地鐵車站深基坑防水與圍護結構設計

韓 寧

(中鐵二局集團有限公司經營中心，四川成都610031)

1 概述

隨著我國城市建設的高速發展，為了達到地下工程、高層、超高層建筑物結構的穩定性和使用功能的需求，基坑的深度和面積也隨之不斷增加，給深基坑工程的設計施工帶來新的挑戰。對于深基坑來講，地下水是必須考慮的影響因素。

對地下水的治理不當，將會使深基坑工程發生嚴重事故。從實際統計資料來看，多數深基坑事故與地下水治理不當有關，尤其是暴雨滲入、管道漏水等突發事件的危害更大。可以說地下水是深基坑工程的“天敵”，是導致深基坑工程事故的最直接的影響因素之一，是造成基坑支護失敗的原因。地下水的作用及影響、設計過程中地下水作用處理、施工監測過程應注意的問題。降、排、止水方法是一項事關大局的工作。

1.1 地下水的作用

地下水作為巖土體的組成部分直接影響巖土的性狀和行為。在巖土工程勘察時應著眼于設計和施工的需要，提供地下水的完整、準確、相近的資料并評價地下的作用和影響。地下水對巖土體和建筑物的作用，按作用機理可分為力學作用和物理化學作用兩大類。

1.1.1 力學作用

(1)浮托作用:由于抽汲、集水、回灌引起地下水位或水壓的變換，從而會產生大面積地面的沉降或上浮。

(2)動水力:動水力的作用表現為滲流。滲流作用可能會產生潛蝕、流砂和涌土等滲透變形。從力學平衡來看，當滲流產生的向上的滲透力等于土的浮重度時，土體處于臨界狀態，便發生流砂。

(3)靜水壓力:在地下水位以下全部水壓力作用在圍護墻上。當坑內、外水位差較大時，可能會產生滲流作用，這將使主動土壓力稍有增加，而使被動土壓力顯著降低。

1.1.2 物理化學作用

一方面含水率的減少會導致一些黏土層變弱及一些膠結巖石的崩潰，另一方面水能導致一些黏土層的膨脹，黃土層被水浸泡后原有的穩定結構會變弱，水能使石膏等物質的溶解，同時可能發生水合作用，產生的物質能腐蝕混凝土體。

1.2 地下水的影響

地下水的影響是多方面的，包括軟化作用、沖刷作用、靜水壓力和動水壓力的作用，還有水浮力作用等，同時換季氣溫變化以及同一天的溫差變化對地下水狀態的改變都會對基坑支護的穩定性造成很大的影響。

2 工程概況

下面通過以成都地鐵2號線白果林車站北端盾構端頭段(圖1中勘探點)基坑支護設計為例，介紹了該工程的概況、水文地質條件和工程地質條件以及工程的基本支護設計和降水設計，闡述地下水對基坑支護的影響。

圖1 白果林車站深基坑環境示意

成都地鐵2號線一期工程2標段(西段)從成灌客運站(AK21+932)至天府廣場(設計終點AK30+830)，全長約9km，該段包括8座車站、9個區間段。白果林本車站位于文華路與青西路之間的金羅路，沿金羅路南北向布置，為了減少對周邊道路交通的影響，車站的主體沒有跨越文華路和青西路。現有道路比較狹窄，地面交通十分繁忙，人口眾多，建(構)筑物密集:車站東面有7幢多層建筑居民房和商鋪，西面有5幢多層建筑居民房商鋪和白果林加油站。因此，開挖的設備、材料、出碴等的運輸和施工場地將受到很大影響。車站形式為地下兩層島式站臺車站，頂板埋深約為2.8～3.5m，底板埋深約為15.0～16.6m，車站長約160m，寬約20m。

2.1 場地工程地質、水文地質條件

根據鉆探揭示，站內均為第四系(Q)地層覆蓋。地表多為第四系人工填筑土(Qml4)，其下為第四系全新統沖積(Qal4)粉土及砂、卵石土以及第四系上更新統沖、洪積(Qal+pl3)卵石土夾砂透鏡體。初見水位在地表4.5m左右。地層參數見表1。

