深厚軟土地層含超長灌注樁的地下車站施工技術

李桂穎， 周 超， 陸玉和， 苗李欣

(1.中鐵四局集團第四工程有限公司，安徽 合肥 230012；2.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804)

隨著我國國民經濟和人口城鎮化水平的提高，越來越多的城市大力發展城市軌道交通，基坑深度也在不斷增加。尤其是經濟發達的東部沿海城市，地鐵線網更為密集，換乘車站增多，需要修建大量地鐵深基坑。但這些地區土層常為深厚軟土地層，具有強度低、壓縮性高等性質。地鐵深基坑開挖時經常會面臨車站變形過大的難題，因此研究深厚軟土地層地下車站結構及施工方法顯得格外重要[1-3]。

本文以臺州某地下車站深基坑工程為背景，著重闡述深厚軟土地層含超長鉆孔灌注樁的地下車站施工技術，以此為類似工程提供經驗與參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

臺州市域鐵路臺州站車站工程可分為車站深基坑工程和車站基礎超長鉆孔灌注樁工程。車站總長499.05 m，標準段寬30 m，深22.25 m，建筑面積14 504 m2，覆土厚度約2.5 m；車站深基坑采用連續墻+內支撐的支護形式，地下連續墻厚度為1.0 m，深度為67.32～71.72 m。基坑底部采用超長鉆孔灌注樁將荷載傳遞到持力層，樁長80～95 m。

車站場地所在區域屬沖海積平原區，地層主要為黏土、粉質黏土和淤泥，埋置厚度達70 m左右。工程范圍內分布的軟土層主要為淤泥，其具有易觸變性、高壓縮性、強度低等特征，在這種深厚軟土地層中開挖車站深基坑極易產生坑底隆起變形和圍護結構變形過大，威脅基坑穩定性。

1.2 工程重點

車站主體結構斷面如圖1所示。

圖1 市域鐵路地下車站斷面

圍護結構地連墻最深處達72 m，開挖最深處達32 m(端頭井)，工程范圍內為沖海積平原區大范圍分布的軟土層，主要為淤泥，厚度為70 m左右，基坑施工變形控制難度大，安全風險高，因此需要在預設車站深基坑區域外圍施工三軸攪拌樁，以保證超深地下連續墻槽壁穩定性。

工程場地為超深軟土層，基坑開挖深，跨度大。車站結構自重、支撐體系自重、施工荷載的作用會使基坑發生明顯的沉降變形。在基坑底部施工超長鉆孔灌注樁，將車站荷載傳遞到基底持力層，以減小基底軟土沉降。

2 車站施工技術

2.1 工藝流程

主要工藝流程主要包括如下幾個階段：

階段1，在預設車站深基坑區域中施工三軸攪拌樁。

階段2，在預設車站深基坑區域中三軸攪拌樁內側施工地下連續墻。

階段3，在預設車站深基坑區域中施工超長鉆孔灌注樁，并使其與基巖接觸。

階段4，開挖車站深基坑。

階段5，在上述超長鉆孔灌注樁上施工車站樁基承臺。

階段6，在車站樁基承臺上方施工車站主體結構。

階段7，車站主體結構施工完畢后，在上方人工進行覆土回填。

2.2 施工三軸攪拌樁

為了加固地下連續墻結構，提高地下連續墻槽壁的穩定性，減少基坑的側向形變，需要在基坑地下連續墻外圍施工三軸攪拌樁。攪拌樁參數取值：?850 mm@600 mm，水泥摻量20%，加固深度為淤泥層以下0.5 m(平均樁長20.048 m)。

三軸攪拌樁采用三軸攪拌機施工。施工流程為：場地平整回填→測量放線→開挖溝槽→配置漿液→噴漿[4]。

2.3 施工地下連續墻

圍護結構設計采用地下連續墻+內支撐的支護型式，地下連續墻厚度為1 000 mm，深度46.65～55.55 m；基坑保護等級一級。地連墻混凝土等級為水下C30，抗滲等級P6，槽段接頭采用圓形鎖扣管接頭，鋼筋主筋凈保護層厚度迎土面為70 mm，開挖面為50 mm，成槽垂直精度不得低于0.3%，縱向鋼筋采用焊接連接，優先采用對焊；每幅地墻內設置2根注漿管，每根注漿管的注漿量不小于2 m3，以加快施工進度和保證注漿均勻，提高注漿質量[5]。

地下連續墻具有剛度大、防滲性好、施工噪音低等優點,為防止超深地下連續墻槽壁塌方，需要采取相應控制措施：

(1)成槽時，采用粘粒大于50%，含水率<5%，失水量小，形成護壁泥皮薄而韌性強的優質泥漿。施工過程中要防止泥漿漏失，注意及時補漿，提高泥漿水頭，控制槽內液面標高高于地下水位1 m以上，并使泥漿排出與補給量平衡；在松軟砂層中鉆進，應控制進尺，不要過快或空置時間太長[6]。地下連續墻成槽護壁泥漿性能：密度1.03～1.10 g/cm3，黏度19～25 s，膠體率>98%，失水量<30 ml/30 min，泥皮厚度<1 mm，pH值8～9。

