深圳地鐵 5#線興東站深基坑圍護結構工程施工技術

郭克誠,唐玨凌,陳 磊,廖丁文

(1.武漢謙誠巖土工程有限責任公司,武漢 430062;2.成都鐵路學校工程科,成都 610000)

深圳地鐵 5#線興東站深基坑圍護結構工程施工技術

郭克誠1,唐玨凌2,陳 磊1,廖丁文1

(1.武漢謙誠巖土工程有限責任公司,武漢 430062;2.成都鐵路學校工程科,成都 610000)

深圳地鐵 5#線興東站(原同樂站)施工場地及周邊環境復雜,基坑為超深基坑,采用鉆孔灌注樁加高壓旋噴樁、樁間止水的排樁圍護結構,內支撐設豎向三道鋼管支撐,鉆孔灌注樁樁頂設一道冠梁,基坑支護從施工到監測都取得了較滿意的支護效果。

深基坑 施工工藝 內支撐 變形

1 工程概況

深圳地鐵 5#線是地鐵中環線,興東站位于深圳市寶安區同樂村,創業二路北端,寶安區金威啤酒廠西側。車站為地下兩層,島式站臺。車站中心里程 CK7+708,明挖段起點右線里程為 CK7+534.91,終點里程為 CK7+801.26。明挖段長 266.35 m,寬 19.10～21.45 m,站臺寬 10.0m,線間距 13.2m。采用明挖法施工。

興東站場區為珠江三角洲沖洪積平原,地層自上而下依次為;第四系全新統人工回填土,沖洪積黏土,粉質黏土(局部有粗砂、砂礫、圓礫),第四系殘積礫質黏性土,砂質黏性土,全風化、強風化、中風化、微風化花崗巖。主要土層的物理力學性質指標如表 1。場地地下水按賦存條件主要分為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水。略具承壓性。地質勘察期間地下水位埋深 1.9～3.2 m,水位高程 7.55～14.31 m,水位變幅 0.5～1.5m。對鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性,對鋼結構具弱腐蝕性。

興東站基坑深度 17.2～18.8 m,圍護結構采用 φ 1 200@1 300鉆孔樁加 φ600 mm高壓旋噴樁樁間止水,內支撐采用豎向三道 φ600,t=12 mm(16)鋼管支撐,鉆孔灌注樁樁頂設一道1 400mm×800 mm(寬 ×高)冠梁。興東站和留仙洞站(原深職院站)深基坑維護結構施工場地狹小、各類管線眾多、涉及管線改遷和橫吊保護工程,地表軟層厚,地下巖層變化多,長距離交通疏解,要多次倒邊施工,增加了施工組織難度。

表1 主要土層的物理力學性質

1)基坑設計方案。該段基坑長 266.35 m,寬19.10～21.45 m,基坑深度 17.2～18.8m。圍護結構采用 φ1 200@1 300鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁的嵌固深度應滿足基坑整體穩定、抗傾覆、抗管涌、抗隆起要求。經計算,標準段樁的嵌固深度為 7.5 m,部分進入全風化花崗巖段嵌固深度為 5.0 m,盾構井段的嵌固深度為 8 m。旋噴樁與鉆孔樁有 200mm的咬合,樁徑為 600mm,嵌固深度不小于基坑以下 2m,其抗滲系數 ＜10-6cm/s。采用 O.P42.5水泥,水灰比取 1.0,注漿壓力值通過現場成樁試驗確定;內支撐、圍檁的設置為鋼管內支撐(基坑豎向設三道@3 000mm)：φ600 mm,t=12 mm和 16mm,鋼圍檁采用I45c組合腰梁(兩根加綴板焊接),采用 Q235鋼。

2)主要技術要求。鉆孔灌注樁樁底嵌入總深度 5～8m,進入中風化地帶樁底嵌入總深度 ＞2m。樁后旋噴樁孔深短于圍護樁 1m。兩端及局部加固旋噴樁要求深于砂層 ＞2 m。重點采取措施,防止樁位偏斜,加大旋噴半徑,防止基坑滲透水。嚴控圍護樁垂直度,樁底偏差 ＜20 mm,嚴控圍護樁中心距為1 300mm(1 000 mm),偏差 ＜20 mm。

