深圳地铁 5#线兴东站深基坑围护结构工程施工技术

郭克诚,唐珏凌,陈 磊,廖丁文

(1.武汉谦诚岩土工程有限责任公司,武汉 430062;2.成都铁路学校工程科,成都 610000)

深圳地铁 5#线兴东站深基坑围护结构工程施工技术

郭克诚1,唐珏凌2,陈 磊1,廖丁文1

(1.武汉谦诚岩土工程有限责任公司,武汉 430062;2.成都铁路学校工程科,成都 610000)

深圳地铁 5#线兴东站(原同乐站)施工场地及周边环境复杂,基坑为超深基坑,采用钻孔灌注桩加高压旋喷桩、桩间止水的排桩围护结构,内支撑设竖向三道钢管支撑,钻孔灌注桩桩顶设一道冠梁,基坑支护从施工到监测都取得了较满意的支护效果。

深基坑 施工工艺 内支撑 变形

1 工程概况

深圳地铁 5#线是地铁中环线,兴东站位于深圳市宝安区同乐村,创业二路北端,宝安区金威啤酒厂西侧。车站为地下两层,岛式站台。车站中心里程 CK7+708,明挖段起点右线里程为 CK7+534.91,终点里程为 CK7+801.26。明挖段长 266.35 m,宽 19.10～21.45 m,站台宽 10.0m,线间距 13.2m。采用明挖法施工。

兴东站场区为珠江三角洲冲洪积平原,地层自上而下依次为;第四系全新统人工回填土,冲洪积黏土,粉质黏土(局部有粗砂、砂砾、圆砾),第四系残积砾质黏性土,砂质黏性土,全风化、强风化、中风化、微风化花岗岩。主要土层的物理力学性质指标如表 1。场地地下水按赋存条件主要分为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。略具承压性。地质勘察期间地下水位埋深 1.9～3.2 m,水位高程 7.55～14.31 m,水位变幅 0.5～1.5m。对钢筋混凝土中钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。

兴东站基坑深度 17.2～18.8 m,围护结构采用 φ 1 200@1 300钻孔桩加 φ600 mm高压旋喷桩桩间止水,内支撑采用竖向三道 φ600,t=12 mm(16)钢管支撑,钻孔灌注桩桩顶设一道1 400mm×800 mm(宽 ×高)冠梁。兴东站和留仙洞站(原深职院站)深基坑维护结构施工场地狭小、各类管线众多、涉及管线改迁和横吊保护工程,地表软层厚,地下岩层变化多,长距离交通疏解,要多次倒边施工,增加了施工组织难度。

表1 主要土层的物理力学性质

1)基坑设计方案。该段基坑长 266.35 m,宽19.10～21.45 m,基坑深度 17.2～18.8m。围护结构采用 φ1 200@1 300钻孔灌注桩,钻孔灌注桩的嵌固深度应满足基坑整体稳定、抗倾覆、抗管涌、抗隆起要求。经计算,标准段桩的嵌固深度为 7.5 m,部分进入全风化花岗岩段嵌固深度为 5.0 m,盾构井段的嵌固深度为 8 m。旋喷桩与钻孔桩有 200mm的咬合,桩径为 600mm,嵌固深度不小于基坑以下 2m,其抗渗系数 ＜10-6cm/s。采用 O.P42.5水泥,水灰比取 1.0,注浆压力值通过现场成桩试验确定;内支撑、围檩的设置为钢管内支撑(基坑竖向设三道@3 000mm)：φ600 mm,t=12 mm和 16mm,钢围檩采用I45c组合腰梁(两根加缀板焊接),采用 Q235钢。

2)主要技术要求。钻孔灌注桩桩底嵌入总深度 5～8m,进入中风化地带桩底嵌入总深度 ＞2m。桩后旋喷桩孔深短于围护桩 1m。两端及局部加固旋喷桩要求深于砂层 ＞2 m。重点采取措施,防止桩位偏斜,加大旋喷半径,防止基坑渗透水。严控围护桩垂直度,桩底偏差 ＜20 mm,严控围护桩中心距为1 300mm(1 000 mm),偏差 ＜20 mm。

