试论膨胀土地铁车站深基坑施工方法

摘要：在进行膨胀土地铁车站深基坑工程施工中，由于含水量不断的变化，从而导致膨胀土发生膨胀问题，出现水渗入到晶层和黏土产生吸附结合的情况，那么这种土的体积就急剧增加，导致体积膨胀，进而对整个施工造成很大的困难。文章针对某一膨胀土地铁车站深基坑施工进行了分析，从而保证基层的施工安全情况。

关键词：膨胀土；地铁车站；深基坑工程；施工方法；膨胀率 文献标识码：A

中图分类号：U231 文章编号：1009-2374（2016）07-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.046

由于膨胀土的特性，对其进行基坑施工不能按照常规的施工方式进行。为了加强我国在这方面的施工技术，提高地铁站整体的施工质量，为广大群众提供一个舒适便捷的交通地铁环境，本文针对膨胀土方面的基坑施工进行分析。

1 工程概况

该工程是某市的地铁2号线，车站总长178m，规定的标准宽度为18.9m，车站两端的井宽为22.6m，其中还涉及到10m长的岛式站台。通过有关技术人员分析，在设计其围护结构中，采用了钢管内支撑和人工挖掘孔桩的方式，钢筋混凝土是主体结构，共2层，采用明挖顺作法施工，由于地势比较复杂，而且施工现场会有很多的管线，要按照一级的安全等级进行施工，最深的基坑坑深是19.3m。

2 基坑施工现场膨胀土的情况

在基坑施工位置4-2是黏土，其自由膨胀率在40%～58%之间，计算出平均膨胀率为51%。如果按照黏土的膨胀潜势进行分级别，其属于弱膨胀土。地铁站地基是Ⅰ级的胀缩等级，这个地区的膨胀力在38～195kPa之间。而在其他位置还含有少量的卵石黏土，有41%～54%的膨胀率，其平均为46%，也是比较弱的膨胀土。这种含卵石的膨胀力比较弱，在52～68kPa之间，大多是在60kPa。经过多年的实践总结，这种膨胀土在遇到明水的情况下，很多会发生崩解和软化，如果水分大量蒸发消失，那么其就会开裂，甚至发生收缩。与此同时，根据测量该地点的大气影响深度为3m，影响的急剧深度为1.35m。

3 膨胀土地铁车站深基坑施工方法

3.1 基坑围护结构的施工技术

在遇到明水的情况下，膨胀土就会发生膨胀、软化甚至是崩解，这样不仅会对施工人员的安全情况造成危害，还会影响挖掘孔桩的进程，因此必须对原来的设计进行变更。之前选取了人工方式挖掘孔桩，现在改为旋转钻孔方式进行挖掘，这样不仅提高了孔桩的挖掘速度，而且避免了施工中潜在的威胁，每天可以挖孔100～200m深。但是在施工中也要注意一些事项，孔口使用钢护筒进行保护，如果孔所在位置的泥土稳定性不好应该做护壁处理，然后用水中混凝土灌注即可，防止孔壁泥浆脱落，避免影响孔的质量。如果地质条件好，使用器械直接成孔就可以，成孔后使用干灌或者水下灌注都可以。由于采取了这种施工工艺，施工进度加快了，同时由于暴露土层面的时间非常短，因此有效控制了膨胀土发生膨胀的危险，避免了安全事故的发生。

3.2 基坑降水的处理方法

为了避免发生降水后导致膨胀土吸水发生收缩，从而丧失承载力，所以一定要把基坑防降水工作提到日程上来。根据该地铁站的水文环境以及基坑附近情况和基坑的深度，设计人员选择了在坑外进行井管降水的方式保护基坑。首先对基坑附近主要降水地方的降水量进行计算，然后在地铁车站的两边挖掘一口降水井和观察井，对排水的规律和整体地下水位情况进行有效分析，通过周密的计算和合理的推算，最终在这一位置设置了10口降水井，降水井之间的间距为15m，所有井口的深度设计为20～25m。降水工作要在基坑挖掘前就进行完毕，保证水位降低到基坑底部0.5m以下，以免影响基坑的挖掘操作。在使用此种方式降水时，由于该地质是膨胀性土，因此还需配合一些明排措施，比如在基坑周围挖掘小的排水沟，整体汇集到一起然后排出。

3.3 基坑的挖掘施工

在做好降水井工作后，接下来就要对基坑进行挖掘工作，但是在挖掘过程中不能盲目进行，要有一定的要求和原则。在挖掘基坑的过程，要保护当地环境，不能造成地质发生一定量的位移，与此同时还要保证施工的安全性。由于施工位于膨胀土位置，设计人员结合时空效应的规律，设计了纵向分段、竖向分层、挖掘一层、支护一层的施工原则。如果挖掘后的基坑面暴露在空气中，土层会很快地发生收缩和崩裂，因此施工人员对其要立即封闭，最大程度上减少土层裸露到空气中的时间。这样就确保了基坑的稳定性，避免施工过程中由于膨胀崩裂而造成施工质量不合格，而且后期的维护处理也非常麻烦。针对该地铁站施工的实际情况，结合地质勘查的结果，最终决定一共分10层对地铁站的基坑进行挖掘工作，每一层的厚度为2m。而在纵向上，一共分为了9个挖掘地段，每一个地段长为20m。在整体挖掘布局完成后，规定了从东向西的挖掘方向。为了提高作业的速度和施工质量，最后使用机械方式进行基坑土方的挖掘工作，其中反铲挖掘机每一次可以挖掘土方1.2m3，两台一次可以挖掘土方2.4m3，是人力挖掘的40倍。其中需要一台挖掘机配合清底工作，一次可以清底0.3m3，每天大约能清理出600m3的土方。在挖掘一层后，就及时对基坑的两侧做支护处理，使用钢筋网和喷注混凝土进行封闭。与此同时由于膨胀土都非常敏感，因此在工期不是非常紧张的情况下，一定要选择天气好的条件下进行基坑的挖掘工作，避免对基坑的施工质量造成影响。然后再对支护的位置做好钢架支撑和钢围的安装。技术人员要保证每一层泥土所裸露的时间不能超过8个小时，这是保证基坑土层不会发生收缩崩裂的指标。

