地铁车站深基坑防水与围护结构设计

2012-07-24韩宁

四川建筑 2012年3期

韩宁

(中铁二局集团有限公司经营中心，四川成都610031)

1 概述

随着我国城市建设的高速发展，为了达到地下工程、高层、超高层建筑物结构的稳定性和使用功能的需求，基坑的深度和面积也随之不断增加，给深基坑工程的设计施工带来新的挑战。对于深基坑来讲，地下水是必须考虑的影响因素。

对地下水的治理不当，将会使深基坑工程发生严重事故。从实际统计资料来看，多数深基坑事故与地下水治理不当有关，尤其是暴雨渗入、管道漏水等突发事件的危害更大。可以说地下水是深基坑工程的“天敌”，是导致深基坑工程事故的最直接的影响因素之一，是造成基坑支护失败的原因。地下水的作用及影响、设计过程中地下水作用处理、施工监测过程应注意的问题。降、排、止水方法是一项事关大局的工作。

1.1 地下水的作用

地下水作为岩土体的组成部分直接影响岩土的性状和行为。在岩土工程勘察时应着眼于设计和施工的需要，提供地下水的完整、准确、相近的资料并评价地下的作用和影响。地下水对岩土体和建筑物的作用，按作用机理可分为力学作用和物理化学作用两大类。

1.1.1 力学作用

(1)浮托作用:由于抽汲、集水、回灌引起地下水位或水压的变换，从而会产生大面积地面的沉降或上浮。

(2)动水力:动水力的作用表现为渗流。渗流作用可能会产生潜蚀、流砂和涌土等渗透变形。从力学平衡来看，当渗流产生的向上的渗透力等于土的浮重度时，土体处于临界状态，便发生流砂。

(3)静水压力:在地下水位以下全部水压力作用在围护墙上。当坑内、外水位差较大时，可能会产生渗流作用，这将使主动土压力稍有增加，而使被动土压力显著降低。

1.1.2 物理化学作用

一方面含水率的减少会导致一些黏土层变弱及一些胶结岩石的崩溃，另一方面水能导致一些黏土层的膨胀，黄土层被水浸泡后原有的稳定结构会变弱，水能使石膏等物质的溶解，同时可能发生水合作用，产生的物质能腐蚀混凝土体。

1.2 地下水的影响

地下水的影响是多方面的，包括软化作用、冲刷作用、静水压力和动水压力的作用，还有水浮力作用等，同时换季气温变化以及同一天的温差变化对地下水状态的改变都会对基坑支护的稳定性造成很大的影响。

2 工程概况

下面通过以成都地铁2号线白果林车站北端盾构端头段(图1中勘探点)基坑支护设计为例，介绍了该工程的概况、水文地质条件和工程地质条件以及工程的基本支护设计和降水设计，阐述地下水对基坑支护的影响。

图1 白果林车站深基坑环境示意

成都地铁2号线一期工程2标段(西段)从成灌客运站(AK21+932)至天府广场(设计终点AK30+830)，全长约9km，该段包括8座车站、9个区间段。白果林本车站位于文华路与青西路之间的金罗路，沿金罗路南北向布置，为了减少对周边道路交通的影响，车站的主体没有跨越文华路和青西路。现有道路比较狭窄，地面交通十分繁忙，人口众多，建(构)筑物密集:车站东面有7幢多层建筑居民房和商铺，西面有5幢多层建筑居民房商铺和白果林加油站。因此，开挖的设备、材料、出碴等的运输和施工场地将受到很大影响。车站形式为地下两层岛式站台车站，顶板埋深约为2.8～3.5m，底板埋深约为15.0～16.6m，车站长约160m，宽约20m。

2.1 场地工程地质、水文地质条件

根据钻探揭示，站内均为第四系(Q)地层覆盖。地表多为第四系人工填筑土(Qml4)，其下为第四系全新统冲积(Qal4)粉土及砂、卵石土以及第四系上更新统冲、洪积(Qal+pl3)卵石土夹砂透镜体。初见水位在地表4.5m左右。地层参数见表1。

表1 图1勘探点处深基坑地层参数

2.2 支护设计

2.2.1 护坡桩方案选择

根据本车站所处的环境、工程地质及水文地质条件以及基坑深度，经技术经济综合比较、计算分析和工程类比，本车站主体采用直径1 200mm的人工挖孔桩，内设三道支撑，第一道支撑采用混凝土支撑，第二、三道支撑采用钢管支撑(图2)。

图2 排桩支护计算简图

2.2.2 护坡桩方案设计

由于房屋基础资料不齐，房间内部墙体位置不清楚，按纵横墙3m间距的砖混结构考虑，进行附加荷载计算。结合各层楼板墙体等恒、活荷载考虑，平行基坑方向基础每层附加荷载按20kN/m考虑，垂直基坑方向基础每层附加荷载按6kN/m考虑。软件采用理正深基坑5.3，水土计算方式采用水土分算。

经软件(理正深基坑5.3)计算和验算得出配筋如表2。

表2 基坑围护桩配筋表

2.2.3 计算结果分析

嵌固深度:根据计算分析、工程类比及已有的施工经验，桩嵌固深度标准段取3.5m，端头加深段取4m。围护结构采用直径1 200mm人工挖孔桩。

根据围檩的连贯性以及计算分析白果林站基坑第一道支撑采用混凝土支撑，二、三道支撑采用钢支撑。

根据本车站所处的环境、工程地质及水文地质条件以及基坑深度，经技术经济综合比较、计算分析和工程类比，本车站主体采用直径1 200mm的人工挖孔桩，第一道支撑采用600mm×800mm的混凝土支撑，第二、三道支撑采用直径600mm、壁厚=14mm的钢管支撑。经过计算内力以及位移都满足要求。

3 防渗帷幕设计

地下水流入基坑，对相邻建筑物的影响，一是水位降低，引起土层附加不均匀沉降变形，近基坑侧较大;二是水中所夹带细粒土的流失，导致粉土空隙率增大，骨架失去支撑，土体大面积流失，造成地面塌陷、板桩失稳等严重事故。在相邻区域发生的基础和地下工程(地铁工程)事故中，绝大部分是因地下水控制措施不当造成的。因此，保持基坑周边土体内及坑内基底土层内地下水的稳定，是本项工程的关键之关键。

根据该场地的环境条件和水文地质条件，为避免降水造成已建楼沉降量加大，保证已建楼的绝对安全，需要在基坑东侧设置防渗帷幕;根据场地水文地质条件，同时考虑节省工程造价，选用了深层水泥浆体喷射搅拌桩帷幕。

4 降水与排水

在施工过程中，要求地下水位始终在工作面以下0.5～1m，为避免因地表水导致的基坑事故，基坑周边地面挖排水沟或用混凝土料堆积在基坑边形成台中阶，再喷混凝土便形成排水通道，避免地表水流入基坑。以免地下水渗出，对支护结构产生压力，造成不利影响。

5 施工与监测措施

由于基坑稳定性(包括边坡稳定和渗透稳定)破坏引起的后果往往是灾难性的、突发性的，且补救困难。所以，不仅要保证基坑围护体、降排水、隔渗方案选择和设计的可靠性;施工过程中还必须严格按图纸施工，并有科学的监测措施，及时收集整理，反馈检测数据，出现险情及时分析其原因，果断的采取措施，迅速的组织实施处理措施，以确保基坑的稳定。