濕陷性黃土地質(zhì)地下通道深基坑施工技術(shù)研究

劉玉健

摘 要：濕陷性黃土在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)會迅速被破壞，產(chǎn)生較大附加下沉，強度迅速降低。如何避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷對結(jié)構(gòu)造成的危害是該復(fù)雜地質(zhì)工程施工的一大難題。本文結(jié)合太原市雙塔北路道路改造工程，介紹了濕陷性黃土地質(zhì)市政工程深基坑施工技術(shù)。針對施工中的重難點，采取相應(yīng)的施工工藝，順利完成了復(fù)雜地質(zhì)條件下地下通道深基坑工程施工，形成了濕陷性黃土地質(zhì)地下通道深基坑施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土;地下通道;深基坑;施工技術(shù)

中圖分類號：U455.4文獻標識碼：A文章編號：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

太原雙塔北路地下通道位于太原站以東，呈南北走向。其改造工程的起點樁號為K0+325，終點樁號為K1+695，為雙向四車道，標準寬度為20.1 m，局部擴展為37.5 m，總長1.37 km?；由疃葹?～17 m，基坑總面積約為30 840 m2。道路范圍內(nèi)的雨水管線和污水管線同步施工，采用明挖法施工[1]。

本次雙塔北路地下通道與東廣場改造同步進行，平面位置見圖1。地下通道采用明挖順作法施工，主要采用基坑支護結(jié)構(gòu)。支護結(jié)構(gòu)采用樁撐體系，圍護壁+多道內(nèi)支撐的圍護形式[2]。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

本工程場地位于太原盆地東側(cè)邊緣，地形起伏較大，南側(cè)較高，北側(cè)較低，場地孔口標高介于805.52～826.29 m，相對高差22.86 m。根據(jù)地質(zhì)勘察報告可知，本項目場地地基土自上而下可劃分為6層，依次為：雜填土（Q42ml）和素填土、濕陷性粉質(zhì)黏土（Q3dl+pl）、粉質(zhì)黏土、細砂、粉土、粉質(zhì)黏土。

勘察期間，實測鉆孔潛水穩(wěn)定水位埋深為地表下3.10～10.60 m，水位標高為804～805 m。地下水總體由東北向西南徑流，水力坡度在5.0‰左右[3]。

3 工程重難點分析

3.1 鄰近建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工加固和監(jiān)測難度大

本線路雙塔北路地下通道工程在現(xiàn)有雙塔北路范圍內(nèi)進行明挖施工，施工范圍狹小，周邊鄰近建筑物種類多，學(xué)校、臨街商鋪及居民樓等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，最近距離基坑為2.79 m。施工過程中，嚴格按設(shè)計要求施工圍護結(jié)構(gòu)，做好既有建筑物基礎(chǔ)的加固工作，加強周邊建筑物變形監(jiān)測是本工程施工中的重點[4]。

3.2 沿線管線種類多，深基坑工程與管線遷改同時施工

雙塔北路地下通道沿線既有管線種類多，分布復(fù)雜。鄰近管線包含電力管線、熱力管道、給排水管道、煤氣管道和雨污水管道等。其中，大部分分布在基坑外側(cè)，沿基坑南北方向分布，個別管道連接部分橫跨基坑上方。施工中要做好既有管線的加固、保護工作和新建管線的施工工作。

3.3 施工交叉多，干擾大，文明施工要求高

雙塔北路臨近太原站東廣場，從新建地鐵站上方穿過，通過匝道與下穿火車站通道、地面主路連接，特別是五龍口街和朝陽街現(xiàn)有交通十分繁忙，工程施工階段需要確保交通暢通。同時，本項目屬于二青會配套項目，位于太原站東側(cè)，文明施工要求高[5]。

3.4 濕陷性黃土地質(zhì)，地基加固難度大

本工程地質(zhì)中包含濕陷性黃土，其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育。在未受水時，一般強度較高，壓縮性較小。當(dāng)在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)會迅速被破壞，產(chǎn)生較大附加下沉，強度迅速降低。在施工中，必須考慮因地基濕陷引起的附加沉降對工程可能造成的危害，必須選擇合適的地基加固方法，避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷對地下通道結(jié)構(gòu)造成的危害[6]。

4 深基坑圍護方案

本工程基坑總面積約30 840㎡，基坑呈長條形，南北走向，總長度為1.37 km，標準段寬度為20.1 m，局部擴展為37.5 m，基坑開挖深度為4～17 m。

基坑圍護結(jié)構(gòu)采用樁撐體系，即圍護樁+多道內(nèi)支撐的圍護形式，圍護樁采用鉆孔灌注樁。根據(jù)開挖深度不同，采用直徑為800 mm和1 000 mm的鉆孔灌注樁，間距種類根據(jù)相應(yīng)圍護段落包括D800@1000、D800@1200、D800@1500、D1000@1300、D1000@1400、D1000@1500。在鉆孔樁頂部設(shè)置1.2 m×0.8 m冠梁，內(nèi)支撐均采用Φ609 mm×16 mm鋼管撐，間距4.5 m。沿線根據(jù)開挖深度不同，所設(shè)置的鋼支撐的數(shù)量也有所不同[7]。