3.4 基坑钢支撑的安装技术

在安装钢支撑之前，由于钢支撑非常重，而且体积也比较大，而到基坑底下后，其操作和活动的空间就非常狭小，因此通常都是在地面上完成钢支撑的拼装工作。在拼装好所有的钢支撑后，可以应用载重为20t的龙门吊机械，和钢支撑的钢托连到一起，要确保两者之间连接的紧密性，然后再使用100t的千斤顶，对钢支撑两端同时预加轴力，在运行到设计位置后予以锁定。除此之外，这还不是最终的安装强度，要结合基坑挖掘的情况，还要根据当地的天气情况以及监测数据反映出来的情况，以后再进行第二次支撑轴力的添加，保证对地铁站基坑整体支撑的强度。由于工程技术要求以及现场地质的实际情况，确定要对基坑设置3道钢管内支撑，这样才能确保地铁站的安全质量。每一道钢管支撑的距离为3m，而使用的钢管都是直径为600mm，壁厚为12mm或者16mm不等，基本上在做第一道支撑的时候都选择壁厚为12mm的钢管，而在进行第二和第三道支撑的时候使用壁厚为16mm的钢管。其中第一道钢管支撑是支撑在基坑的冠梁上的，而第二道和第三道是支撑在钢围上，这种是对基坑支护的双重保护。在对钢支撑完毕后，等到其有一定强度后，就及时地进行支撑的拆除工作，但是不能盲目地拆卸，双方要互相配合，分级缓慢地释放轴力，避免发生意外和危险，保证最后一道工序的顺利进行。

3.5 基坑的检测工作

针对膨胀土的基坑开挖工作，由于土质的特殊性，因此在基坑挖掘工作进行之前，一定要先做好基坑的监测工作。在有关技术人员对设计图纸分析后，研究有关的技术规定和要求，同时根据现场观察得到的信息，以及和监理人员和设计人员的探讨后，认定该地铁站的基坑整体施工的控制保护等级为一级，因此要用2倍的基坑挖掘深度来对基坑进行监测。对基坑挖掘的深度设置为20m，那么其整体的影响范围为40m，也就是在基坑40m的地下管线以及建筑物，都是这次工程监测的保护重点。在监测过程中，其监测的主要工作内容为监测土体在侧面的变形情况、监测侧面土方的压力变化情况、监测桩顶部的整体位移情况、监测支撑轴力的变化情况、监测桩整体在侧面的变形情况、监测桩内钢筋应力应变的具体情况、监测施工中地表水沉降的情况、监测地下水位的变化情况、监测管线发生沉降的情况、监测钢支撑挠度的情况、监测附近建筑物是否发生沉降、监测具体的沉降数据情况等。通过对这些内容在施工中的实时监测，可以根据所提供的数据，及时发现施工中所存在的问题和一些安全隐患，对及时改变施工设计、及时调整施工对象有重要的参考作用，保证地铁站基坑施工的安全性。

4 结语

由于膨胀土具有和一般土层不同的土质性质，因此在这种土质情况下进行基坑的施工中，一定要有针对性地做好相应的准备工作。比如要分层分段，挖掘一层就及时进行支护一层的施工原则，这是非常有效的施工手段，有利于整体的施工质量。希望在以后的发展中，会有更先进的支持技术应用到实践中。

参考文献

[1] 汪明武，秦帅，李健，等.合肥石灰改良膨胀土的非饱和强度试验研究[J].岩石力学与工程学报，2014，（S2）.

[2] 邓长茂，李镜培.合肥膨胀土基坑工程事故分析与预防[J].结构工程师，2011，（1）.

[3] 刘毅.合肥市膨胀土边坡失稳问题及其防治对策[J].工程建设，2014，（3）.

[4] 谭晓慧，辛志宇，沈梦芬，等.湿胀条件下合肥膨胀土土-水特征研究[J].岩土力学，2014，（12）.

[5] 蒋晓庆，程桦，刘奇.合肥地区典型非饱和膨胀土蠕变模型试验研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2010，（11）.

[6] 胡众，邵迅，吴军军.合肥地铁膨胀土膨胀及抗剪特性试验研究[J].工程建设，2014，（5）.

[7] 膨胀土地区建筑技术规范（GB50112-2013）[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

作者简介：郭颖（1979-），女，河北唐山人，中铁十六局集团北京地铁16号线15标段工程师，研究方向：地铁工程

管理。

（责任编辑：王 波）