2 基坑支護施工

2.1 主要施工步驟

1)施工準備。

2)鉆孔灌注樁及旋噴樁施工：鉆孔成孔→清底→吊放鋼筋籠→吊放導管灌注水下混凝土→旋噴樁施工。

3)基坑內降水開挖。

4)基坑開挖至每道支撐設計位置下 0.5m,架設鋼支撐后施加預應力,隨開挖隨支撐,直至開挖至基坑底面。

5)施作接地網、底板墊層混凝土,底板及部分邊墻結構、防水層。

6)混凝土達到設計強度的 90%后,拆除第三道支撐,鋪設地下二層側墻防水層,施做地下二層側墻、中板結構。

7)中板達到設計強度的 90%后,拆除第二道支撐,從下至上鋪設地下一層側墻防水層,施做地下一層側墻、頂板結構;待混凝土達到設計強度 100%后,拆除第一道支撐,施做頂板防水層和混凝土保護層,待頂板混凝土達到設計強度后,回填覆土,恢復路面。

8)主體結構應縱向分段澆注,合理組織施工,加強監測,確保拆換支撐的安全。

2.2 鉆孔灌注樁、旋噴樁施工

鉆孔灌注樁施工放線應根據圍護樁平面布置圖定位軸線、控制點坐標及施工圖相關尺寸進行,并應考慮樁位允許偏差 50mm、垂直度允許偏差 1/300(不允許侵入車站主體結構)和排樁最大水平位移 20mm等。鉆孔樁終孔后,經監理工程師檢驗后安裝鋼筋籠、灌注樁身混凝土。旋噴樁施工前進行場地平整,挖排漿溝,鉆機定位后采用單管旋噴。要求鉆機安放保持水平,鉆桿保持垂直,其傾斜度不得大于 1.5%。

2.3 開挖支撐溝槽

1)基坑開挖時應分層、分段對稱平衡開挖,基坑四周需預留三角土護坡,每層挖土厚度不宜超過 3m,并應由人工開挖支撐溝槽,開挖溝槽底至支撐下 0.5 m處及時架設腰梁及支撐,遵循先撐后挖的原則,鋼支撐的安裝偏心應≤20mm,在支撐未達到正常使用前,不得超挖下層土方。開挖至距坑底 300 mm時,應由人工開挖、找平并對坑底進行及時封閉,基坑底應考慮-20 mm施工誤差。

2)基坑開挖施工時,圍護結構周圍的地面堆載不得大于 20 kPa,且基坑周邊 2 m范圍內不得堆放建材和設備。

3)對各道支撐必須采取可靠的吊拉措施,防止因樁身變形和施工撞擊而發生支撐脫落。

4)支撐采用 φ600鋼管,壁厚為 12mm和 16mm兩種規格,不同規格的鋼管支撐必須按設計進行布設,不得有誤。

5)支撐系統僅承擔軸力,施工期間不得施加其它荷載,以免支撐系統因超載過大造成失穩。

2.4 基坑降水、排水

1)采用管井井點進行基坑內降水。基坑開挖前半個月必須進行場地降水,將地下水位降至基坑開挖面以下 1.0m,開挖至基底時,也須保證地下水位降至基坑底面以下 1.0 m。降水過程應伴隨主體結構施工過程的始終,待頂板覆土后封閉降水井點管,灌注微膨脹混凝土,并加焊鋼板封閉。

2)基坑開挖過程中,應做好基坑內的排水工作,如在雨季施工,必須準備足夠的抽水設備,并做好基坑外的排水、截水工作。

2.5 止水補漿作法

基坑在開挖過程中若旋噴樁止水效果欠佳時,可在樁間打設注漿錨管,注水泥水玻璃雙漿液進行止水。

2.6 管線保護和改移

興東站位于寶安區同樂村,創業二路北端,場地地下原有密集的電力、電信、雨水、上水、污水、燃氣、路燈等地下電纜管線管道,地下管線管道的走向與道路平行,局部交叉。在施工前對基坑范圍內的管線進行詳細調查,確保基坑圍護樁及基坑土體開挖期間管線的安全。若施工時發現現場管線保護和管線改移與設計圖紙不符時,需立即通知相關設計單位及時采取相應的措施。

對于留仙二路下橫跨車站5 000 mm×1 800 mm雨水管線的保護方案需和基坑開挖方案進行詳細配合,確保管線的安全。

2.7 圍護樁施工

場區圍護樁施工方法如下：①樁底高程位于粉質黏土、黏土層和強風化花崗巖的采用旋挖樁施工;②樁底高程位于中、微風化花崗巖中的采用沖擊鉆進施工;③高壓旋噴樁采用 φ600mm單管旋噴法;④止水攪拌樁采用 PH-5型攪拌樁機施工,樁徑 φ500 mm;⑤樁間凹陷面采用噴漿機以 C20混凝土噴射至平。

