筏板基础旋喷桩地基处理施工对地铁结构的影响

文 / 陈宁 胡建坤

0 引言

随着地铁的建设发展，城市内新建建筑难免出现建筑物基础接近地铁隧道的情况。地铁隧道对变形要求极其严格，建筑物基础较深、面积大，易对临近的地铁隧道造成影响，导致隧道结构位移超限等问题。

筏板基础属于一种扩展基础，具有承载力高、整体性好、刚度大等特点，在高层建筑中应用广泛。某地铁保护控制区内的高层建筑项目，原计划采用桩基础，基坑开挖至第二道混凝土支撑时，邻近地铁结构监测显示隧道横向位移接近预警值。为避免对地铁隧道结构产生不良影响，建筑设计单位对接下来的基坑开挖和基础设计进行了变更，基坑近地铁一侧保留土台不开挖、基础形式改为筏板，同时采用高压旋喷桩和超挖回填素混凝土的方法对地基进行处理。

本文以该项目为依托，介绍筏板基础结合地基处理方案的选择和工艺，分析施工过程对地铁结构的影响。

1 工程概况

1.1 基坑工程简介

某项目拟建建筑为2栋高25层商业大厦、裙楼及3层地下室等。基坑开挖深度13.7m，靠近地铁一侧采用800mm厚连续墙作为围护结构，其余位置采用Φ1200@1400围护桩加外侧Φ850@600搅拌桩止水作围护结构，内支撑用两道钢筋混凝土支撑。基坑与地铁隧道平面位置关系见图1。

图1 项目建筑基坑平面结构

基坑开挖至设计标高后，对已完成的桩基进行检测，合格率仅为56%，不达标，须进行补桩或基础变更。

1.2 工程地质情况和水文情况

基坑靠近地铁隧道部位主要地层从上到下依次为素填土、淤泥、粉质黏土、中粗砂、强风化岩、中风化岩。基坑底板位于中粗砂层，隧道主要穿越地层为淤泥、粉质粘土、中粗砂。

基坑场地区域南侧有宽约17m河涌，地表水系丰富。地下水主要有3类：第一类为赋存于填土层中的上层滞水；第二类为赋存第四系砂；第三类为基岩裂隙水。相对稳定水位埋深约为1.25m～1.75m。

1.3 基坑与隧道位置关系

基坑北侧紧邻地铁明挖隧道，隧道基底采用Φ550@1000×1000搅拌桩满堂布置进行加固，深入粘土层、粗砂层不少于1m。隧道结构顶覆土约3.3m～3.5m，隧道底埋深约11.2m，基坑深约13.7m。基坑边线与隧道结构水平净距约为6.9m～7.3m，与隧道垂直净距约2.5m（见图2）。

图2 项目建筑基坑与地铁结构位置关系剖面

1.4 工程变更情况

拟建建筑原设计为桩基础，在建筑基坑施工到第二道钢筋混凝土支撑时，地铁隧道结构监测数据显示隧道结构横向位移发展接近预警值。出现这一情况后，建筑设计单位对基坑第二道支撑以下的设计进行了变更，在靠近地铁一侧保留约8m～14m宽、4.8m高的土台不进行开挖（见图2），以减少基坑开挖对地铁结构的影响。

基坑开挖到设计标高后，施工单位对先前做好的桩基进行检测，发现合格率不达标。由于基坑开挖过程中地铁隧道结构横向位移已接近限值，加上基内已施作第二道支撑，空间不足，无法进行补桩，因此，设计单位对基础形式进行变更，弃用原桩基，改为筏板基础，同时采用高压旋喷桩加固结合部分，采用超挖回填素混凝土对地基进行处理。

