大型基坑的防水与地铁车站的保护.doc

大型基坑的防水与地铁车站的保护
[摘要]地铁车站上边的基坑防水，涉及地铁运营及周边人民生命财产的安全．按照“未雨调缪”的原则，根据其漏水的主要成因，进行方案的优化并采取相应的施工管理措施，取得良好效果，且对地铁车站无任何影响。
      [关键词]建筑基坑  防水  地铁车站  施工方案  优化

      1  基坑概况
      广州黄沙地铁上盖物业由香港和记黄埔广州地产公司开发，小区由2幢52层、2幢46层、2幢40层、2幢34层及三层裙楼和二层地下车库组成，总面积近50万m2，基坑面积达45 191 m2，底板深度距地面为11．3 m，核心筒位置距地面14．1 m，基坑四周皆为道路，正在营运的地铁一号线斜穿基坑，黄沙地铁车站就在基坑中间偏南位置，而地铁车站北段箱体与地铁轨道的筒体结合部亦全部在基坑之中。基坑围护由642根Ф1．2 m的钻孔灌注桩及138 m地下连续墙组成(见图1)。
      2地质概况
      黄沙地区位于古珠江河道，基坑距现珠江河道约400 m，地质情况自上至下依次为杂填土、淤泥层、粉砂细砂层、中砂层、粗砂层、粉土层(部分没有)、强风化岩层。杂填土平均厚度3．5 m，砂层连同淤泥层平均厚度约10 m，并含有大贝壳、卵石等。地下水位距地面3 m左右，由于砂层与珠江相连接，所以地下水位亦与珠江水一样受潮汐或洪水的变化。
      3  基坑围护方案的优化
      3．1  原设计方案
      建筑基坑围护桩之间的间距为10 cm。深度以嵌固深度为主要依据，即结合入岩或嵌入硬土层的深度来综合确定桩孔的深度，围护桩后面为2排Ф60 cm的旋喷桩，孔距为0．866 d，水灰比为l：1～1．5：1，提升速度为小于15cm/min，每m旋转桩的水泥用量大于200 kg，并加入3%水玻璃(NaO2SiO)，高压水泥浆压力大于15 MPa，所形成的止水帷幕如图2。
      3．2　对周边地区基坑漏水主要成因的调查
      根据本地区的地质情况，总结周边地区基坑防水失败的原因，发现有二个特点，一是在-3～8 m处渗漏较多，二是砂层与硬土层或强风化结合部的处理欠妥时易产生漏水。结合本工程的特点，分析出有可能出现的漏水的情况以及薄弱位置：①喷浆过程中的喷嘴近距离内有障碍物时(如砖头，大贝壳，卵石)，会大大降低该位置的防水效果；②围护桩在挖土过程中会有一定程度的位移，而在污泥粉砂层及杂填土层的旋喷桩体，由于强度有限，极易发生断裂，一旦发生则水流从中渗漏并扩大，形成漏水甚至喷涌；③砂层与粉土层或强风化层的交接位置的处理十分重要，因此位置水压高，而且又在基础底板以下，如有漏水点，规模小时难以确定具体位置，当演变成喷涌时又使抢险难度增加。
      3．3方案的优化
      经综合分析后，对原有图纸和施工方案提出几点优化意见：①将止水帷幕修改为图3所示，理由是在围护桩桩缝附近形成旋喷桩，止水效果更明显。②对地下-3～-8 m处进行复喷。因旋喷桩在成桩过程中主要依靠高压喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与之搅拌混合，从而形成圆柱状的水泥与砂土混合的桩体，其桩体的抗压强度随柱体内骨科的多少和粒径的粗细而变化，而淤泥层柱体的特点是凝固慢、强度低，水位线下和砖头、石块、大贝壳及卵石又大都集中在-3～-8 m，因此对这一位置的复喷有助该位置强度的提高。③旋喷桩嵌入深度均超过砂层50 cm，不管进入强风化层或是粉土层，凡砂层与粉土层或强风化层的交接部位，都必须仔细施工，确保此位置旋喷时质量完好牢固。④先进行实验桩施工，在试验桩不同的地质层进行抽芯并进行抗压强度试验，在取得有关数据后作为后续施工时的参考。
      通过施工优化加上必要的管理措施，整个基坑的防水效果良好。第一项措施节约了成本缩短了工期，第二项措施使得-3～-8 m这个薄弱位置的防水效果得到加强。原先预计有多个渗漏的地方，整个基坑开挖后只有几个较小的渗漏点，一经修补便不复发。第三项措施使整个基坑砂层与粉土层或强风化层的交接部结合牢固，无渗漏现象。试验桩的抽芯结果证明，在粗砂层的抗压强度10 MPa以上，在中砂层为4～6 MPa，而经过复喷后，淤泥层强度接近1 MPa，杂填土层及粉砂层介于2～3 MPa之间，强度比未经复喷时提高一倍，在土方开挖过程中，局部围护桩因挖土超挖关系位移曾达20 mm，但由于旋喷桩薄弱部位强度增加，而避免了围护桩和旋喷桩桩体之间的明显分裂，该部位亦未见漏水情况，整个基坑防水情况理想。
      4地铁的保护
      4．1  均衡和对等
      针对地铁箱体将在土方开挖中暴露，而地铁的箱体与筒体的结合部又是一个薄弱的位置，因此，保护地铁箱体及处理好箱体与筒体的结合部是一个关键。为保证地铁箱体不变形，我们把保持地铁箱体两侧的均衡和对等的措施贯穿于整个施工过程中。箱体保护采用两侧对顶围护，避免箱体受力不均，围护桩施工中，为避免桩机在打桩过程中对地铁的损害，围护桩与地铁箱体保持200 mm以上的距离，其空隙用旋喷桩填补，此位置外围再加三排旋喷桩，箱体与筒体的结合部全部用地下连续墙对撑，因施工工艺问题，地下连续墙与地铁箱体之间留出2 m空隙，再用围护桩填空，并用旋喷桩封闭，外侧再加上三排旋喷桩。基坑北端地铁西侧为地面，东侧为基坑，此段围护亦全部采用地下连续墙保护，同时，对基坑底板下的砂层采用三管旋喷进行加固，以确保筒体安全。由于基坑内水的存量较大，抽水前先在两侧基坑打出若干的抽水井及水位观察井，同时根据各观察井水位的变化，而调整抽水的速度，达到地铁两侧水位均匀对等下降，土方开挖时亦要求两侧对等开挖。埋在地铁箱体内的整套自动监测仪则进行24 h全天侯监测，反馈给施工参考。
      4．2  基础桩施工的保护措施
      由于地铁在小区中间地下穿过，上部建筑物将覆盖整个地铁站，因此有相当数量的基础桩靠近地铁车站。而高层建筑的基础桩均要求进入微风化岩层1．5 m以上，冲击成孔过程中势必产生震动而造成对地铁车站的影响。因此，根据现场机械情况和施工习惯，做出以下规定：①地铁范围20 m以内基础桩全部用旋挖机成孔，这样就不会对地铁产生任何影响，②地铁20～30 m范围内，因旋挖机数量不多而要采用冲击成孔的，施工锤重不得超过5t，冲锤提升高度不得超过2 m，以尽量减小对地铁车站的影响。
      5  结语
      基坑开挖后除局部位置有少许渗漏外(在-3～-8 m位置)，其余桩面干爽，围护体个别位置虽曾发生较大的位移，但围护桩与旋喷桩结合部情况良好，安装于地铁内部的监测系统显示，地铁位移值为零，地铁营运正常，土方开挖基本完成后，广州市建委专家组对基坑进行—次全面检查，评价良好。