興東站是 5#線的試驗段,2007年 12月 21日進行圍護樁的試樁,鉆孔樁樁端進入中、微風化花崗巖巖層,嵌固基坑底部不小于 5.0 m(入微風化層 1.5 m)。順留仙二路地面下有一個 5.0 m×1.8m雨水管涵,其他位置有 4根供水管、16根雨水管、4根生活污水管、6根高壓電纜線、2根燃氣管、15根通訊電纜線、4根紅綠燈電纜線等管線,雜亂地密布在施工場地內。考慮到工期緊、場地狹小,采用兩臺套 RS-220旋挖鉆機成孔,35 t汽吊下鋼筋籠,施工完灌注樁后在樁間再進行高壓旋噴樁施工。樁端部分較硬的巖層先用沖擊鉆機成孔,共用沖擊鉆機 14臺套,沖孔有孤石、中微風化巖的部位。于 2008年 5月 10日進兩臺套高壓旋噴樁機進行止水樁施工,圍護樁于 2008年 12月 20日施工完畢。

微風化花崗巖巖性堅硬,強度達到3 000 kPa,因而確定為支護樁嵌巖層。

2.8 施工中遇到的問題及處理方法

1)興東站是老城區,地下不明電纜、不明各類管線多,前期施工過程中損傷電纜、光纜 3次,等待電纜和管線拆遷耽誤近 4個月工期。根據現場實際情況采取用人工先探挖 3m,避免損傷各類不明管線,已探明的管線加強保護,設立標記,組織全員到現場記下管線位置,從而避免了損傷管線。

2)因施工場地狹小,將車站圍護結構場地分割成4塊寬 8m,長 70 m,根據設備工藝需要在場地內倒邊施工,每次施工完上道工序要全退出施工設備,停放在場地外,等下道設備進場地內施工,如此反復,雖然確保了工程質量和施工順序,但浪費了大量人力、設備資源并延誤了工期。

3)因地層原因鉆孔灌注樁存在不規則的擴孔,施工樁間高壓旋噴樁和灌注樁距離近還需咬合,下鉆旋噴較困難,若離樁遠不能咬合則不能形成封閉的止水帷幕,旋噴鉆頭碰上礫石就會偏移,底部不能形成封閉帷幕。經在現場多次研究總結并摸索出適用的參數,先后采用地質鉆機預引孔、泥漿護壁,然后再用 XP-50型旋噴樁機加高壓注射泵進行旋噴,取得了準確的咬合尺寸和良好的止水效果。

2.9 基坑監測

支護結構與周圍環境的監測分為應力監測與變形監測,監測的主要項目有：樁頂位移、鋼支撐軸力、樁身傾斜、水位觀測、地面沉降等。通過動態信息管理,對監測數據及時處理并反饋以指導施工。現場測點布設見圖 1。其中,測土壓力 96個點,水位監測孔 12個點,樁頂位移 26個點,樁體變形(測斜管)12個點,沉降、位移 100個點,鋼支撐軸力 51個點。

圖1 現場測點布設

3 結語

經結構監測分析,圍護樁樁頂位移最大值為 6.2 mm,圍護樁沉降最大值為 4.8mm,均在規定范圍內,說明興東站基坑圍護結構施工安全穩定。

在軟土地區,對樁間土采用水泥土加固(尤其是高壓旋噴法加固),可以起到擋水和提高支護效果的雙重作用,該措施可以顯著減少樁身內力,在軟土地區的地鐵站場,做內支撐可以大大增加支護結構的整體剛度及穩定性。

[1]張建新,張陽,張淑朝,等.基坑逆作開挖時地下連續墻側向變形分析[J].鐵道建筑,2009(11)：56-58.

[2]中華人民共和國建設部.JGJ120—99 建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社,1999.

[3]陳磊.超高層建筑深基坑施工應急預案的安全施工技術[J].地基處理,2008(1)：48-56.

[4]中鐵工程設計咨詢集團有限公司.深圳地鐵 5#線工程施工圖設計[R].北京：中鐵工程設計咨詢集團有限公司,2007.

[5]陳磊.鉆孔灌注樁在超高層建筑中的應用[J].地基處理,2008(1)：18-26.

TU473.2

B

1003-1995(2010)03-0043-03

2009-12-10;

2010-01-23

郭克誠(1963— ),男,湖南湘鄉人,高級工程師,碩士。

(責任審編 王 紅)