2 基坑支护施工

2.1 主要施工步骤

1)施工准备。

2)钻孔灌注桩及旋喷桩施工：钻孔成孔→清底→吊放钢筋笼→吊放导管灌注水下混凝土→旋喷桩施工。

3)基坑内降水开挖。

4)基坑开挖至每道支撑设计位置下 0.5m,架设钢支撑后施加预应力,随开挖随支撑,直至开挖至基坑底面。

5)施作接地网、底板垫层混凝土,底板及部分边墙结构、防水层。

6)混凝土达到设计强度的 90%后,拆除第三道支撑,铺设地下二层侧墙防水层,施做地下二层侧墙、中板结构。

7)中板达到设计强度的 90%后,拆除第二道支撑,从下至上铺设地下一层侧墙防水层,施做地下一层侧墙、顶板结构;待混凝土达到设计强度 100%后,拆除第一道支撑,施做顶板防水层和混凝土保护层,待顶板混凝土达到设计强度后,回填覆土,恢复路面。

8)主体结构应纵向分段浇注,合理组织施工,加强监测,确保拆换支撑的安全。

2.2 钻孔灌注桩、旋喷桩施工

钻孔灌注桩施工放线应根据围护桩平面布置图定位轴线、控制点坐标及施工图相关尺寸进行,并应考虑桩位允许偏差 50mm、垂直度允许偏差 1/300(不允许侵入车站主体结构)和排桩最大水平位移 20mm等。钻孔桩终孔后,经监理工程师检验后安装钢筋笼、灌注桩身混凝土。旋喷桩施工前进行场地平整,挖排浆沟,钻机定位后采用单管旋喷。要求钻机安放保持水平,钻杆保持垂直,其倾斜度不得大于 1.5%。

2.3 开挖支撑沟槽

1)基坑开挖时应分层、分段对称平衡开挖,基坑四周需预留三角土护坡,每层挖土厚度不宜超过 3m,并应由人工开挖支撑沟槽,开挖沟槽底至支撑下 0.5 m处及时架设腰梁及支撑,遵循先撑后挖的原则,钢支撑的安装偏心应≤20mm,在支撑未达到正常使用前,不得超挖下层土方。开挖至距坑底 300 mm时,应由人工开挖、找平并对坑底进行及时封闭,基坑底应考虑-20 mm施工误差。

2)基坑开挖施工时,围护结构周围的地面堆载不得大于 20 kPa,且基坑周边 2 m范围内不得堆放建材和设备。

3)对各道支撑必须采取可靠的吊拉措施,防止因桩身变形和施工撞击而发生支撑脱落。

4)支撑采用 φ600钢管,壁厚为 12mm和 16mm两种规格,不同规格的钢管支撑必须按设计进行布设,不得有误。

5)支撑系统仅承担轴力,施工期间不得施加其它荷载,以免支撑系统因超载过大造成失稳。

2.4 基坑降水、排水

1)采用管井井点进行基坑内降水。基坑开挖前半个月必须进行场地降水,将地下水位降至基坑开挖面以下 1.0m,开挖至基底时,也须保证地下水位降至基坑底面以下 1.0 m。降水过程应伴随主体结构施工过程的始终,待顶板覆土后封闭降水井点管,灌注微膨胀混凝土,并加焊钢板封闭。

2)基坑开挖过程中,应做好基坑内的排水工作,如在雨季施工,必须准备足够的抽水设备,并做好基坑外的排水、截水工作。

2.5 止水补浆作法

基坑在开挖过程中若旋喷桩止水效果欠佳时,可在桩间打设注浆锚管,注水泥水玻璃双浆液进行止水。

2.6 管线保护和改移

兴东站位于宝安区同乐村,创业二路北端,场地地下原有密集的电力、电信、雨水、上水、污水、燃气、路灯等地下电缆管线管道,地下管线管道的走向与道路平行,局部交叉。在施工前对基坑范围内的管线进行详细调查,确保基坑围护桩及基坑土体开挖期间管线的安全。若施工时发现现场管线保护和管线改移与设计图纸不符时,需立即通知相关设计单位及时采取相应的措施。

对于留仙二路下横跨车站5 000 mm×1 800 mm雨水管线的保护方案需和基坑开挖方案进行详细配合,确保管线的安全。

2.7 围护桩施工

场区围护桩施工方法如下：①桩底高程位于粉质黏土、黏土层和强风化花岗岩的采用旋挖桩施工;②桩底高程位于中、微风化花岗岩中的采用冲击钻进施工;③高压旋喷桩采用 φ600mm单管旋喷法;④止水搅拌桩采用 PH-5型搅拌桩机施工,桩径 φ500 mm;⑤桩间凹陷面采用喷浆机以 C20混凝土喷射至平。

