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)算分析表明，方案優(yōu)化后基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力以及對周邊建構(gòu)筑物的影響均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。針對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

2、and 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 deformati

3、on 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 un

4、derground 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： u231+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：1引言

5、隨著城市地鐵建設(shè)的迅速發(fā)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愈多1，使得深基坑工程問題成為我國建筑工程界的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題，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260m，寬約30m60m，南北向長220m，寬約30m46m，標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度為28.52m。車站地處長江級階地，地面

6、高程為2022m。表層為松散的人工填土，局部分布有淤泥；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，基坑安全等級為一級。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609 鋼管支撐。圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)采用復(fù)合墻連接方式，產(chǎn)站主體設(shè)全外包防水層。首先對設(shè)計(jì)方案（以圍護(hù)結(jié)構(gòu)1-1 橫剖面為例）計(jì)算分析。將主體基坑

8、地連墻分別標(biāo)注為1、2 號墻（見圖1），設(shè)置的計(jì)算工況如下：圖1斷面計(jì)算模型計(jì)算分析表明1-1 斷面的1、2 號墻在開挖過程中的水平位移變化規(guī)律： 1 號墻水平位移隨著開挖進(jìn)程逐步向基坑內(nèi)發(fā)展（初始水平位移受到外掛站廳、污水箱涵基坑開挖的影響），而2 號墻始終向基坑內(nèi)發(fā)展的，且最大水平位移在開挖深度達(dá)到22.1m 時(shí)超過40mm； 2 號墻拆除第7 道支撐時(shí)，墻體最大水平位移已達(dá)到近60.0mm，因而使得換撐作用已不復(fù)存在； 地連墻深度46.0m 以下水平位移很小，說明地連墻的嵌固深度是可以滿足要求的。圖2展示了不同開挖深度時(shí)2 號墻外地面沉陷分布，可見隨開挖深度增大，地面沉陷位移量也持續(xù)增大

9、，當(dāng)開挖深度達(dá)到26.1m 時(shí)，地面沉陷達(dá)45.2mm。圖6 1-1斷面2號墻外地面沉陷根據(jù)建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范的規(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%h（h 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)開挖深度達(dá)到26.1m 之后，地面沉陷最大值已超過預(yù)警值（42.78mm），基坑及周邊建筑物穩(wěn)定性無法得到有效保證，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

10、開挖過程中會(huì)產(chǎn)生較大的水平位移，因此考慮首先應(yīng)對外掛站廳地基采用600、樁間距2.2m、樁長11.0m的 c30砼灌注樁進(jìn)行加固。然后，針對原有內(nèi)支撐設(shè)計(jì)，考慮到安全控制、且便于施工的目的，對原有設(shè)計(jì)方案調(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 號墻的墻體水平位移、墻身彎矩的計(jì)算分析表明：內(nèi)支撐優(yōu)化方案二所顯示的1、2 號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1、2 號墻的墻

11、身彎矩有顯著的改善作用。1號墻墻身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)對其裂縫的控制。由此可見，基于墻身水平位移與墻身內(nèi)力的比較說明內(nèi)支撐優(yōu)化方案二顯著優(yōu)于原設(shè)計(jì)方案。（2）墻頂水平位移優(yōu)化方案下墻頂水平位移隨開挖深度的變化，在挖深小于14.0m 時(shí)，1 號墻墻頂水平位移隨挖深的增加而增加，之后則是隨挖深增加而減小。而2 號墻墻頂水平位移則正好相反，在開挖結(jié)束時(shí)達(dá)到最大，但均未超出規(guī)范預(yù)警值。（3）墻外地面沉陷開挖深度為26.1m和設(shè)置地下主體結(jié)構(gòu)底板、并拆除第6 道鋼管支撐

12、后2號墻外地面沉陷的比較結(jié)果顯示：內(nèi)支撐優(yōu)化方案一能較好的控制墻外地面沉陷滿足小于42.78mm 的要求，而原設(shè)計(jì)方案所產(chǎn)生的墻外地面沉陷遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)要求；就墻外地面沉陷的影響范圍和最大沉陷中心位置比較而言，優(yōu)化方案優(yōu)于原設(shè)計(jì)方案。由此可見，基于墻外地面沉陷的比較說明內(nèi)支撐優(yōu)化方案顯著優(yōu)于原設(shè)計(jì)方案。3超深地下連續(xù)墻施工難點(diǎn)控制由于車站地連墻成槽深度達(dá)50m左右，依次穿越淤泥、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾粉土、粉砂、粉土、粉細(xì)砂等軟弱富水土層，基坑周邊建筑物及管線眾多，施工技術(shù)難度極大。3.1軟弱地層超深地連墻施工技術(shù)1、超深地連墻槽壁穩(wěn)定性與成槽質(zhì)量控制地連墻穿越一系列軟弱富水土層，其中（3-3）淤

13、泥質(zhì)土層，呈流塑狀態(tài)，分布厚度2.419.5m，對地連墻成槽槽壁穩(wěn)定性最為不利，成槽過程中易出現(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)過程中土壁穩(wěn)定，通過理論計(jì)算來確定和控制泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)。同時(shí)，要注意對泥漿進(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，如單純采用泥漿是無法滿足成槽護(hù)壁要求的。因

14、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，并封蓋槽口施工過程中嚴(yán)格控制地面的重載，不使土壁受到施工附近荷載作用影響而造成土壁塌

15、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程中地連墻接縫滲漏水是超深基坑開挖安全保證的關(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，避免在基坑開挖過程中出現(xiàn)滲漏。由于本工程砂層中孔隙承壓水承壓水頭高，水量豐富，一旦地連墻槽段接縫止水

16、失效，開挖過程中有可能被高壓水擊穿，發(fā)生突水、流砂現(xiàn)象，對基坑穩(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，施工過程中若發(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安全。十字鋼板加工制作較為繁重，含鋼量較大，成本高，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)，給二期槽段造成困難。由于鋼板的重量較重，因此在起

17、吊過程中，要特別注意它的起吊安全，尤其是連接幅施工時(shí)，由于兩邊不對稱，更要注意。字鋼板接頭處理：對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清除干凈，具體辦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噸吊車無法滿足整幅吊裝的需要，因此，建議現(xiàn)場配備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，相鄰接頭按規(guī)范要求錯(cuò)開7。在鋼筋籠吊放前

18、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題超深地下墻施工過程中，因各道工序時(shí)間都比較長，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)沉渣清除力度：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，完成清孔后測量沉渣厚度，如不滿足要求則再次進(jìn)行第二次掃孔，確保沉渣清除干凈。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地下水處