黄土地区深基坑开挖支护技术

黄土地区深基坑开挖支护技术

作者：王彦杰

来源：《商品与质量·学术观察》2013年第01期

摘要：以西安地铁二号线南稍门车站基坑开挖施工为例，对黄土地区深基坑开挖、支护及降水施工进行技术总结，积累黄土地区深基坑开挖施工经验。 关键词：黄土地区 深基坑开挖 深基坑支护 施工降水 地铁 1、工程概况

西安市轨道交通二号线规划线路北起张家堡，南至韦曲，全长32.402km，共设24个车站。为西北地区首条地铁施工。南稍门站为西安地铁二号线换乘车站，上承永宁门站，下接草场坡站，车站设置于南关正街与友谊路相交的十字路口南侧，沿南北向于路中布置。车站为标准地下两层岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站外包总长210.5m；标准段外包尺寸为210.5m（长）×18.5m（宽）×13.06m（高）。南稍门车站主体设置于路口南侧，车站共设置4个人行通道和4个出入口，在站厅南端主要管理用房一侧设置一个疏散通道，车站两端设置两组风道及风亭。车站主体结构于2007年11月1日开工，2008年9月28日封顶。附属结构于2009年5月31日完成施工。 2、黄土地区特殊地质分析 2.1区域地质概况

西安市位于渭河断陷盆地中段南部，西安凹陷的东南隅。西安凹陷是渭河断陷盆地中的沉积中心之一，周边为四条深大断裂带所切围，其东边界为长安-临潼断裂，西为哑柏断裂，南为秦岭山前断裂，北为渭河断裂，凹陷内新生代地层厚逾7000m，其中第四系地层厚达500～1000m。区内构造形迹主要表现为隐伏断裂构造，按其走向可分别为EW向、NE向和NW向三组。

南稍门车站场地位于黄土梁洼区，地表分布有厚薄不等的全新统人工填土（Q4ml）；其下为上更新统风积（Q3eol）新黄土及残积（Q31el）古土壤，下部为中更新统风积（Q2eol）老黄土、冲积（Q2al）粉质黏土、中砂等地层。 2.2不良地质现象 2.2.1湿陷性黄土

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湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形。 2.2.2饱和软黄土

饱和软黄土具有软土的特征，工程地质问题表现在强度低，压缩性高。在车站深基坑边坡工程中，饱和软黄土坡壁自稳性较差，易发生坡壁失稳事故，且由于工程降水，会对其邻近建筑物造成附加的不均匀沉降；当附属设施基础以其为持力层或下卧层时，可能承载力不足或变形过大从而影响建筑物的正常使用或危害建筑物的整体安全；顶部的饱和软黄土，其洞顶不易形成自稳的拱形结构，易发生洞顶失稳；底板下的饱和软黄土地基尚存在受扰动后承载力不足的问题。本车站地层在地下水位附近均埋藏有饱和软黄土层，其厚度一般在2～4m之间。 2.3水文地质

本车站场地范围内及其附近未见地表水。本车站场地地貌单元为黄土梁洼的洼地，地下水位埋深介于4.50～5.30m，地下水位高程为400.74～401.52m，地下水位年变化幅度为1.50～2.00m左右。地下水补给主要有区外径流补给、大气降水及水管渗漏等。其流向与地形总体坡度一致，主要流向北东。潜水排泄方式为径流排泄、人工开采、潜水越流排泄及蒸发消耗等。 3、深基坑开挖支护设计

车站基坑围护结构采用钻孔灌注桩+旋喷桩止水帷幕+内支撑方案。车站主体围护结构为Ф1000@1300钻孔灌注桩，围护桩嵌固深度为7m；采用Ф600mm旋喷桩止水帷幕止水，内支撑采用Ф600的钢管支撑，竖向设三道支撑。第一道支撑正常段支撑水平间距平均为8米，加宽段支撑水平间距平均为7米，第二、三道支撑正常段水平间距平均为4.0米，加宽支撑水平间距平均为3.5米；第一道支撑采用φ600，t=12mm厚钢管内支撑。第二、三道撑采用φ600，t=14mm厚钢管内支撑。钢管支撑设活动端头，以施加预压力，预加压力不大于设计支撑轴力的40%～60%。腰梁采用2道I45C工字钢加缀板焊接而成。