兴东站是 5#线的试验段,2007年 12月 21日进行围护桩的试桩,钻孔桩桩端进入中、微风化花岗岩岩层,嵌固基坑底部不小于 5.0 m(入微风化层 1.5 m)。顺留仙二路地面下有一个 5.0 m×1.8m雨水管涵,其他位置有 4根供水管、16根雨水管、4根生活污水管、6根高压电缆线、2根燃气管、15根通讯电缆线、4根红绿灯电缆线等管线,杂乱地密布在施工场地内。考虑到工期紧、场地狭小,采用两台套 RS-220旋挖钻机成孔,35 t汽吊下钢筋笼,施工完灌注桩后在桩间再进行高压旋喷桩施工。桩端部分较硬的岩层先用冲击钻机成孔,共用冲击钻机 14台套,冲孔有孤石、中微风化岩的部位。于 2008年 5月 10日进两台套高压旋喷桩机进行止水桩施工,围护桩于 2008年 12月 20日施工完毕。

微风化花岗岩岩性坚硬,强度达到3 000 kPa,因而确定为支护桩嵌岩层。

2.8 施工中遇到的问题及处理方法

1)兴东站是老城区,地下不明电缆、不明各类管线多,前期施工过程中损伤电缆、光缆 3次,等待电缆和管线拆迁耽误近 4个月工期。根据现场实际情况采取用人工先探挖 3m,避免损伤各类不明管线,已探明的管线加强保护,设立标记,组织全员到现场记下管线位置,从而避免了损伤管线。

2)因施工场地狭小,将车站围护结构场地分割成4块宽 8m,长 70 m,根据设备工艺需要在场地内倒边施工,每次施工完上道工序要全退出施工设备,停放在场地外,等下道设备进场地内施工,如此反复,虽然确保了工程质量和施工顺序,但浪费了大量人力、设备资源并延误了工期。

3)因地层原因钻孔灌注桩存在不规则的扩孔,施工桩间高压旋喷桩和灌注桩距离近还需咬合,下钻旋喷较困难,若离桩远不能咬合则不能形成封闭的止水帷幕,旋喷钻头碰上砾石就会偏移,底部不能形成封闭帷幕。经在现场多次研究总结并摸索出适用的参数,先后采用地质钻机预引孔、泥浆护壁,然后再用 XP-50型旋喷桩机加高压注射泵进行旋喷,取得了准确的咬合尺寸和良好的止水效果。

2.9 基坑监测

支护结构与周围环境的监测分为应力监测与变形监测,监测的主要项目有：桩顶位移、钢支撑轴力、桩身倾斜、水位观测、地面沉降等。通过动态信息管理,对监测数据及时处理并反馈以指导施工。现场测点布设见图 1。其中,测土压力 96个点,水位监测孔 12个点,桩顶位移 26个点,桩体变形(测斜管)12个点,沉降、位移 100个点,钢支撑轴力 51个点。

图1 现场测点布设

3 结语

经结构监测分析,围护桩桩顶位移最大值为 6.2 mm,围护桩沉降最大值为 4.8mm,均在规定范围内,说明兴东站基坑围护结构施工安全稳定。

在软土地区,对桩间土采用水泥土加固(尤其是高压旋喷法加固),可以起到挡水和提高支护效果的双重作用,该措施可以显著减少桩身内力,在软土地区的地铁站场,做内支撑可以大大增加支护结构的整体刚度及稳定性。

[1]张建新,张阳,张淑朝,等.基坑逆作开挖时地下连续墙侧向变形分析[J].铁道建筑,2009(11)：56-58.

[2]中华人民共和国建设部.JGJ120—99 建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,1999.

[3]陈磊.超高层建筑深基坑施工应急预案的安全施工技术[J].地基处理,2008(1)：48-56.

[4]中铁工程设计咨询集团有限公司.深圳地铁 5#线工程施工图设计[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司,2007.

[5]陈磊.钻孔灌注桩在超高层建筑中的应用[J].地基处理,2008(1)：18-26.

TU473.2

B

1003-1995(2010)03-0043-03

2009-12-10;

2010-01-23

郭克诚(1963— ),男,湖南湘乡人,高级工程师,硕士。

(责任审编 王 红)