厚砂性土层、复杂环境│大深基坑施工风险控制

李宁波

1、工程概况
苏州轨道交通2号线桐泾公园站工程位于苏州市桐泾南路与解放西路交叉口。车站长140米，标准段宽20米，扩大段宽40米，属异形车站基坑，基坑总面积约为4000㎡。车站基坑东北面为桐泾公园，东南面为桐泾商务广场，西南为福星护理院，西北面为公园天下小区，周边环境复杂。基坑绝对标高-6米左右以下全为砂性土质，砂土总厚度约达50米，国内罕见。 

    基坑围护结构采用800㎜厚的地下连续墙。北端头井基坑开挖深度17.6m，设四道支撑（第一道至第三道为钢筋砼支撑，余为钢支撑）；南端头井基坑开挖深度17.9m，设五道支撑（第一道为钢筋砼支撑，余为钢支撑）；标准段基坑开挖深度15.9m，设四道支撑（第一道为钢筋砼支撑，其余为钢支撑）。基坑内局部采用三轴搅拌桩加固，加固深度为基坑下4m。

2、工程技术特点和施工难点
2.1地连墙在深厚砂性土质条件下施工槽壁稳定控制困难
桐泾公园站工程基坑端头井处地连墙深31m，标准段处地连墙深28m。其中穿越的砂性土土层有④1粉土层、④3粉砂层、④4粉土夹粉砂层、④5粉质粘土层、④6粉土夹粉砂层。砂性土质有土层结构松散，透水性好，在动水条件下易产生流砂等不良地质现象的特点，成槽过程中经过成槽机抓斗的工作以及泥浆的反复冲刷极易造成槽段塌方和缩颈，对地连墙施工的槽壁稳定控制造成极大的困难。
2.2深厚砂性土质条件下对基坑降水要求高
本基坑开挖面积大，深度深，时间长，地质条件复杂。该基坑除东北侧埋深在21.0～26.0米左右、20.0～35.0米左右分别分布有相对隔水层④5粉质粘土、⑤2粉质粘土层，其余地段从地面下7.0～53.0米各土层均为粉砂性土，且各承压含水层联通，形成巨厚的高承压水头的微承压含水层，施工过程中将对基坑底板的稳定产生不利影响。同时由于地连墙深度28米，最深处为31米，地连墙未起到隔断承压水层的作用，因此本基坑的降水要求极高。在基坑开挖时如果不能保证水位降至开挖面以下，将导致基坑处于危险状态，存在严重的安全隐患。
2.3大范围基坑降水对周边环境存在较大影响
本基坑位于城市交通要道，道路两侧管线（网）密布，且周边建筑物密度较大，其中车站东南侧已建的桐泾商务广场2层地下室边线，距离车站外挂边线仅11.7米。基坑周边环境复杂，对减压降水工程提出了很高的要求，降水设计应充分考虑降水对周边环境的影响，否则，将会存在较大施工风险。

3工程风险控制关键技术
3.1深厚砂性土质中地下连续墙施工技术
3.1.1地下连续墙成槽施工槽壁稳定性的控制
（1）地墙成槽机的选型
由于砂性土层粘结力较差，成槽周期过长容易导致槽段塌方等风险，因此成槽阶段的施工周期不宜太长，选择起重重量大，能有效控制成槽垂直度和质量的机械显得相当重要。根据工程情况决定采用利勃海尔HS855HD型成槽机。本工程地下连续墙要求成槽垂直度为1/400，利勃海尔HS855HD型成槽机的最大成槽垂直精度为1/600，满足施工要求，且最大起重能力达到90吨，自身工作重量达到了84.4吨，也完全满足在深厚砂层中正常成槽的条件。
（2）优化护壁泥浆参数，控制槽壁稳定性
在地连墙成槽过程中，护壁泥浆质量的控制是一重要环节。由于砂性土与其他土质不一样，砂土之间缺乏粘结力容易造成地连墙的缩颈和塌方。通过现场成槽试验，对泥浆参数进行了改良。考虑到泥浆循环过程中，泥浆比重过小，粘度不够，泥浆稀薄反而起到冲刷槽壁的反效果，将循环浆液的泥浆比重提高到1.12～1.15，粘度控制在20～22秒，含砂率
  

    地连墙渗漏水发生的位置通常是在墙间接缝处，尤其处在深厚砂性土质中，受到承压水的影响使得渗漏水造成的危害更加巨大。造成墙间接缝处渗漏的原因有很多，其中很大一部分原因是墙与墙之间混凝土贴合不密实，存在间隙或者夹泥的现象。而在浇筑混凝土时出现混凝土扰流现象，会导致混凝土成型不规则，使得下一幅地连墙无法与之贴合密实，扰流现象严重甚至会挤压钢筋笼使之倾斜，存在间隙。因此地墙间接缝处的施工质量直接影响到基坑开挖阶段的施工风险大小。
 （1）地连墙施工采用特别定制的锁扣管
 根据本基坑设计要求地连墙采用刚性接头的形式，结合市场上各类锁扣管的结构特性分析，考虑到H型钢刚性接头的形状比较特殊，使用一般的锁扣管无法有效贴合H型钢，经过研究，设计定制了特殊形状的锁扣管，这种锁扣管能够更有效地保证与H型钢接头的贴合。

 

