湿陷性黄土地质地下通道深基坑施工技术研究

刘玉健

摘 要：湿陷性黄土在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速被破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。如何避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷对结构造成的危害是该复杂地质工程施工的一大难题。本文结合太原市双塔北路道路改造工程，介绍了湿陷性黄土地质市政工程深基坑施工技术。针对施工中的重难点，采取相应的施工工艺，顺利完成了复杂地质条件下地下通道深基坑工程施工，形成了湿陷性黄土地质地下通道深基坑施工技术。

关键词：湿陷性黄土;地下通道;深基坑;施工技术

中图分类号：U455.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）01-0092-03

Abstract： When the collapsible loess is soaked by water under certain pressure， the soil structure will be destroyed rapidly， resulting in a large additional settlement and a rapid decrease in strength. How to avoid or eliminate the collapsibility of foundation or the damage to the structure caused by a small amount of collapsibility is a difficult problem in the construction of this complex geological engineering. This paper introduced the construction technology of deep foundation pit of collapsible loess geological municipal engineering combined with the road reconstruction project of Shuangta North Road in Taiyuan. In view of the difficulties in the construction， the corresponding construction technology was adopted to successfully complete the construction of the deep foundation pit of the underground passageway under the complicated geological conditions， forming the construction technology of the deep foundation pit of the collapsible loess geological passageway.

Keywords： collapsible loess;underground passage;deep foundation pit;construction technique

1 工程概況

太原双塔北路地下通道位于太原站以东，呈南北走向。其改造工程的起点桩号为K0+325，终点桩号为K1+695，为双向四车道，标准宽度为20.1 m，局部扩展为37.5 m，总长1.37 km。基坑深度为4～17 m，基坑总面积约为30 840 m2。道路范围内的雨水管线和污水管线同步施工，采用明挖法施工[1]。

本次双塔北路地下通道与东广场改造同步进行，平面位置见图1。地下通道采用明挖顺作法施工，主要采用基坑支护结构。支护结构采用桩撑体系，围护壁+多道内支撑的围护形式[2]。

2 工程地质及水文地质

本工程场地位于太原盆地东侧边缘，地形起伏较大，南侧较高，北侧较低，场地孔口标高介于805.52～826.29 m，相对高差22.86 m。根据地质勘察报告可知，本项目场地地基土自上而下可划分为6层，依次为：杂填土（Q42ml）和素填土、湿陷性粉质黏土（Q3dl+pl）、粉质黏土、细砂、粉土、粉质黏土。

勘察期间，实测钻孔潜水稳定水位埋深为地表下3.10～10.60 m，水位标高为804～805 m。地下水总体由东北向西南径流，水力坡度在5.0‰左右[3]。

3 工程重难点分析

3.1 邻近建筑物结构复杂，施工加固和监测难度大

本线路双塔北路地下通道工程在现有双塔北路范围内进行明挖施工，施工范围狭小，周边邻近建筑物种类多，学校、临街商铺及居民楼等结构复杂，最近距离基坑为2.79 m。施工过程中，严格按设计要求施工围护结构，做好既有建筑物基础的加固工作，加强周边建筑物变形监测是本工程施工中的重点[4]。

3.2 沿线管线种类多，深基坑工程与管线迁改同时施工

双塔北路地下通道沿线既有管线种类多，分布复杂。邻近管线包含电力管线、热力管道、给排水管道、煤气管道和雨污水管道等。其中，大部分分布在基坑外侧，沿基坑南北方向分布，个别管道连接部分横跨基坑上方。施工中要做好既有管线的加固、保护工作和新建管线的施工工作。

3.3 施工交叉多，干扰大，文明施工要求高

双塔北路临近太原站东广场，从新建地铁站上方穿过，通过匝道与下穿火车站通道、地面主路连接，特别是五龙口街和朝阳街现有交通十分繁忙，工程施工阶段需要确保交通畅通。同时，本项目属于二青会配套项目，位于太原站东侧，文明施工要求高[5]。

3.4 湿陷性黄土地质，地基加固难度大

本工程地质中包含湿陷性黄土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速被破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。在施工中，必须考虑因地基湿陷引起的附加沉降对工程可能造成的危害，必须选择合适的地基加固方法，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷对地下通道结构造成的危害[6]。

4 深基坑围护方案

本工程基坑总面积约30 840㎡，基坑呈长条形，南北走向，总长度为1.37 km，标准段宽度为20.1 m，局部扩展为37.5 m，基坑开挖深度为4～17 m。

基坑围护结构采用桩撑体系，即围护桩+多道内支撑的围护形式，围护桩采用钻孔灌注桩。根据开挖深度不同，采用直径为800 mm和1 000 mm的钻孔灌注桩，间距种类根据相应围护段落包括D800@1000、D800@1200、D800@1500、D1000@1300、D1000@1400、D1000@1500。在钻孔桩顶部设置1.2 m×0.8 m冠梁，内支撑均采用Φ609 mm×16 mm钢管撑，间距4.5 m。沿线根据开挖深度不同，所设置的钢支撑的数量也有所不同[7]。

采用临时钢立柱及钻孔灌注桩组成的立柱桩作为水平支撑系统的竖向支撑构件，钻孔灌注桩直径为800 mm。临时钢立柱采用等边角钢和缀板焊接而成的4L160 mm×16 mm型钢格构柱，其截面为460 mm×460 mm。立柱插入钻孔灌注桩中，插入深度为2.5 m。格构柱之间顺基坑方向用双拼40b槽钢连梁与立柱焊接，钢支撑与槽钢连梁之间用10#槽钢U型抱箍连接固定[8]。