2 “地基处理+筏板基础”施工技术

2.1 桩基施工难点及筏板基础方案的选择

桩基检测合格率不达标，常规处理方法一般是补桩。根据地铁保护要求及现场条件，本工程补桩难点有：

（1）基坑开挖过程中地铁隧道结构横向位移已接近预警值，补桩施工工艺选择需考虑对地铁结构的影响。

（2）基坑内支撑分布密集（见图3），且基底与第二道支撑垂直净距仅6m，无法采用旋挖钻机等大型桩机设备施工，小型机械又不能满足施工要求。

图3 项目建筑基坑支撑平面结构

（3）基坑靠近地铁隧道结构，若采用冲孔等方式，成孔过程中挤土效应和振动对隧道周边土体扰动剧烈，可能危害隧道结构安全。

鉴于以上地铁保护要求及现场条件，无法补桩，因此，设计变更为地基处理+筏板基础方案代替原桩基础方案，原基础桩不再使用。地基处理方案如下：基坑东部采用“超挖换填”进行处理，基坑西部采用“高压旋喷桩+锚杆”进行处理。超挖换填和高压旋喷桩施工范围如图4所示，锚杆施工区域如图5所示。

图4 项目建筑基坑超挖换填及旋喷桩施工范围

图5 项目建筑基坑锚杆施工范围

2.2 地基处理方案及工艺

2.2.1 超挖换填地基处理

按现有勘察资料，超挖换填预估深度1.5m，超挖换填应挖至强风化岩持力层，用C20素砼回填至设计标高。超挖换填区紧邻隧道侧，应分区分块开挖与回填。换填开挖前按照基础筏板边线，每边留置超出筏板边线一定宽度的工作面，开挖至设计要求持力层后应将覆土彻底清理干净，并及时换填砼避免基坑长时间暴露，确保基坑安全。

坑底换填开挖按1:1.5坡率进行，换填过程中及时排水，避免基坑长时间浸泡。超挖换填分区施工情况见图6。

图6 项目建筑基坑超挖换填分区示意图

2.2.2 高压旋喷桩地基处理

按照勘察资料及地基处理要求，高压旋喷桩预估深度4m～6m，旋喷桩采用梅花式布置，直径为600mm，间距为450mm，见图7。

图7 项目建筑地基高压旋喷桩结构

旋喷桩施工过程中，如遇成孔困难或旋喷桩无法下钻情况，可用超前钻引孔，高压注浆孔成孔直径不小于130mm，孔位误差不大于100mm，倾斜不超过1%。高压空气压力不小于0.6Mpa，输浆压力不小于25Mpa，提升速度不大于10cm/min，旋转速度不超过20转/分钟，提升速度与搅拌头转速匹配，水泥浆采用PO42.5R普通硅酸盐纯水泥浆灌注，水灰比0.9，水泥土28天无侧限抗压强度qu＞1.2MPa，每米水泥用量不小于300kg，根据旋喷桩试桩试验校核施工参数。

旋喷桩施工应满足桩底入强风化岩持力层不得少于0.5m，地基处理后承载力特征值fa=600kpa。

施工完成后，对旋喷桩抽芯进行桩身强度及完整性试验；用承载力载荷试验检验复合地基承载力，以9个旋喷桩作为一个试验单元进行。

2.2.3 地基处理锚杆施工

锚杆为永久性抗拔锚杆，安全等级为一级，共849根，锚杆施工采用钻孔（引孔）施工（见图8）。锚杆的抗拔承载力特征值为400kN，锚杆成孔直径为200mm，锚筋为3×Φ32（HRB400钢）。

图8 项目建筑基坑处理锚杆大样及施工效果

锚杆长度要求钻孔进入中风化岩层≥7m，或进入微风化层不小于4m。若成孔过程遇强风化岩，按1m强风化岩相当于0.34m中风化岩换算。

在锚杆施工前，先按《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22:2005）相关规定进行锚杆的基本试验。钻孔时深度应超过设计长度不小于0.5m；清孔完成后，迅速拔出钻杆，安放锚杆杆体，对于湿式钻孔要用水清孔，直至返出清水为止。钻孔记录应详细、完整，对岩石锚杆应有判层记录，确定入岩长度。

