复杂地质深基坑施工技术

摘 要：厦门轨道6号线集美至同安段第三医院站采用明挖法施工，该车站地质条件复杂多变，地下水丰富，而且存在较厚砂层及卵石层，基坑周边建筑物及管线密集且距离近，施工风险和难度极大。本文以第三医院站的开挖为例，介绍了明挖基坑支护措施及针对富水砂层、卵石层采取的旋喷桩、搅拌桩等止水帷幕主要施工控制措施。

关键词：明挖基坑；砂层；止水帷幕；施工技术文章编号：2095-4085（2024）02-0061-03

1 工程概况

1.1 设计概况

厦门轨道6号线集美至同安段第三医院站为地下三层岛式车站，与BRT高架站通道换乘。车站总长153m，设计起点里程为YDK36+149.217；终点里程为YDK36+302.217；中心里程为YDK36+225.717。标准段基坑宽21.6m，深约24.2m；小里程端头井宽25.7m，深约25.73m；大里程端头井宽27.5m，深约25.98m；顶板覆土2.8～3.3m。车站采用明挖顺做法施工。

1.2 工程地质和水文地质情况

本车站所属地貌单元为西溪冲洪积二级阶地，地形地貌较简单，地基、边坡的岩土性质一般，场地属建筑抗震一般地段，地下水对工程影响较大。基坑范围内地层主要为杂填土、素填土、粉质黏土、中粗砂、卵石、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩，砂层最大厚度约5m，地下水埋深2～3m。

1.3 地面建筑、地下管线情况

本车站主要位于既有道路下方，北侧为人武部宿舍楼（混3～6，天然地基条形基础，基础埋深2～3m，距离车站主体结构8.2～11.5m）；车站西侧为地下通道（阳翟二路下穿通道， 埋深约9.2m，距车站主体结构约19m）、BRT高架桥（桥墩距车站大里程端侧墙约34.5m）。车站范围内管线种类繁多［1］，主要为距离车站终点约10m处敷设的天然气管道；沿阳翟二路南侧敷设的给水管、通信光缆、交通信号、路灯管线；道路北侧的供电电缆、路灯管线；道路中间的雨水管道。阳翟二路南侧人行道中架设有10kV的输电线。按国家标准《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）第3.0.9条规定，属三级环境风险，工程周边环境与工程相互影响较大，破坏后果较严重。

2 风险分析

2.1 工程自身风险

根据场地周边环境（较复杂）、工程地质和水文地质条件（复杂）、破坏后果（很严重）及对施工影响（很严重），综合确定本段基坑支护结构安全等级为一级，开挖时应采用必要的支护措施［2］。

（1）富水砂、卵石层风险：车站范围内广泛分布砂类土（渗透系数20m/d）及卵石（渗透系数40m/d），埋深浅，局部厚度较大。土体结构松散，自稳性差，且地层属于强透水层，富含地下水，是场地内主要的含水层，在动水作用下，砂土、卵石极易坍塌，对基坑围护结构的开挖及坑壁的稳定性影响较大。围护桩施工时，易引起塌孔；而其作为基坑坑壁时，坑壁处易渗水、流砂，甚至坑壁失稳坍塌。

（2）人工填土风险：本段工程人工填土均位于车站主体结构底板以上，对基坑坑壁稳定性及车站附属工程基础影响较大。

（3）残积土及风化岩风险：坑壁分布有风化岩地层。全风化及散体状强风化岩在反复失水或饱和状态扰动后，极易软化崩解，强度和承载力会骤减，透水性增大。作为基坑坑壁时，易产生涌泥、涌砂、失稳坍塌等危害。作为地基基础持力层时，易受扰动导致强度及承载力骤减，危害基础安全。

（4）地下水作用风险：基坑坑壁在动水压力作用下易产生浮托力、土体软化、流泥、潜蚀等渗透变形，从而影响基坑坑壁的稳定性。

2.2 工程环境风险

（1）周边建（构）筑物：人武部宿舍楼距离车站主体结构边缘约8m。建筑物采用浅基础，基础埋深约2～3m，建筑物荷载对车站基坑施工安全影响很大，且基坑开挖易造成房屋沉降变形、开裂。阳翟二路下穿通道、BRT高架桥存在基础变形、桥梁开裂风险。

（2）周边管线：基坑施工期间，将管线临时迁改至基坑外。但基坑明挖施工土石方开挖过程中会引起基坑坑壁松弛并向开挖面收敛，易引起管线破裂、渗漏。

3 基坑支护技术方案

第三医院站主体工程围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑+止水帷幕体系，其中围护桩为Φ1 200mm@1 400mm钻孔灌注桩，立柱桩为Φ1 200mm钻孔灌注桩。止水措施采用桩间Φ800mm@1 400mm旋喷桩止水+桩外Φ850mm@600mm三轴搅拌桩止水。内支撑体系为一道混凝土支撑+三道钢支撑（见图1）。

3.1 围护结构及支撑体系

基坑变形保护等级：一级。

基坑支撑体系：钻孔灌注桩+止水帷幕+内支撑。

围护结构采用D1200@1400钻孔灌注桩。

车站基坑：第一道采用600×1 000钢筋混凝土支撑，标准段采用直撑，标准间距9.0m，端头井段采用斜撑，间距4.5m（见图2）。

第二、四道采用直径609mm，壁厚16mm钢支撑，标准段采用直撑，标准间距4.5m，端头井段采用直径800mm、609mm，壁厚16mm钢支撑斜撑，间距2.2m。

