膨胀土层地区车站深基坑施工技术

姜兴海

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124）

0 引言

社会经济的快速发展带动了城市轨道交通建设的发展，地铁线路也逐渐密集，地铁线路的施工不可避免的对周边建筑物造成影响。为保证工程周边建筑物以及地下管线的安全，需要对深基坑进行处理和支护，尤其是在膨胀土地区[1]。深基坑施工开挖的深度大于膨胀土深埋会造成边坡稳定性，出现边坡失稳容易发生安全事故。因此，文章对成都轨道交通17号线机车厂站膨胀土层地区车站深基坑施工技术展开研究。

1 工程概况

机车厂站包含车站、盾构始发井两部分，车站为两层（局部三层）14 m岛式车站，双柱三跨框架结构，有效站台长186 m，有效站台中心里程为YDK95+400.000，顶板覆土厚度约为3.65～5.35 m，底板埋深22.4～23.5 m。

车站基底基本位于中风化泥岩中（自由膨胀率14%～46%），其承载力标准值为500 KPa。车站结构地基承载力要求为修正后的地基承载力特征值不得小于300 KPa。

2 膨胀土特性

膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的反复胀缩特性，伴随反复胀缩，土体中微裂隙发育，地表水下渗、地下水径流因微裂隙产生的通道，造成土体出现胀缩，从而导致土体结构整体破坏。在雨季施工时，容易造成基坑变形大。

本次勘察对场地范围内的第四系中、下更新统冰水沉积、冲积层(Q1+2fgl+al)＜4-0＞有机质土、＜4-1＞黏土、＜4-2＞黏土夹卵石，下伏白垩系灌口组（K2g）＜5-1-1＞全风化泥岩。进行膨胀性试验并加以统计判定。本车站场地范围内的＜4-0＞有机质土具有弱膨胀性、＜4-1＞黏土、＜4-2＞黏土夹卵石具有弱～中等膨胀性、＜5-1-1＞全风化泥岩具有中等～强膨胀性，膨胀土分布于基坑底板以上，对基坑开挖和围护结构有一定影响。膨胀土特性见表1。

表1 膨胀土特性

3 膨胀土层基坑开挖施工技术

3.1 深基坑分段、分层开挖

车站主体结构基坑开挖采用纵向分段、竖向分层向下开挖，分流水段进行作业。每单段长度为20～30 m，每层开挖深度不得大于2 m。每开挖一小段（6～8 m）后，及时架设支撑。分段开挖主要分为两个阶段。

第一阶段同时分三个作业面进行开挖施工：第1单元至第8单元方向（小里程端至隔离桩方向）分层退步开挖施工；第17单元至第8单元方向（隔离桩至小里程端方向）分层退步开挖施工；第29单元向第22单元方向（大里程端至隔离桩方向）分层退步开挖施工；大里程端至隔离桩方向、隔离桩至小里程端方向、小里程端至隔离桩方向同时进行土方开挖施工。

第二阶段隔离桩至小里程端方向结构顶板完成50 m（第16、17单元完成），结构达到设计强度后进行人民塘路倒边施工。完成倒边后增加隔离桩至大里程方向开挖工作面。第二阶段同时分四个作业面进行开挖施工，即：第4单元至第8单元方向（小里程至隔离桩端方向）分层退步开挖施工；第14单元至第8单元方向（隔离桩至小里程端方向）分层退步开挖施工；第26单元至第22单元方向（大里程端至隔离桩方向）分层退步开挖施工；第18单元至第22单元方向（隔离桩至大里程端方向）分层退步开挖施工。

3.2 基坑出土及土方运输

按照分段施工开挖土方，在基坑内设置坡度1∶7的出土马道，用挖掘机挖土、装车，运土车由基坑马道运出施工现场。台阶法不能施工的局部区域，采用长臂挖掘机开挖配合汽车吊配以钢制吊斗垂直运输。

3.3 基坑桩间网喷施工

桩间挂网锚喷支护，喷层厚度150 mm，挂网钢筋采用A8@150×150 mm，喷射混凝土等级C20，每根桩上植入C18、L=0.45 m拉筋（使用植筋胶），沿每根围护桩竖向间距1.5 m向下15 °角打设。

（1）加强横筋

加强横筋为C18的钢筋，竖向间距1 m设置；在桩间距大于2 m即桩净间距大于0.8 m（不含）的区域以及地质条件较差（膨胀土地层夹杂石膏）的区域，加强横筋的竖向间距按0.5 m加密设置。

在安装加强横筋的位置对围护桩桩体保护层凿除，露出钢筋笼主筋，加强横筋需与围护桩主筋焊接。并焊接固定筋固定加强横筋。固定筋采用A10圆钢，与钢筋笼主筋单面面焊接，焊缝长度10 cm。

（2）加强竖筋

加强竖筋为C16的钢筋，横向间距为0.5倍桩间距即围护桩和桩间均需设置，长度为基坑深度；固定钢筋、加强横筋、加强竖筋需与挂网钢筋、围护桩桩牢固连接，避免钢筋网掉落。