采用臨時鋼立柱及鉆孔灌注樁組成的立柱樁作為水平支撐系統(tǒng)的豎向支撐構(gòu)件，鉆孔灌注樁直徑為800 mm。臨時鋼立柱采用等邊角鋼和綴板焊接而成的4L160 mm×16 mm型鋼格構(gòu)柱，其截面為460 mm×460 mm。立柱插入鉆孔灌注樁中，插入深度為2.5 m。格構(gòu)柱之間順基坑方向用雙拼40b槽鋼連梁與立柱焊接，鋼支撐與槽鋼連梁之間用10#槽鋼U型抱箍連接固定[8]。

5 實施關(guān)鍵技術(shù)

5.1 降水施工

根據(jù)《山西省太原市地下水動態(tài)觀測報告》可知，每年12月至次年1月為枯水期，7～9月豐水期，其他時段為平水期，地下水位變幅為0.8～1.4 m。STK0+434-STK1+115段水位線位于基坑開挖面以上，為此，采用井點降水方法進行降水處理[9]。

按照降水要求設(shè)置管井的具體參數(shù)如下：井孔直徑700 mm，井管采用直徑400 mm的濾水管，管內(nèi)徑300 mm，孔隙率不小于10%，濾料采用粒徑5～10 mm的砂礫，井管底部2.5 m為沉砂管，為不透水管，管底設(shè)置3 mm厚鋼板封底。

5.2 周邊建筑物及管線防護

采用注漿加固樓房與基坑圍護樁之間土體的方法對周邊建筑物進行防護。高壓注漿漿液采用水泥漿，水泥采用強度等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1，水玻璃溶液比例為4%，每平方土體注漿量為土體體積的20%。深基坑開挖過程中，加強對周邊建筑物沉降的監(jiān)測[10]。

開挖基坑時，管線周邊1 m范圍內(nèi)土方采用人工開挖，嚴禁采用機械開挖，防止外力破壞原有管線。針對無法遷改的管線，采用原管位加強保護的方式，順基坑方向管線采用在開挖臨空面打設(shè)工字鋼、鋼板樁等進行支擋。有條件遷改的管線，提前將管線臨時改移至不影響基坑開挖的位置，確保管線正常使用，待深基坑工程施工完成，回填至設(shè)計標高后，再將管線改回原管位[11]。

5.3 深基坑土方開挖

深基坑土方開挖應(yīng)待整個基坑圍護封閉、圍護樁達到設(shè)計強度后，方可進行。土方開挖要按設(shè)計要求有計劃、有步驟地進行，不得隨意開挖。在開挖過程中，要遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則分層分塊開挖[12]。樁間網(wǎng)噴施工、鋼支撐安裝施工緊隨。

縱向階梯式分層開挖采用后退式階梯分層甩土開挖。每層開挖高度<2 m、開挖長度為5 m，每層開挖至鋼支撐以下0.5 m。各層同時開挖，每層橫向先挖中間，后挖兩側(cè)，中間超前兩側(cè)土體5 m。利用兩側(cè)土體為平臺架設(shè)臨時鋼管支撐，鋼管支撐架設(shè)完后，挖掉兩側(cè)土體，每層完成一開挖支護循環(huán)。

5.4 濕陷性黃土地基加固

本工程地質(zhì)中包含濕陷性黃土，對此，可在地下通道范圍內(nèi)打設(shè)高壓旋噴樁對地基進行加固，避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷對地下通道結(jié)構(gòu)造成的危害。

待土方挖至基坑底設(shè)計標高以上50 cm處，平整場地，施作高壓旋噴樁加固地基。高壓旋噴樁采用三重管施工方法施工，直徑為600 mm，樁間距為1 100 mm，呈梅花狀布置，樁長為8 m;采用強度等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為0.8～1.2;水玻璃溶液比例為4%，注漿壓力不小于20 MPa。

5.5 深基坑監(jiān)測

為保證深基坑施工安全，本工程委托山西交科公路勘察設(shè)計院對雙塔北路地下通道深基坑工程進行全過程監(jiān)測?，F(xiàn)場監(jiān)測范圍：道路及地表、管線沉降、周邊建筑（取結(jié)構(gòu)邊緣兩側(cè)各2.0H范圍，H為基坑開挖深度）。

監(jiān)測類別分為工程自身監(jiān)測和周邊環(huán)境監(jiān)測。其中，工程自身監(jiān)測對象是基坑圍護結(jié)構(gòu)，監(jiān)測項目包括樁頂水平位移、樁頂豎向位移、樁體水平位移、支撐軸力、立柱沉降、坑底隆起;周邊環(huán)境監(jiān)測對象為基坑周邊地下水位、周邊道路地表、天然氣及熱力管等管線、周邊建筑，監(jiān)測項目包括地下水位觀測、地表沉降、地下管線變形、建筑物沉降及傾斜。

施工前取得初始值，施工開始后按要求頻率監(jiān)測，至施工結(jié)束;施工影響安全的因素消除，監(jiān)測對象變形趨于穩(wěn)定后，停止相應(yīng)的監(jiān)測工作。本工程施工過程中，經(jīng)監(jiān)測，深基坑自身和周邊環(huán)境變形量均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，未達到監(jiān)測報警值，現(xiàn)場深基坑安全穩(wěn)定，沒有安全隱患。

6 結(jié)語

太原市雙塔北路地下通道已施工完成，經(jīng)驗收合格后已竣工通車。深基坑工程施工過程中，對周邊環(huán)境起到了很好的保護作用，深基坑安全穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)安全隱患。地下通道地基穩(wěn)定，沒有產(chǎn)生不均勻沉降，成功消除了濕陷性黃土地基的濕陷或少量濕陷所造成的危害，為類似復(fù)雜基坑工程施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

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