0.15%h，即不大于42.78mm；外掛站廳結(jié)構(gòu)包括市政污水箱涵最大水平位移不大于10mm。由圖2可見，當(dāng)開挖深度到達(dá)26.1m 之后，地面沉陷最大值已超過(guò)預(yù)警值42.78mm，基坑及周邊建筑物穩(wěn)定性無(wú)法得到有效保證，因此有必要優(yōu)化深基坑支撐體系。3.2支護(hù)體系優(yōu)化由于外掛站廳地基為3-3淤泥質(zhì)粘土，在主體基坑開挖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的水平位移，因此考慮首先應(yīng)對(duì)外掛站廳地基采用600、樁間距2.2m、樁長(zhǎng)11.0m的 c30砼灌注樁進(jìn)行加固。然后，針對(duì)原有內(nèi)支撐設(shè)計(jì)，考慮到平安控制、且便于施工的目的，對(duì)原有設(shè)計(jì)方案

9、調(diào)整采用下面的優(yōu)化方案：第二道砼橫撐下降1.0m；剔除第三道鋼管橫撐；第四道鋼管橫撐上抬1.0m；第五道砼橫撐改為鋼管橫撐；剔除換撐第八道鋼管橫撐。1墻身水平位移與墻身內(nèi)力開挖深度為26.1m時(shí)，不同內(nèi)支撐優(yōu)化方案與原設(shè)計(jì)方案的1、2 號(hào)墻的墻體水平位移、墻身彎矩的計(jì)算分析說(shuō)明：內(nèi)支撐優(yōu)化方案二所顯示的1、2 號(hào)墻的墻體水平位移均控制在26mm 以內(nèi)；內(nèi)支撐優(yōu)化方案二對(duì)1、2 號(hào)墻的墻身彎矩有顯著的改善作用。1號(hào)墻墻身15.0m 34.0m 范圍內(nèi)的最大彎矩內(nèi)力減少約30%40%，2 號(hào)墻墻身15.0m34.0m 范圍內(nèi)的最大彎矩內(nèi)力減少約40%50%。這有利于墻身變形時(shí)對(duì)其裂縫的控制。由此可

10、見，基于墻身水平位移與墻身內(nèi)力的比擬說(shuō)明內(nèi)支撐優(yōu)化方案二顯著優(yōu)于原設(shè)計(jì)方案。2墻頂水平位移，對(duì)地連墻成槽槽壁穩(wěn)定性最為不利，成槽過(guò)程中易出現(xiàn)縮頸、塌孔，因此，軟弱土層超深地連墻槽壁穩(wěn)定是關(guān)鍵，成槽質(zhì)量控制是過(guò)程?？刂颇酀{指標(biāo)、確保泥漿質(zhì)量泥漿的好壞又決定了槽壁的穩(wěn)定性能，從控制泥漿的物理力學(xué)指標(biāo)來(lái)保證槽段土體的穩(wěn)定成槽時(shí)，選用粘度大，失水量小，形成護(hù)壁泥皮薄而韌性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)泥漿，確保槽段在成槽機(jī)械反復(fù)上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中土壁穩(wěn)定，通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定和控制泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)。同時(shí)，要注意對(duì)泥漿進(jìn)行循環(huán)利用。采取地下墻預(yù)降水措施3-5和4土層水的滲透系數(shù)相當(dāng)大，在動(dòng)水作用下土體很容易發(fā)生蠕變或坍方現(xiàn)象，如單純

11、采用泥漿是無(wú)法滿足成槽護(hù)壁要求的。因此在地下連續(xù)墻施工前采取井點(diǎn)降水方案，將地下水降至地面以下一定深度，通過(guò)降水，一方面抬高了泥漿液面和地下水頭的壓力差，增加了槽段的穩(wěn)定，另一方面固結(jié)砂質(zhì)粉土層，保證該層土在成槽中的穩(wěn)定。軟弱土層槽壁兩側(cè)土體預(yù)加固地連墻施工前采用水泥三軸攪拌樁或旋噴樁對(duì)槽壁內(nèi)外兩側(cè)軟弱土體進(jìn)行超前預(yù)加固，加固深度要穿過(guò)流塑軟土層，進(jìn)入淤泥質(zhì)粘土層以下不小于1m。其他常規(guī)措施施工中防止泥漿漏失并及時(shí)補(bǔ)漿，始終維持穩(wěn)定槽段所必須的液位高度，保證泥漿液面比地下水位高6m；雨天地下水位上升時(shí)應(yīng)及時(shí)加大泥漿比重和粘度，雨量較大時(shí)暫停挖槽，并封蓋槽口施工過(guò)程中嚴(yán)格控制地面的重載，不使土壁

12、受到施工附近荷載作用影響而造成土壁塌方，確保墻身的光潔度；成槽結(jié)束后進(jìn)行泥漿置換，吊放鋼筋籠、放置導(dǎo)管等工作，安放鋼筋籠應(yīng)做到穩(wěn)、準(zhǔn)、平，防止因鋼筋籠上下移動(dòng)而引起槽壁坍方。2、超深富水地連墻槽段間防滲技術(shù)基坑開挖過(guò)程中發(fā)生地下墻接縫因夾泥而發(fā)生流砂涌入或承壓水涌入，將會(huì)造成災(zāi)難性的后果，因此防止基坑開挖過(guò)程中地連墻接縫滲漏水是超深基坑開挖平安保證的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)地連墻接頭采用“+字鋼板接頭。在砂性土地層中，地下墻接頭采用“十字鋼板接頭形式，可以延長(zhǎng)地下水的滲流路徑，大大增加地下水滲透難度，接頭防滲效果好，確保地下連續(xù)墻的密實(shí)性，防止在基坑開挖過(guò)程中出現(xiàn)滲漏。由于本工程砂層中孔隙承壓水承壓水頭高，

