深厚软土地层含超长灌注桩的地下车站施工技术

李桂颖， 周 超， 陆玉和， 苗李欣

(1.中铁四局集团第四工程有限公司，安徽 合肥 230012；2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804)

随着我国国民经济和人口城镇化水平的提高，越来越多的城市大力发展城市轨道交通，基坑深度也在不断增加。尤其是经济发达的东部沿海城市，地铁线网更为密集，换乘车站增多，需要修建大量地铁深基坑。但这些地区土层常为深厚软土地层，具有强度低、压缩性高等性质。地铁深基坑开挖时经常会面临车站变形过大的难题，因此研究深厚软土地层地下车站结构及施工方法显得格外重要[1-3]。

本文以台州某地下车站深基坑工程为背景，着重阐述深厚软土地层含超长钻孔灌注桩的地下车站施工技术，以此为类似工程提供经验与参考。

1 工程背景

1.1 工程概况

台州市域铁路台州站车站工程可分为车站深基坑工程和车站基础超长钻孔灌注桩工程。车站总长499.05 m，标准段宽30 m，深22.25 m，建筑面积14 504 m2，覆土厚度约2.5 m；车站深基坑采用连续墙+内支撑的支护形式，地下连续墙厚度为1.0 m，深度为67.32～71.72 m。基坑底部采用超长钻孔灌注桩将荷载传递到持力层，桩长80～95 m。

车站场地所在区域属冲海积平原区，地层主要为黏土、粉质黏土和淤泥，埋置厚度达70 m左右。工程范围内分布的软土层主要为淤泥，其具有易触变性、高压缩性、强度低等特征，在这种深厚软土地层中开挖车站深基坑极易产生坑底隆起变形和围护结构变形过大，威胁基坑稳定性。

1.2 工程重点

车站主体结构断面如图1所示。

图1 市域铁路地下车站断面

围护结构地连墙最深处达72 m，开挖最深处达32 m(端头井)，工程范围内为冲海积平原区大范围分布的软土层，主要为淤泥，厚度为70 m左右，基坑施工变形控制难度大，安全风险高，因此需要在预设车站深基坑区域外围施工三轴搅拌桩，以保证超深地下连续墙槽壁稳定性。

工程场地为超深软土层，基坑开挖深，跨度大。车站结构自重、支撑体系自重、施工荷载的作用会使基坑发生明显的沉降变形。在基坑底部施工超长钻孔灌注桩，将车站荷载传递到基底持力层，以减小基底软土沉降。

2 车站施工技术

2.1 工艺流程

主要工艺流程主要包括如下几个阶段：

阶段1，在预设车站深基坑区域中施工三轴搅拌桩。

阶段2，在预设车站深基坑区域中三轴搅拌桩内侧施工地下连续墙。

阶段3，在预设车站深基坑区域中施工超长钻孔灌注桩，并使其与基岩接触。

阶段4，开挖车站深基坑。

阶段5，在上述超长钻孔灌注桩上施工车站桩基承台。

阶段6，在车站桩基承台上方施工车站主体结构。

阶段7，车站主体结构施工完毕后，在上方人工进行覆土回填。

2.2 施工三轴搅拌桩

为了加固地下连续墙结构，提高地下连续墙槽壁的稳定性，减少基坑的侧向形变，需要在基坑地下连续墙外围施工三轴搅拌桩。搅拌桩参数取值：∅850 mm@600 mm，水泥掺量20%，加固深度为淤泥层以下0.5 m(平均桩长20.048 m)。

三轴搅拌桩采用三轴搅拌机施工。施工流程为：场地平整回填→测量放线→开挖沟槽→配置浆液→喷浆[4]。

2.3 施工地下连续墙

围护结构设计采用地下连续墙+内支撑的支护型式，地下连续墙厚度为1 000 mm，深度46.65～55.55 m；基坑保护等级一级。地连墙混凝土等级为水下C30，抗渗等级P6，槽段接头采用圆形锁扣管接头，钢筋主筋净保护层厚度迎土面为70 mm，开挖面为50 mm，成槽垂直精度不得低于0.3%，纵向钢筋采用焊接连接，优先采用对焊；每幅地墙内设置2根注浆管，每根注浆管的注浆量不小于2 m3，以加快施工进度和保证注浆均匀，提高注浆质量[5]。

地下连续墙具有刚度大、防渗性好、施工噪音低等优点,为防止超深地下连续墙槽壁塌方，需要采取相应控制措施：

(1)成槽时，采用粘粒大于50%，含水率<5%，失水量小，形成护壁泥皮薄而韧性强的优质泥浆。施工过程中要防止泥浆漏失，注意及时补浆，提高泥浆水头，控制槽内液面标高高于地下水位1 m以上，并使泥浆排出与补给量平衡；在松软砂层中钻进，应控制进尺，不要过快或空置时间太长[6]。地下连续墙成槽护壁泥浆性能：密度1.03～1.10 g/cm3，黏度19～25 s，胶体率>98%，失水量<30 ml/30 min，泥皮厚度<1 mm，pH值8～9。