3.4 网喷面钢板固定

目前按原设计已施做完成的网喷面，需在高于第二道钢围檩1.2 m（钢围檩上操作较为简单的高度，不局限于1.2 m）的位置，增加一道钢板采用M12的螺栓固定在网喷面上，螺栓需锚固在围护桩上。钢板厚5 mm，宽度200 mm，长度2.2 m，分段连续设置。在每段钢板两端共设置4个M14预留孔（4个角上各一处）。第三道钢围檩若在泥岩区域，可不用钢板固定，后期按加强横筋加强处理的网喷面无需采用钢板固定措施。

4 基坑钢支撑的安装技术

钢支撑随着基坑开挖时安装，依照“随挖随撑、分段分层、流水作业”的原则。当所有的钢架都组装好后，支撑体系的构件采用一台130 t汽车吊吊运。将钢架和钢架连接起来，保证它们的连接紧密；钢支撑拼装完成后，选用两台100 t或200 t的大功率千斤顶施加预应力。预加轴力一般分两级施加，第一次施加至设计预压50%，第二次再施加到设计规定的预压应力。然后，并在预加力稳定状态下进行锁紧。为保证地铁车站的施工安全，必须在基坑中设置3道钢管内支撑。钢支撑一般均做成标准节段与调节段，标准段长度为6 m，调节段长度根据支撑长度设计，选用法兰高强螺栓进行节段间连接。

第二、三道钢支撑施工与第一层大体相同，区别是：①型钢支架是与护坡桩采用膨胀螺栓相连；②支撑两端与钢围檩相接，钢围檩要求必须与围护桩及锚喷面密贴，在有间隙的地方用喷射混凝土填塞或者钢板塞紧。基坑钢支撑示意见图1。

图1 基坑钢支撑示意

钢支撑安装施工要点：①千斤顶预加轴力一定要分级加载；②钢管横撑的安装时段务必严格依照设计情形掌握，土方开挖时一定要分段分层，钢支撑要按照基坑开挖深度与开挖时间架设；③全部支撑的连接点，一定要垫紧贴密，以防出现钢管支撑偏心受压。

5 基坑的监测技术

膨胀土地基是一种非常复杂的工程。经技术人员对设计图纸的分析，并结合现场观测所获得的资料，并与监理、设计者讨论后认为：地铁车站的基坑工程总体控制防护级别为1级，因而需要以2个基坑开挖深度作为监测依据。如果将开挖深度设定为20 m，则整个影响范围为40 m，即40 m以下的管道和建筑物，将成为本次工程的重点保护对象。监测期间，监测的主要工作是监测侧面土体变形，监测侧面土体压力变化，监测桩顶部整体位移；监测桩的支承轴力变化，监测桩的整体变形，监测桩内的钢筋应力和变形情况；对工程建设中的地面沉降进行监测，监测地下水位变化，监测管线沉降；对钢支承的变形情况进行监测，监测附近建筑物是否发生沉降，监测具体沉降资料。通过对施工过程中的实时监控，可以及时发现施工过程中出现的问题和安全隐患，从而及时改变施工设计，及时调整施工对象，确保车站基坑施工的安全性。

6 膨胀土地层深基坑施工处理措施

（1）场地硬化时严格控制硬化面坡度，做好地表截水、排水工作，排水流向背离基坑使场地内的水能通过坡度顺利排入排水沟，避免场地出现积水。挡土（水）墙严格按照设计要求施工，高出地面不得低于60 cm。

（2）地面排水沟远离基坑，与地面硬化同期实施、一次成型避免排水沟内的水下渗，同时控制好排水沟纵向坡度避免排水沟内积水。

（3）基坑开挖过程中如遇裂隙水，采用暗埋泄水管的形式进行引流排水,网喷内侧通过竖向排水管将基坑壁后积水排至基坑最底部，最底部用横向排水管连接，排放至集水坑进行抽排，防止基坑壁后积水通过泄水管直接喷涌进入基坑，影响结构外包防水层施工质量。

（4）对基坑开挖影响范围内的雨污水管进行土体加固处理，防止管线不均匀沉降致使管道破裂，水渗漏进土层。

（5）基坑开挖过程中严格控制每层开挖深度不得大于2 m，开挖完成后及时进行桩间挂网锚喷施工，在养护完成后方可进行下一层开挖，防止渗水、溜土、软化、崩塌。桩间喷射混凝土层内设置泄水孔，排出桩体背后滞水，并将滞水集中引流至集水坑中，喷锚完成后及时安装钢板加固。

7 结语

文章结合成都轨道交通17号线机车厂站为例，对膨胀土地层地铁车站的深基坑快速施工技术进行研究。基坑开挖时由于采用钢支撑的原因，对上部围护结构变形起到了很好的控制作用，在膨胀土地层短期开挖阶段时，稳固性较好、性质相对稳定，开挖深度较深时围护结构向坑内变形逐渐明显，同时做好封闭隔水措施，消除膨胀力的影响，钢板加固喷锚面，保证喷锚面具有足够的强度去减小膨胀力的影响，同时在变形趋势大的部位采用并撑方式增加一到两根钢支撑，确保基坑及周边建筑的安全。