    2）为有效控制混凝土扰流，在刚性接头H型钢上加焊翼板
  为有效防止混凝土出现扰流，在H型钢两侧加焊2块宽95px，长度与型钢同长的翼板，以便在型钢端部起到一个封口的作用，挡住混凝土向外扰流。



 3.2针对深厚砂层进行系统的基坑抽水试验
 针对桐泾公园站场地内的水文地质条件，采用原位钻井的方法，进行了非稳定流的单井抽水试验，并进行了水位恢复试验。
 3.2.1抽水试验的目的 （1）通过抽水试验，查明各含水层埋深、试验期间承压水水头高度以及水文地质参数（包含渗透系数、导压系数、导水系数等）。
 （2）对抽水孔进行抽水试验确定水位下降与总涌水量等关系，从而预测一定降深下的抽水量或一定开采定额下的水位降深值，同时为确定合理的降水方案提供依据。
 （3）通过抽水试验，计算降水时降水井影响半径及降水井的插入深度。
 （4）通过抽水试验，确定相关含水层水力联系特征。
 （5）根据抽水试验结果、钻孔地层和地下水位动态等建立基坑降水数值模拟模型，对模型进行识别后，预测基坑降水引起周边地区地下水渗流场变化趋势。 3.2.2 抽水试验结论 通过详细的水文地质调查及抽水试验，查明了本地区内各含水层的水文地质参数、地下水类型等，得出相关的参数及观测数据，达到了抽水试验的目的。各试验井结构作为基坑降水设计参考。 3.2.3根据抽水试验结果，制定基坑降水方案
 根据抽水试验所得出的数据，降水方案确定采用疏干井和减压井相结合的施工方法。根据设计计算，本工程共布置疏干井22口，降压井（含观测备用井和原试验井）28口。
 3.3针对车站结构造型合理安排基坑开挖施工工序
 3.3.1确保基坑开挖的安全控制措施
本基坑采用明挖顺作法施工，分南北两个施工区域，由端头井向标准段中间开挖，最后中间收尾。在开挖过程中严格“分层、分步、对称、平衡、限时”十字方针，遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖”的施工原则，基坑开挖空间和开挖速率相互协调配合，并加强施工监测，做到信息化施工。 （1）土方开挖必须在地下连续墙、顶圈梁及混凝土支撑达到设计强度后方可进行。挖土前必须进行充足的降水，确保水位降到当前挖土层层底以下3米。
 （2）支撑施工要按先撑后挖、随挖随撑的原则进行。当挖土位置的当两根支撑安装完成后，才能挖去支撑中间的土体。
 （3）土方开挖施工时，坑边一倍基坑深度范围内严禁堆放弃土和堆放重物。
 （4）采取分层分段开挖，第一层土方开挖长度不超过12m，第二道及以下各道支撑的土方开挖过程中，每小段长度不超过6m。同时严格控制土坡坡度，确保边坡稳定，防止纵向滑坡。
 （5）严禁挖土机械碰撞支撑、立柱、井点管、围护桩等结构。
 （6）坑底留20～750px人工修土至设计标高。
 3.3.2土方开挖施工方法 挖掘机械采用一台18米臂长的长臂挖掘机配合2台小型挖掘机进行。由于场地条件良好，将长臂挖掘机置于基坑边直接开挖，直接装车。每个作业面安排1台小型挖掘机，小型挖掘机则随基坑开挖进入基坑并配合长臂挖掘机将基坑分段分层分台阶开挖。

 

3.4车站防水采用全包防水施工工艺控制结构渗漏水风险
 车站防水遵循“以防为主，防排截堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，针对车站位于砂性土层，一改以往采用的普通防水方法，采用较为先进的全包防水施工技术。车站主体结构按一级防水标准设防，强调以结构自防为主，采用S8标号的防水混凝土，配以自粘聚合物改性沥青防水卷材全面覆盖，车站顶板还增加一层2.5mm厚的聚氨酯防水层和350#纸胎油毡隔离层。结构主体全长设置两道诱导缝，不设置变形缝，仅在区间通道、南北附属连接处设置，对变形缝、施工缝等特殊部位进行多道防水处理。

 4、工程所取得的经济和社会效益
 针对工程特点，由于采取了上述措施，苏州轨道交通2号线桐泾公园站尽管处于深厚砂性土层中，但在基坑开挖过程中未出现明显的渗漏水现象，为施工单位节省了约150万元的工程抢险费用。其次在基坑开挖过程中通过合理调配施工机械和安排施工工序，开挖与支撑有效结合，顺利完成了各个施工节点，使得整个基坑开挖比原定的施工计划提前了1个月完成，节约人工费、机械租赁费等约80万元。该工程的施工安全、工程质量得到了社会各界普遍认可，并且获得了“江苏省级安全文明工地”，企业信誉得到了进一步提升。

  5、结束语
 城市轨道交通工程建设技术复杂、施工难度大、安全风险高。桐泾公园站深基坑工程施工，通过在原有的施工技术、经验的基础上进行研究、比较、优化，形成了一套完善的施工工艺，有效解决了在砂性土质中进行深基坑建设常见的安全质量隐患，为类似的工程施工，提供了宝贵的施工经验及技术支持，也凸显了“资源节约、环境友好”的绿色施工理念，具有广阔的推广应用前景。