(2)尽量缩短搁置时间，缩短单元槽段的长度；避免造成塌孔、漏水、夹层等缺陷影响基坑的安全性。

(3)在现场构筑吊机道路，减少集中附加荷载。

2.4 施工超长钻孔灌注桩

基坑基底土层为深厚软粘土，施工超长钻孔灌注桩将荷载传递到基岩持力层，以减小车站沉降变形，保证工程的稳定性与安全性。

具体施工流程为：场地清理→桩位放样→埋设护筒→钻机就位→造浆开钻→钻进→终孔前检查孔底标高、孔径及垂直高度→清空换浆→下放钢筋笼→下放导管→灌注水下砼→监测桩基[7]。

2.4.1 跳挖施工

由于车站基底以上部位为车站主体结构，因此超长钻孔灌注桩在车站基底以上部分应为空桩，并采用护筒保护，用以维持孔壁稳定性；基底以下部分则需要灌注砼到孔底。

为了避免超长钻孔灌注桩孔壁之间的互相绕道，采用跳挖法在预设基坑开挖区域进行施工，钻孔直径为800 mm, 间隔为1 000 mm。并使车站桩基承台连接于超长钻孔灌注桩的顶部。

开挖顺序如图2所示，先施作1#、3#、5#桩，再施作第一排2#、4#、6#桩；施作7#、9#、11#桩，再施作第三排8#、10#、12#桩，最后施作第二排13#、15#、14#桩。间隔跳挖钻孔避免了短时间内近距离钻孔对周围土体的挤压，避免了已开挖的钻孔产生变形，保证了超长钻孔灌注桩施工质量。

图2 超长钻孔灌注桩跳挖顺序

2.4.2 孔底沉淤控制

本工程钻孔灌注桩需进入粘土持力层4 m，为控制总沉降量，施工应严格控制桩底沉渣小于100 mm，并采用压力注浆充实沉渣空隙减少桩基总沉降。

2.4.3 浇筑混凝土

混凝土浇筑过程中不应停顿，需要连续浇筑以保证均匀性。由于混凝土浇筑到顶时残留泥浆会与混凝土混合，桩顶混凝土质量会下降，因此需要过浇超过设计标高2 m，最后机械破桩头处理。

2.4.4 成桩质量检验

为了进行钻孔灌注桩成桩质量检验，需要派专人记录灌注桩施工过程，每一道工序都要经过监理工程师许可后方可执行后续流程。

施工完成后，需要按照设计要求和施工规范进行成桩质量检验。成桩检验的数量应该满足同一配合比每班不得少于一组且每5根不得少于一组，每组3件；对于直径大于1 m的桩，每根桩应有1组试块，且每个浇注台班不得少于1组，每组3件。基坑开挖后对总桩数5%的桩进行高应变试验检测，以检测桩身质量及桩长。

桩基100%须进行超声波检测及低应变检测，以确定桩身完整性。对有疑问的桩逐根进行取芯检验[8]。

如果桩不符合规定要求，或在施工中遇到异常情况，有理由认为桩的质量低劣，应予以废弃或者补救，废弃的桩可在监理工程师许可后作出详细的补救设计。

2.5 开挖车站基坑

基坑的开挖顺序如图3所示，按照I区、II区、III区、IV区的顺序依次进行开挖。具体开挖时，根据工程基坑几何尺寸、围护墙体、支撑结构体系的布置，以及地基加固和施工条件，采用分层、分块、对称、平衡、留土护坡和阶梯流水的方法按顺序开挖和支撑，按照“时空效应”规律，确定施工参数[9]。

图3 市域铁路地下车站端头井分区开挖

在基坑开挖时，按照“随挖随撑、先撑后挖”的原则进行开挖。在开挖之前施作顶冠梁，连接两侧地下连续墙。并且，在开挖至相应标高时，及时施作支撑，自上而下依次为6道混凝土支撑，每道混凝土支撑分别与相应位置的冠梁或腰梁钢筋互锚。

2.6 车站主体结构施工

首先施作在基岩层上的超长钻孔灌注桩及桩顶承台。车站桩基承台上设置有车站主体结构，车站主体结构包括车站各层边墙、底板和中板结构，在基坑施作垫层并封底后依次由下至上回筑，最后进行覆土回填。

3 施工效果

现场根据《铁路工程基桩检测技术规程》，采用UDM100超声波地下连续墙检测仪对地下连续墙墙体完整性进行检验，成槽检测图谱如图4所示。

图4 UDM100超声波成孔检测图谱

检验结果显示，图谱颜色深浅均匀一致，说明地下连续墙成槽质量好。根据项目整体检测报告显示，项目整体地连墙完整性与孔壁完整性均为良好，说明上述工艺流程能够起到较好的控制效果。

4 结论

(1)采用上部为空桩的超长钻孔灌注桩，将车站主体结构的载荷传递到地层深处的基岩层，可以减少地下车站沉降量，保证了车站开挖与建造过程中的安全性与稳定性；为了保证上部空桩的稳定性，采用了跳挖法施工超长钻孔灌注桩。

(2)利用三轴搅拌桩加固地下连续墙，可有效减少基坑的侧向变形。根据检测结果显示，地连墙墙体完整性均为I类完整性，且基坑侧向变形也在容许范围内，说明此方法有效保障了地下连续墙槽壁的稳定性。