第三道采用双拼直径609mm，壁厚16mm钢支撑，标准段采用直撑，标准间距4.5m，端头井段采用直径800mm，壁厚16mm钢支撑斜撑，间距2.2m。

标准段抗浮计算结果：不计算围护结构自重与侧阻力时，安全系数为0.89；当考虑围护结构自重与侧阻力时，安全系数为1.25gt;1.15，满足要求，因此本站需设置压顶梁，由冠梁兼做，围护结构参与抗浮。

主体与风亭刚性接驳范围整体抗浮计算结果：考虑围护结构自重与侧阻力时，安全系数为1.21gt;1.15满足要求。

3.2 止水帷幕

采用双层止水帷幕隔离基坑外地层水，桩间采用Φ800mm@1 400mm旋喷桩止水，旋喷桩需插入基底以下1m；桩外采用Φ850mm@600mm三轴搅拌桩，三轴搅拌桩需穿透强透水层（砂层），插入弱透水层（全风化岩层/残积砂质黏性土）不少于1m。搅拌桩强加固范围为透水砂层底以下1m和砂层顶以上1m，其余范围为弱加固区。施工顺序为：先进行钻孔桩施工，再进行搅拌桩止水帷幕施工，待搅拌桩止水帷幕成型后在钻孔桩与搅拌桩间进行旋喷桩施工，以保证搅拌桩浆液有效填充钻孔桩与搅拌桩间土体。

3.2.1 三轴搅拌桩施工要点

采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.8，强加固范围水泥掺入比不小于20%，并加入适量膨润土；弱加固范围水泥掺量为7％。施工前进行工艺性试桩，三轴搅拌桩的水泥掺入量360kg/m3，经试验检测水泥土加固体的28d龄期无侧限抗压强度大于1.0MPa、止水帷幕的渗透系数≤10-6/cm/s。施工过程中为保证水泥土搅拌均匀，钻具下沉及提升速度为施工控制重点，钻机钻进搅拌速度0.5m/min，重复搅拌提升速度0.8～1.0m/min，在桩底部分重复搅拌注浆。提升时速度不宜过快，避免出现真空负压、孔壁塌方等现象。搅拌桩施工应有连续性，不得出现24h施工冷缝（施工组织设计预留除外），超过48h或出现接冷缝时在接头旁采用高压旋喷桩进行补强。三轴搅拌桩采用套接一孔法施工，有效避免搭接处存在搅拌不均匀土体。

3.2.2 旋喷桩施工要点

采用P·O42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为1.0，并在0.9～1.1范围内根据地层适当调整。水泥掺量取土的天然质量的25%。采取隔孔分序方式，相邻孔喷射注浆的时间间隔不宜小于24h。由下而上均匀喷射，停止喷射的位置高于帷幕设计顶面1m。喷射注浆当孔口返浆量超过注浆量的20%时，需要采用提高喷射压力等措施。注浆后当浆液析水、液面下降时，进行补浆。如果喷射注浆因故中途停喷后，继续注浆时与停喷前的注浆体搭接，搭接长度一定不应小于0.5m。

3.3 基坑降水

降水井布设要避开钢支撑、临时立柱位置，有利于井管保护、挖土和结构等施工，降水井深度为进入基坑底10m；如遇中风化或者微风化层，进入中风化或者微风化层2m，石方中不降水，采用明排方式将水排走［3］。本站共设置22个降水井，基坑外设置6个回灌井兼水位观测孔（见图3）。基坑开挖前必须进行坑内排水疏干，且提前进行预降水，确保基坑内水位在开挖面以下1m。

3.4 监控测量

本站主体基坑安全等级为一级，变形控制等级为一级，监测等级为一级，结合基坑周边环境特点，确定施工监测范围为2～4H（H-基坑开挖深度）范围内的建（构）筑物均需进行监测［4-5］。各监测项目在基坑施工影响前应测得稳定的初始值，且至少要监测两次。如果变形超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测。

（1）监测对象：监测对象为基坑围护结构与周边环境。基坑围护结构监测对象包括围护桩、支撑等；周围环境监测对象主要为工程周围地表土体、地下水、建（构）筑物、地下管线、城市道路及其他市政基础设施。

（2）监测内容：围护结构桩顶水平位移、竖向位移量测；围护桩水平位移量测，围护桩结构应力监测；支撑轴力的量测；立柱结构的竖向位移、水平位移量测；地表沉降的量测；裂缝的观测、地下水位监测。

4 结语

本工程基坑已实施完毕，基坑围护结构、支撑体系等监测对象监测数据稳定，开挖过程中揭示止水帷幕效果良好，无桩间渗漏水现象，证明本工程围护结构、支撑体系、止水帷幕方案、工艺的合理性，尤其是旋喷桩、三轴搅拌桩工艺可有效在富水砂层形成双层止水帷幕，解决深基坑桩间渗漏水问题，避免了地下水对深基坑、周边建（构）筑物及管线的安全风险。

参考文献：

［1］张道通.复杂环境及地质条件下深基坑支护施工技术［J］.城市住宅，2021，28（8）：225-227.

［2］李迥.复杂地质条件下的超深基坑设计与施工［J］.建筑施工，2023，45（2）：279-281.

［3］罗振京.建筑深基坑降水施工技术［J］.建筑技术开发，2021，48（10）：161-162.

［4］孙旭红.复杂地质条件下深基坑施工与监测技术［J］.建筑技术开发，2022，49（9）：149-152.

［5］孙建超.复杂地质条件下地铁车站深大基坑施工监测技术［J］.价值工程，2022，41（28）：53-55.