表1 圖1勘探點處深基坑地層參數

2.2 支護設計

2.2.1 護坡樁方案選擇

根據本車站所處的環境、工程地質及水文地質條件以及基坑深度，經技術經濟綜合比較、計算分析和工程類比，本車站主體采用直徑1 200mm的人工挖孔樁，內設三道支撐，第一道支撐采用混凝土支撐，第二、三道支撐采用鋼管支撐(圖2)。

圖2 排樁支護計算簡圖

2.2.2 護坡樁方案設計

由于房屋基礎資料不齊，房間內部墻體位置不清楚，按縱橫墻3m間距的磚混結構考慮，進行附加荷載計算。結合各層樓板墻體等恒、活荷載考慮，平行基坑方向基礎每層附加荷載按20kN/m考慮，垂直基坑方向基礎每層附加荷載按6kN/m考慮。軟件采用理正深基坑5.3，水土計算方式采用水土分算。

經軟件(理正深基坑5.3)計算和驗算得出配筋如表2。

表2 基坑圍護樁配筋表

2.2.3 計算結果分析

嵌固深度:根據計算分析、工程類比及已有的施工經驗，樁嵌固深度標準段取3.5m，端頭加深段取4m。圍護結構采用直徑1 200mm人工挖孔樁。

根據圍檁的連貫性以及計算分析白果林站基坑第一道支撐采用混凝土支撐，二、三道支撐采用鋼支撐。

根據本車站所處的環境、工程地質及水文地質條件以及基坑深度，經技術經濟綜合比較、計算分析和工程類比，本車站主體采用直徑1 200mm的人工挖孔樁，第一道支撐采用600mm×800mm的混凝土支撐，第二、三道支撐采用直徑600mm、壁厚=14mm的鋼管支撐。經過計算內力以及位移都滿足要求。

3 防滲帷幕設計

地下水流入基坑，對相鄰建筑物的影響，一是水位降低，引起土層附加不均勻沉降變形，近基坑側較大;二是水中所夾帶細粒土的流失，導致粉土空隙率增大，骨架失去支撐，土體大面積流失，造成地面塌陷、板樁失穩等嚴重事故。在相鄰區域發生的基礎和地下工程(地鐵工程)事故中，絕大部分是因地下水控制措施不當造成的。因此，保持基坑周邊土體內及坑內基底土層內地下水的穩定，是本項工程的關鍵之關鍵。

根據該場地的環境條件和水文地質條件，為避免降水造成已建樓沉降量加大，保證已建樓的絕對安全，需要在基坑東側設置防滲帷幕;根據場地水文地質條件，同時考慮節省工程造價，選用了深層水泥漿體噴射攪拌樁帷幕。

4 降水與排水

在施工過程中，要求地下水位始終在工作面以下0.5～1m，為避免因地表水導致的基坑事故，基坑周邊地面挖排水溝或用混凝土料堆積在基坑邊形成臺中階，再噴混凝土便形成排水通道，避免地表水流入基坑。以免地下水滲出，對支護結構產生壓力，造成不利影響。

5 施工與監測措施

由于基坑穩定性(包括邊坡穩定和滲透穩定)破壞引起的后果往往是災難性的、突發性的，且補救困難。所以，不僅要保證基坑圍護體、降排水、隔滲方案選擇和設計的可靠性;施工過程中還必須嚴格按圖紙施工，并有科學的監測措施，及時收集整理，反饋檢測數據，出現險情及時分析其原因，果斷的采取措施，迅速的組織實施處理措施，以確保基坑的穩定。

6 結束語

地下水是影響基坑穩定性的重要因素，應該充分考慮到地下水對邊坡穩定性的影響，不僅要對各層地下水的各種參數測量準確，有深刻的認識，因地制宜的選擇優秀的降水設計方案，同時還應充分考慮周圍的環境因素及各種設施可能帶來的影響，而且還要考慮不同季節地下水的變化對邊坡的影響，是深基坑工程的關鍵之關鍵。

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