注浆管放置于杆体中心，随杆体一同放入孔中，注浆管端部距杆体端部宜为50mm～100mm。二次注浆管的出浆孔及端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内。注浆选用425#水泥，一次注浆材料为M30水泥砂浆，水灰比取0.40～0.45,灰砂比取0.5～1.0；二次注浆材料为水灰比0.5的纯水泥浆。一次注浆压力为0.3MPa～0.5MPa；一次浆初凝后进行二次注浆，二次注浆压力为2MPa～3M pa左右，稳压2分钟。施工过程依具体情况及经验适当调整注浆压力。

2.3 筏板基础方案及工艺

本工程2座塔楼下采用筏板基础，其余纯地下室部分采用独立基加防水板（见图9）。具体设计为：筏板基础FB1板厚为2000mm，混凝土强度等级为C45，底筋为25@150双层双向配筋；筏板基础FB2，板厚为1900mm，混凝土强度等级为C45，底筋为22@100双向配筋；独立基础加防水板FSB1板厚为800mm，底筋为16@150双层双向配筋。筏板基础承载力特征值不小于600kPa，裙楼、纯地下室部分持力层以强风化泥岩为主,承载力特征值不小于600kPa。

图9 项目建筑筏板基础示意图

在施工过程中，须注意混凝土的温度测量，养护优先采用蓄水养护，或湿麻包袋覆盖混凝土表面。在养护阶段，应测量混凝土的内外温差，根据温度变化合理调节养护过程的温度和湿度，保证在全湿状态下养护，养护时间不少于2周。

3 基坑施工过程中地铁隧道位移分析

本项目基坑作业对地铁结构的影响等级为特级，地基处理及筏板方案的选择应尽量减少施工对地铁隧道结构的影响。在隧道内布置测点对隧道结构位移进行监测（见图10），基坑地基处理前后及底板施工完成后地铁隧道结构监测最大变形值见表1。

图10 地铁隧道结构位移测点布置

表1 地铁隧道结构横向位移监测情况

从地基处理至筏板基础施工完成过程中，横向位移最大的测点C11-5、C11-6横向位移变化曲线如图11（a）所示，测点R9-5、R11-5横向位移变化曲线如图11（b）所示。

图11 地铁隧道机构测点横向位移曲线

根据监测数据分析，基坑在开挖过程中，地铁隧道结构横向位移发展已接近地铁安全评估预警值；基坑开挖完成后高压旋喷桩开始施工前至筏板基础基坑底板砼浇筑完成后，从各节点的地铁隧道累计横向位移最大值变化在0.01mm～－1.30mm之间。结合地铁隧道自动化监测数据横向位移变化曲线图可以看出，地铁隧道在项目进行地基处理及筏板基础施工过程中，发生横向位移监测数据变化较小，监测数据无变大的趋势，地基处理及筏板施工过程对隧道结构影响较小。

4 结论

本项目原工程桩合格率不达标，且因基坑靠近地铁结构（该项目外部作业对地铁结构的影响等级为特级）及施工场地所限，无法采用补桩工艺，因此，采取“地基处理+筏板基础”方案。本方案虽经济成本较高，但确保了地铁结构安全。通过本案例分析得到以下结论：

（1）高压旋喷施工占用场地小，满足现场施工要求，且本项目旋喷桩施工深度约4m～6m，旋喷桩施工对土层挤压及振动较小，对地铁隧道结构影响较小。

（2）本项目超挖换填范围内基坑底至强风化岩层较浅，开挖1.5m～2m即可满足设计要求；方案采用分区域开挖分区域回填，保证了基坑安全，同时减小了对地铁隧道结构的影响。

（3）锚杆施工采用钻孔（引孔）工艺，避免了施工大量锚杆可能产生挤土效应。

（4）在某些特殊场合，如建筑处于地铁结构上方或地铁保护区内高层建筑场地存在深层溶洞，施工桩基需打穿溶洞或对溶洞进行处理，存在增加地铁结构安全风险的情况，可采用筏板基础或者筏板基础结合地基处理的施工工艺，避免危害地铁隧道结构安全。