摘　要:本文結合工程實例對地鐵車站基坑圍護、支撐軸力等監測數據進行分析,經過驗算,同時就施工的過程談了自己的一些看法。

　　關鍵詞:地鐵工程,車站,深基坑,圍護,施工

　　1　工程概況

　　某地鐵站周圍環境復雜,地下管線眾多,周圍居民住宅樓離基坑較近,住宅樓均為磚混結構,毛石基礎整體性差。為保護周圍環境,要求側墻水平累計變形<5 cm,日變化量<2 mm。該站圍護結構采用800 mm地下連續墻和5道Φ609mm(壁厚t=16mm)鋼支撐,基坑深16·9～17·6 m,地下墻長37 m,入土比約1·19～1·1,墻腳落于④2層粘土層中。坑底進行旋噴加固,加固要求28天無側限抗壓強度>1·5MPa。標準段采用每隔3 m抽條加固,加固帶寬度和厚度都為3 m,端頭井采用裙邊+抽條形式。考慮到基坑范圍內砂性土厚度較大,車站采用復合墻體系,內部結構全包防水。

　　1.1　工程地質、水文地質條件及其評價

　　在基坑開挖深度范圍內土層依次為①1層雜填土、①2層素填土、③2層砂質粉土、③3層砂質粉土、③6層粉細砂夾砂質粉土、④2層淤泥質粉質粘土、④3層淤泥質粉質粘土。③2～③6層粉土、粉砂,其特性為飽水振動易液化,極易坍塌變形、穩定性差,易產生流砂現象。④2層、④3層淤泥質粉質粘土層是典型的軟土地層,流塑狀,高含水量,高壓縮性,低強度,對基坑的穩定性和變形均不利。

　　擬建場地淺層地下水屬孔隙性潛水,地下水水位年變幅為1·0～2·0 m,多年平均高水位埋深0·5～1·0m。基坑開挖前對基坑進行降水,表層填土及③2～③6層粉土、粉砂中的降水效果較好,賦存于④2層、④3層的潛水,降水效果較差。

　　1.2　設計工況

　　設計考慮采用換撐施工,施工工藝如圖1所示。基坑明挖至坑底后澆筑墊層、底板,待達到設計強度后拆除第5道鋼支撐,施做側墻,待側墻達到設計強度后進行第四道支撐換撐(將支撐在圍護體上的第四道支撐卸力并重新拼管下放至結構側墻并施加預應力),然后進行剩余側墻和中板結構的澆筑。

　　

　　2　常規換撐方法及比較

　　2.1　常規回筑換撐方法

　　由于一般地下二層車站底板距離中板結構的凈高>7 m,在底板澆筑好后至中板施工期間內,底板距離第三道鋼支撐約有8 m的間距,通常基坑圍護設計中需保留一道支撐以控制圍護結構的變形。目前,這種換撐施工有以下3種做法。

　　方法一:將支撐在側墻和中板結構一次性澆注時包于結構側墻內。該種方法在上海地區的沒有外包防水的疊合體系襯墻中經常被采用。在支撐兩端用型鋼+止水鋼板代替穿越側墻的鋼支撐,回筑結構封頂后割除。

　　方法二:即需要將側墻澆筑至需換撐的支撐下,待側墻達到設計強度后將支撐換至已澆筑好的側墻處。該方法適合于全外包防水的復合襯墻,且是較常規的方法,本工程原設計采用此法。

　　方法三:利用鋼套筒內嵌入型鋼+止水鋼板+預先鋪設防水板的新工藝。該方法考慮了復合墻體系中側墻的全包防水和型鋼的回收利用。但在實際施工中,經常會有防水板在施工中損壞且難以修復,以致后期鋼套筒周圍有滲漏水現象。

　　2.2　常規換撐方法的缺點

　　2.2.1　工程量大

　　地下墻圍護墻寬一般不大于6 m,每幅地下墻每道設2根支撐。以水平方向每3 m一道,以一個結構段26 m考慮,支撐數量在8根左右,工程數量大。

　　2.2.2　操作難度大

　　結構側墻施做至需要換撐的支撐下后,需先將支撐卸力,將支撐在圍護體上的支撐重新配管(減掉主體側墻厚度),重新吊裝至已施工好的側墻上,且要求側墻達到設計強度。以上施工是在已經搭設完成的側墻高度的滿堂腳手架上進行,在重新架設前需先將腳手架拆除落低,再在腳手架上鋪設承木板方木進行換撐操作,稍有不慎就會對滿堂架形成碰撞,造成整體失穩。由于鋼支撐本身質量重,單根拆裝十分困難和難以操作。按照同類車站的施工經驗,估計吊換一根鋼支撐需要一天時間,功效低下且影響下一步施工。