基坑开挖深度约16m，采用分层对称开挖，随挖随撑，架设钢支撑后及时施加预加压力。基坑开挖到基底后开始施做车站主体结构。 4、深基坑开挖施工情况

基坑开挖前先进行降水施工，车站基坑采用基坑内降水，在保证地下水位降到基坑底标高以下1m后进行基坑开挖施工。 4.1基坑降水施工

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工程施工前，在省文化中心进行了群井降水试验，试验中，降水深度26m，在试验基坑周围布置降水井6口，井深均为40m，降水井与基坑中心点距离在2.82～3.67m之间。降水井过滤器长度与钻孔揭露含水层厚度一致，井底1m作为沉淀管。抽水水泵安置深度为32～33m。其试验结论如下：

抽水S-t曲线：从各层抽水实验的降深s与时间t的关系曲线可以看出：各层抽水试验的降深s在抽水开始的30分钟内下降较快，随抽水时间增长降深幅度变小。

基坑开挖时，基坑涌水形成无压流动，假设其供给方向和排泄方向影响半径相同、水头相同。根据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》的规定，车站基坑计算公式采用条形基坑出水量计算公式： Q= =293.9m

经计算Q=4681.5（m3/d） 计划采用降水井结构为：

井深40m，口径750mm，初步考虑降水井14口。其出水量为： q=

取经计算q=363.7（m3/d），则Q井=363.7×14=5091.3（m3/d）〉Q=4681.5（m3/d）。满足《建筑基坑支护技术规程》的要求。考虑到旋喷桩止水帷幕对降水的影响，在实际施工中降水井设为16口。降水施工采取抽水管井、引渗管井封闭降水。降水井为双排梅花形布置，排距为14.5m左右，同排相邻降水井间距为28m左右，降水井中心与围护桩间距为1.5m。 4.2基坑开挖施工

基坑降水15天后开始进行基坑开挖施工。基坑开挖由北向南进行开挖。车站开挖采用明挖法分层分段，中间拉槽进行开挖，分段长度为16.8m～27m，共分八段进行开挖；分层深度为：第一层开挖3m深，架设第一道钢支撑；第二层开挖5.5m，架设第二道钢支撑；第三层开挖6m，架设第三道钢支撑；第四层开挖3m深到基底设计标高，铺作垫层及地板。纵向分层进行放坡开挖，放坡坡度为1：1.5。中部拉槽：沿桩两侧各留3.0m宽平台，即可充分利用土体抗力保证围护结构的稳定，又可为钢支撑安装提供平台，同时可以确保在钢支撑施工时土方开挖正常进行，以加快施工进度。在进行下面一层土方开挖前再铲除预留平台部位的土方。中部拉槽开挖时，两侧进行放坡，放坡坡度为1：0.5。

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4.3钢支撑及钢围檩架设施工

车站主体结构沿基坑竖向设置3层支撑，在车站端头角部增设斜撑。钢管支撑分节制作，管节间采用法兰盘螺栓连接。钢管支撑端部（仅一端）设预加轴力装置。预加轴力第一道支撑100KN；第二道支撑650KN（加宽段700KN）；第三道支撑600KN。

钢围檩采用2根工45工字钢加缀板焊接而成。钢牛腿三角托架采用L80×8角钢加工焊接制作而成，钢围檩采取人工配合龙门吊进行安装，钢围檩施工长度根据基坑分段长度，并考虑分段内钢支撑的数量来确定。

钢支撑安装前根据有关计算，将标准管节先在地面进行预拼接并进行编号以免错用，明挖部分的支撑采用整体一次性吊装到位。钢支撑安装好后及时施加预应力，并做好基坑监测工作。

4.4施工期间监控量测及结果分析

为确保周边的地下管线和建构筑物的安全，施工时应严格控制地表沉降和支护结构的变形，加强监控量测工作，主要监测内容如下： 下转第127页