5 实施关键技术

5.1 降水施工

根据《山西省太原市地下水动态观测报告》可知，每年12月至次年1月为枯水期，7～9月丰水期，其他时段为平水期，地下水位变幅为0.8～1.4 m。STK0+434-STK1+115段水位线位于基坑开挖面以上，为此，采用井点降水方法进行降水处理[9]。

按照降水要求设置管井的具体参数如下：井孔直径700 mm，井管采用直径400 mm的滤水管，管内径300 mm，孔隙率不小于10%，滤料采用粒径5～10 mm的砂砾，井管底部2.5 m为沉砂管，为不透水管，管底设置3 mm厚钢板封底。

5.2 周边建筑物及管线防护

采用注浆加固楼房与基坑围护桩之间土体的方法对周边建筑物进行防护。高压注浆浆液采用水泥浆，水泥采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，水灰比为1∶1，水玻璃溶液比例为4%，每平方土体注浆量为土体体积的20%。深基坑开挖过程中，加强对周边建筑物沉降的监测[10]。

开挖基坑时，管线周边1 m范围内土方采用人工开挖，严禁采用机械开挖，防止外力破坏原有管线。针对无法迁改的管线，采用原管位加强保护的方式，顺基坑方向管线采用在开挖临空面打设工字钢、钢板桩等进行支挡。有条件迁改的管线，提前将管线临时改移至不影响基坑开挖的位置，确保管线正常使用，待深基坑工程施工完成，回填至设计标高后，再将管线改回原管位[11]。

5.3 深基坑土方开挖

深基坑土方开挖应待整个基坑围护封闭、围护桩达到设计强度后，方可进行。土方开挖要按设计要求有计划、有步骤地进行，不得随意开挖。在开挖过程中，要遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则分层分块开挖[12]。桩间网喷施工、钢支撑安装施工紧随。

纵向阶梯式分层开挖采用后退式阶梯分层甩土开挖。每层开挖高度<2 m、开挖长度为5 m，每层开挖至钢支撑以下0.5 m。各层同时开挖，每层横向先挖中间，后挖两侧，中间超前两侧土体5 m。利用两侧土体为平台架设临时钢管支撑，钢管支撑架设完后，挖掉两侧土体，每层完成一开挖支护循环。

5.4 湿陷性黄土地基加固

本工程地质中包含湿陷性黄土，对此，可在地下通道范围内打设高压旋喷桩对地基进行加固，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷对地下通道结构造成的危害。

待土方挖至基坑底设计标高以上50 cm处，平整场地，施作高压旋喷桩加固地基。高压旋喷桩采用三重管施工方法施工，直径为600 mm，桩间距为1 100 mm，呈梅花状布置，桩长为8 m;采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.8～1.2;水玻璃溶液比例为4%，注浆压力不小于20 MPa。

5.5 深基坑监测

为保证深基坑施工安全，本工程委托山西交科公路勘察设计院对双塔北路地下通道深基坑工程进行全过程监测。现场监测范围：道路及地表、管线沉降、周边建筑（取结构边缘两侧各2.0H范围，H为基坑开挖深度）。

监测类别分为工程自身监测和周边环境监测。其中，工程自身监测对象是基坑围护结构，监测项目包括桩顶水平位移、桩顶竖向位移、桩体水平位移、支撑轴力、立柱沉降、坑底隆起;周边环境监测对象为基坑周边地下水位、周边道路地表、天然气及热力管等管线、周边建筑，监测项目包括地下水位观测、地表沉降、地下管线变形、建筑物沉降及倾斜。

施工前取得初始值，施工开始后按要求频率监测，至施工结束;施工影响安全的因素消除，监测对象变形趋于稳定后，停止相应的监测工作。本工程施工过程中，经监测，深基坑自身和周边环境变形量均在规范允许范围内，未达到监测报警值，现场深基坑安全稳定，没有安全隱患。

6 结语

太原市双塔北路地下通道已施工完成，经验收合格后已竣工通车。深基坑工程施工过程中，对周边环境起到了很好的保护作用，深基坑安全稳定，没有出现安全隐患。地下通道地基稳定，没有产生不均匀沉降，成功消除了湿陷性黄土地基的湿陷或少量湿陷所造成的危害，为类似复杂基坑工程施工积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]梁亚红.湿陷性黄土地区路基典型病害及防治措施研究[J].建材与装饰，2019（32）：271-272.

[2]郑翔友.湿陷性黄土路基处理措施[J].交通世界，2019（26）：39-40.

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[4]余东.湿陷性黄土地基处理方法分析及在工程中的应用[J].科学咨询，2019（10）：39-40.

[5]苟胜荣，景祥.注浆法加固湿陷性黄土铁路路基应用研究[J].河南科学，2019（9）：1447-1451.

[6]陈敬洪.某工程湿陷性黄土地基处理方案比选[J].山西建筑，2019（16）：51-52.

[7]朱喜恩.深基坑施工技术相关特点要点分析[J].绿色环保建材，2019（7）：139-140.

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[9]李文华.超大超深基坑施工安全控制技术研究与应用[J].建筑施工，2019（8）：1404-1406.

[10]马顺利.地铁车站深基坑开挖施工方案的优化策略[J].工程技术研究，2019（18）：151-152.

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