　　由于鋼支撐直徑為609 mm,腳手架一般立桿間距為0·9 m,鋼支撐需要放于立桿之間,換撐時需要調整換撐位置,落低的腳手架拆除工作量較大。

　　2.2.3　模板工藝難度增加

　　混凝土澆筑時,支立側墻模板需要穿越支撐活絡頭或法蘭,模板穿洞后封堵費時長,效果差,澆筑時容易漏漿,混凝土澆筑質量差。

　　2.2.4　拆除吊裝困難

　　換撐后的鋼支撐需在頂板施做完成后才進行拆除,拆除在下二層內進行,此時大型吊機利用不上,需使用手拉葫蘆進行拆除,再利用自制架子車運至預留吊裝孔邊上再行吊出,施工費時費力。換撐直接回筑在側墻中也存在這些問題。

　　3　換撐優化

　　3.1　換撐優化的提出

　　根據該站基坑的實際情況,確定優化取消第四道換撐,基于以下有利條件:

　　(1)圍護體位移在開挖過程中穩定,變形速率和累積變形量均較小;

　　(2)支撐軸力變化小,開挖開始到開挖到底數值變化范圍小;

　　(3)地質條件較好,該車站處于砂質粉土降水效果好,被動土壓力得到有效發揮,有利于基坑變形控制;

　　(4)地下墻施工質量尤其是接縫處質量較好,基坑基本無滲漏;

　　(5)抽條加固體的施工質量好,也一方面提高了坑底土的被動抗力;

　　(6)進行換撐優化的基坑安全性驗算,理論結合實際,先試驗后實施,效果好。

　　3.2　監測數據分析

　　按照取消第四道換撐的優化方案實施,取CX8、CX9、CX10三個測斜點,所處結構段以下3個節點間時間段的監測數據變化作為參考:底板澆筑～最底層支撐拆除、最底層支撐拆除后～支撐下側墻澆筑、支撐下側墻澆筑后～預計拆除第四道支撐前,以3個節點前后作為分析計算依據,見表1。

　　

　　根據表1數據可以看出:

　　(1)在底板澆筑前后,由于坑內土層因降水引起的被動抗力的提高較大,基坑坑底加固效果較好,基坑底板澆筑前后側墻水平變位日變化量<3 mm,支撐軸力變化較小且遠小于報警值;

　　(2)可以判斷出圍護結構在開挖到底至底板達到設計強度期間穩定性好,抵抗變形的能力較強;

　　(3)可以拆除第四道支撐暫不換撐,直接進入下一道工序。

　　3.3　基坑換撐優化方案安全性檢算

　　取消第四道支撐換撐,結合監測數據并調整基坑土層的土層參數,經計算,結果如圖2。

　　

　　從計算結果可以看出,取消第四道換撐,基坑變形和支撐穩定性都滿足規范要求,原圍護結構截面和配筋都滿足計算彎矩和剪力。通過結構驗算,取消第四道換撐,圍護結構是安全的,基坑是穩定的。

　　3.4　監測數據跟蹤驗證

　　按照取消第四道換撐的優化方案實施,取CX8、CX9、CX10三個測斜點所處結構段以下節點間時間段的監測數據變化作為參考,結果見表2。

　　通過對拆除四道支撐至中板澆筑完成后的時間段內觀察,圍護各項監測數據可以總結以下兩點:

　　(1)拆除第四道支撐后,圍護墻水平位移單日變化量≯3 mm,累計增大變形量只有2 cm左右。

　　另外第一道支撐軸力值在支撐拆除前后變化較小,第二、三道支撐軸力增大,符合工況變化軸力增大的一般規律,說明拆撐前后基坑穩定,基坑的水平位移在可控范圍內;

　　(2)根據監測及多方面的綜合考慮,且根據安全計算進行不換撐施工后,根據繼續的監測數據分析該方案是安全可行的。

　　4　確定換撐優化實施步驟

　　為確保基坑的安全,需對不換撐施工工序做周密的安排。首先進行第三道及第一、二道支撐的軸力復加→第四道支撐卸力、吊出→監測數據分析,判斷基坑的安全性→快速組織下段側墻和頂板的結構回筑。以上施工步驟中在第四道支撐卸力、吊出后應密切關注分析基坑的監測數據,并做好應急預案。

　　5　結語

　　由于地鐵車站地下二層層高一般有7 m左右,考慮基坑的變形要求和圍護結構的承載能力,通常設計均考慮有換撐工況。本次優化是結合該基坑工程換撐前的累計變形情況、地質條件并經過基坑變形和穩定計算的前提下實施的。通過取消第四道支撐的換撐,極大的節省了人力物力和工期。根據該站成功的實踐效果,可以總結出以下幾點經驗:

　　(1)嚴格控制圍護結構的施工質量,在開挖過程中遵循“時空效應”規律,可確保基坑安全,有效

　　地控制基坑變形;

　　(2)坑內砂性土體通過降水措施可有效地提高被動抗力,利于基坑開挖變形控制;

　　(3)坑底旋噴加固體起到了坑底支撐作用,利于基坑的變形控制;

　　(4)充分借助信息化施工手段,結合基坑的實際情況,在監測數據和理論分析的基礎上可以取消換撐施工,值得同類型基坑借鑒參考。

　　參考文獻:

　　[1]　林鳴,徐偉.深基坑工程信息化施工技術[M].北京:中國建筑工業出版社, 2006。