13、水量豐富，一旦地連墻槽段接縫止水失效，開挖過(guò)程中有可能被高壓水擊穿，發(fā)生突水、流砂現(xiàn)象，對(duì)基坑穩(wěn)定不利，不利于周邊高層建筑物，綜合考慮香港路站的重要性，為防止地連墻接頭處突水、流砂，在接縫處外側(cè)預(yù)埋pvc管，施工過(guò)程中假設(shè)發(fā)現(xiàn)滲漏，應(yīng)立即進(jìn)行高壓旋噴，保障基坑與周邊建筑物平安。十字鋼板加工制作較為繁重，含鋼量較大，本錢高，制作時(shí)需考慮熱應(yīng)變，接頭內(nèi)不能預(yù)埋水平接頭構(gòu)件，因此在制作施工過(guò)程中還要注意：十字鋼板制作完成后與鋼筋籠焊接練成整體。一般情況下，地連墻主筋保護(hù)層厚度為50、70mn，故混凝土灌注時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生繞流，故需在一期槽段翼板兩側(cè)焊接止?jié){鐵皮，防止繞流混凝土進(jìn)入十字鋼內(nèi)，給二期槽段造成

14、困難。由于鋼板的重量較重，因此在起吊過(guò)程中，要特別注意它的起吊平安，尤其是連接幅施工時(shí)，由于兩邊不對(duì)稱，更要注意。字鋼板接頭處理：對(duì)于附在十字鋼板上的泥皮，在二期槽段鋼筋籠下放前一定要去除干凈，具體方法是用特殊的刷壁器沿十字鋼緊貼字板部位慢慢沖刷，直至刷壁器出槽不夾帶泥跡為止。3、地連墻鋼筋籠吊裝控制近50m深地連墻單幅槽段鋼筋籠重量加止水鋼板的重量約50噸，如此重的鋼筋籠對(duì)起吊設(shè)備要求和工藝要求很高，必須要編制專項(xiàng)施工方案。由于150噸吊車無(wú)法滿足整幅吊裝的需要，因此，建議現(xiàn)場(chǎng)配備150t履帶吊作為主吊、100t作為副吊進(jìn)行雙機(jī)多點(diǎn)抬吊。50m深地下墻鋼筋籠分兩節(jié)吊裝，采用接駁器連接，相鄰接

15、頭按標(biāo)準(zhǔn)要求錯(cuò)開7。在鋼筋籠吊放前要再次復(fù)核導(dǎo)墻上支點(diǎn)的標(biāo)高，精確計(jì)算吊筋長(zhǎng)度，確保誤差在允許范圍內(nèi)。鋼筋籠吊放示意圖如圖2所示。圖2鋼筋籠吊放示意圖4、超深地下墻施工中沉渣控制問(wèn)題超深地下墻施工過(guò)程中，因各道工序時(shí)間都比擬長(zhǎng)，在完成掃孔、清孔等工序后，在放鋼筋籠、鎖口管等工序至澆灌混凝土前這段時(shí)間中，懸浮在泥漿中的土塊又會(huì)沉淀到槽底部形成沉渣，因此可采取以下措施：加強(qiáng)沉渣去除力度：在完成成槽后停置l小時(shí)再先進(jìn)行第一掃孔，使懸浮在泥漿中土塊能充分沉淀，掃清沉渣，完成清孔后測(cè)量沉渣厚度，如不滿足要求那么再次進(jìn)行第二次掃孔，確保沉渣去除干凈。后期處理措施：在鋼筋籠內(nèi)預(yù)埋兩根注漿管，在完成地下墻施工

16、后，在注漿管內(nèi)進(jìn)行單液注漿，加固槽底可能存在沉渣，減少地下墻發(fā)生的沉降。3.3 基坑降排水控制在砂性土地基開挖基坑，特別是存在承壓水層，地下水的控制處理是基坑工程成敗的關(guān)鍵。目前基坑工程施工中對(duì)地下水處理主要有三種方法：降水處理、止水處理和降水止水相結(jié)合，不同的處理方法下作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力和水壓力相差很大8。本車站超深基坑的承壓水主要賦存于粉土、砂土層，含水層厚度一般為2040m，實(shí)測(cè)地下水位16.67m，基坑開挖時(shí)3-5層及4層在地下水動(dòng)力作用下會(huì)產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，直接影響基坑穩(wěn)定性，承壓水對(duì)基坑工程影響較大。基坑開挖與降水引起的土體變形對(duì)周邊環(huán)境的影響顯著，降水前必須要進(jìn)行抽水試驗(yàn)，以檢測(cè)降水井的降水能力9；確定各地層特別是3-5及4地層的單井涌水量、水位恢復(fù)比率等，為基坑減壓降水或減壓隔滲帷幕設(shè)計(jì)提供計(jì)算依據(jù)；確定孔隙潛水含水層與孔隙承壓含水層之間是否存在水力聯(lián)系特征；進(jìn)行坑內(nèi)、坑外布井的降壓設(shè)計(jì)效果比擬及相互影響，確定井位布置原那么。根據(jù)該地區(qū)3-5地層施工降水經(jīng)