(2)盡量縮短擱置時間，縮短單元槽段的長度；避免造成塌孔、漏水、夾層等缺陷影響基坑的安全性。

(3)在現場構筑吊機道路，減少集中附加荷載。

2.4 施工超長鉆孔灌注樁

基坑基底土層為深厚軟粘土，施工超長鉆孔灌注樁將荷載傳遞到基巖持力層，以減小車站沉降變形，保證工程的穩定性與安全性。

具體施工流程為：場地清理→樁位放樣→埋設護筒→鉆機就位→造漿開鉆→鉆進→終孔前檢查孔底標高、孔徑及垂直高度→清空換漿→下放鋼筋籠→下放導管→灌注水下砼→監測樁基[7]。

2.4.1 跳挖施工

由于車站基底以上部位為車站主體結構，因此超長鉆孔灌注樁在車站基底以上部分應為空樁，并采用護筒保護，用以維持孔壁穩定性；基底以下部分則需要灌注砼到孔底。

為了避免超長鉆孔灌注樁孔壁之間的互相繞道，采用跳挖法在預設基坑開挖區域進行施工，鉆孔直徑為800 mm, 間隔為1 000 mm。并使車站樁基承臺連接于超長鉆孔灌注樁的頂部。

開挖順序如圖2所示，先施作1#、3#、5#樁，再施作第一排2#、4#、6#樁；施作7#、9#、11#樁，再施作第三排8#、10#、12#樁，最后施作第二排13#、15#、14#樁。間隔跳挖鉆孔避免了短時間內近距離鉆孔對周圍土體的擠壓，避免了已開挖的鉆孔產生變形，保證了超長鉆孔灌注樁施工質量。

圖2 超長鉆孔灌注樁跳挖順序

2.4.2 孔底沉淤控制

本工程鉆孔灌注樁需進入粘土持力層4 m，為控制總沉降量，施工應嚴格控制樁底沉渣小于100 mm，并采用壓力注漿充實沉渣空隙減少樁基總沉降。

2.4.3 澆筑混凝土

混凝土澆筑過程中不應停頓，需要連續澆筑以保證均勻性。由于混凝土澆筑到頂時殘留泥漿會與混凝土混合，樁頂混凝土質量會下降，因此需要過澆超過設計標高2 m，最后機械破樁頭處理。

2.4.4 成樁質量檢驗

為了進行鉆孔灌注樁成樁質量檢驗，需要派專人記錄灌注樁施工過程，每一道工序都要經過監理工程師許可后方可執行后續流程。

施工完成后，需要按照設計要求和施工規范進行成樁質量檢驗。成樁檢驗的數量應該滿足同一配合比每班不得少于一組且每5根不得少于一組，每組3件；對于直徑大于1 m的樁，每根樁應有1組試塊，且每個澆注臺班不得少于1組，每組3件。基坑開挖后對總樁數5%的樁進行高應變試驗檢測，以檢測樁身質量及樁長。

樁基100%須進行超聲波檢測及低應變檢測，以確定樁身完整性。對有疑問的樁逐根進行取芯檢驗[8]。

如果樁不符合規定要求，或在施工中遇到異常情況，有理由認為樁的質量低劣，應予以廢棄或者補救，廢棄的樁可在監理工程師許可后作出詳細的補救設計。

2.5 開挖車站基坑

基坑的開挖順序如圖3所示，按照I區、II區、III區、IV區的順序依次進行開挖。具體開挖時，根據工程基坑幾何尺寸、圍護墻體、支撐結構體系的布置，以及地基加固和施工條件，采用分層、分塊、對稱、平衡、留土護坡和階梯流水的方法按順序開挖和支撐，按照“時空效應”規律，確定施工參數[9]。

圖3 市域鐵路地下車站端頭井分區開挖

在基坑開挖時，按照“隨挖隨撐、先撐后挖”的原則進行開挖。在開挖之前施作頂冠梁，連接兩側地下連續墻。并且，在開挖至相應標高時，及時施作支撐，自上而下依次為6道混凝土支撐，每道混凝土支撐分別與相應位置的冠梁或腰梁鋼筋互錨。

2.6 車站主體結構施工

首先施作在基巖層上的超長鉆孔灌注樁及樁頂承臺。車站樁基承臺上設置有車站主體結構，車站主體結構包括車站各層邊墻、底板和中板結構，在基坑施作墊層并封底后依次由下至上回筑，最后進行覆土回填。

3 施工效果

現場根據《鐵路工程基樁檢測技術規程》，采用UDM100超聲波地下連續墻檢測儀對地下連續墻墻體完整性進行檢驗，成槽檢測圖譜如圖4所示。

圖4 UDM100超聲波成孔檢測圖譜

檢驗結果顯示，圖譜顏色深淺均勻一致，說明地下連續墻成槽質量好。根據項目整體檢測報告顯示，項目整體地連墻完整性與孔壁完整性均為良好，說明上述工藝流程能夠起到較好的控制效果。

4 結論

(1)采用上部為空樁的超長鉆孔灌注樁，將車站主體結構的載荷傳遞到地層深處的基巖層，可以減少地下車站沉降量，保證了車站開挖與建造過程中的安全性與穩定性；為了保證上部空樁的穩定性，采用了跳挖法施工超長鉆孔灌注樁。

(2)利用三軸攪拌樁加固地下連續墻，可有效減少基坑的側向變形。根據檢測結果顯示，地連墻墻體完整性均為I類完整性，且基坑側向變形也在容許范圍內，說明此方法有效保障了地下連續墻槽壁的穩定性。