基坑邊坡裝配式復(fù)合防護(hù)面層施工技術(shù)

李東原

(中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450052)

0 引 言

隨著我國(guó)城市化率的提高和城鎮(zhèn)人口的增加，地下鐵路成了大城市發(fā)展的必然結(jié)果。地鐵作為大運(yùn)輸量公共交通工具的代表，對(duì)緩解交通壓力具有極其重要的作用。地鐵的建設(shè)少不了基坑工程，其支護(hù)體系的設(shè)計(jì)與施工成了各施工單位考慮的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

本文結(jié)合鄭州市南四環(huán)至鄭州南站城郊鐵路二期車(chē)站主體結(jié)構(gòu)邊坡防護(hù)工程，介紹了工程中深基坑開(kāi)挖放坡防護(hù)設(shè)計(jì)施工的一些要點(diǎn)。

1 工程概況

鄭州市南四環(huán)至鄭州南站城郊鐵路二期工程,鄭州南站及城郊鐵路二期市政配套工程含2座地下車(chē)站交叉換乘(分別為鄭州南站13號(hào)線、鄭州南站9號(hào)線)，項(xiàng)目位于新鄭國(guó)際機(jī)場(chǎng)東南方向約6 km，距鄭州市區(qū)約40 km，處于鄭州航空港經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)中部核心地帶，車(chē)站為地下車(chē)站。

原地面以下10 m范圍內(nèi)屬于1∶1放坡開(kāi)挖，地質(zhì)情況分布為：①1粉土填土層、④1粉質(zhì)粉土加黏質(zhì)粉土、④6粉質(zhì)黏土、④2粉砂。10 m以下至基坑底部為圍護(hù)樁防護(hù)垂直開(kāi)挖。本次放坡支護(hù)范圍為原地面以下10 m范圍內(nèi)的放坡開(kāi)挖面，見(jiàn)圖1。防護(hù)周長(zhǎng)約為2 500 m，面積共計(jì)36 000 m2。

鄭州地鐵南站建設(shè)工程在項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施過(guò)程中，遇到了很多難題。特別是在深基坑開(kāi)挖放坡防護(hù)施工。本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑開(kāi)挖深度、跨度均較大。為了保證施工安全，在建設(shè)地鐵放坡開(kāi)挖基坑過(guò)程中，需要對(duì)邊坡實(shí)施臨時(shí)防護(hù)，以保證邊坡的穩(wěn)定，原設(shè)計(jì)采用掛網(wǎng)噴射混凝土加土釘?shù)姆绞綄?duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)邊坡防護(hù)工程量大，工期緊，從經(jīng)濟(jì)角度上考慮，一方面需要的噴射混凝土材料與鋼筋網(wǎng)片較多，另一方面，傳統(tǒng)的噴錨面層后期無(wú)法回收利用，后期會(huì)產(chǎn)生大量的建筑廢料，不利于環(huán)境保護(hù)，不符合節(jié)能減排綠色施工原則。從工期角度考慮，噴錨工藝流程煩瑣，面層施工完畢后無(wú)法直接承載，需要養(yǎng)護(hù)周期，影響后續(xù)施工。針對(duì)傳統(tǒng)的掛網(wǎng)噴射混凝土土釘墻施工工藝受到工期、環(huán)保、造價(jià)等多重因素的影響下不能滿(mǎn)足工程需要的問(wèn)題，通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍、工程文獻(xiàn)，與設(shè)計(jì)單位溝通，希望尋找能夠既能滿(mǎn)足邊坡防護(hù)受力要求又可以縮短工期降低成本的邊坡防護(hù)方法。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

2.1 工程特點(diǎn)

支護(hù)施工工程的工期緊，如果使用傳統(tǒng)的噴射混凝土土釘墻支護(hù)將很難滿(mǎn)足工程預(yù)期要求。由于工程基坑支護(hù)采用的為上部10 m放坡開(kāi)挖，基坑下部采用鉆孔圍護(hù)樁垂直開(kāi)挖，挖方高度達(dá)到10 m，土質(zhì)普遍為粉質(zhì)黏土及粉砂土地層，故需要提升邊坡支護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)。工程為臨時(shí)邊坡，地鐵車(chē)站施工完成后將對(duì)基坑進(jìn)行回填。高鐵南站配套地鐵市政工程屬于省級(jí)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，需要在施工過(guò)程中綜合技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等因素慎重考慮設(shè)計(jì)方案。

2.2 方案選取

目前土質(zhì)邊坡傳統(tǒng)的防護(hù)方式有：掛網(wǎng)噴射混凝土加土釘墻防護(hù)、素混凝土網(wǎng)格加植草防護(hù)、砌石防護(hù)、植物防護(hù)等。經(jīng)查驗(yàn)分析：當(dāng)前從各地使用的效果來(lái)看，素混凝土網(wǎng)格加植草防護(hù)并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果，在草還未長(zhǎng)成前，路段邊坡的素混凝土網(wǎng)格就已多處滑移破壞，修補(bǔ)工作困難，既影響了工程質(zhì)量，又造成了許多材料浪費(fèi)。漿砌片石防護(hù)需要大量石材，造價(jià)較高，屬永久性邊坡防護(hù)，無(wú)法重復(fù)利用，本工程后續(xù)車(chē)站施工完成后需回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，故不適用。植物防護(hù)需要大量時(shí)間等待生長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足工期要求，不適合本工程。通過(guò)對(duì)面層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，建立施工新工藝，不僅滿(mǎn)足邊坡防護(hù)承載力，而且滿(mǎn)足縮短工期降低成本的要求。

基坑邊坡裝配式復(fù)合防護(hù)面層施工技術(shù)的基本原理是預(yù)先在邊坡土體中鉆孔，插入土釘注漿加固土體，隨后采用可回收的輕質(zhì)復(fù)合材料作護(hù)坡面層，如圖1所示,與土釘可靠連接，最終形成邊坡防護(hù)體系。根據(jù)可回收綠色邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)施工分析，研制的難點(diǎn)主要有4個(gè)：①護(hù)坡面層材料選用；②鋼管土釘?shù)闹谱髋c安裝；③鋼管土釘?shù)倪x用與注漿；④復(fù)合面層的鋪設(shè)技術(shù)。圍繞難點(diǎn)確定了研制框架，并通過(guò)方案比選確定最終方案，研制框架如圖2所示?？苫厥赵倮眠吰轮ёo(hù)主要由2大部分構(gòu)成，一是采用土釘注漿加固土體支護(hù)，二是可回收再利用裝配式面層鋪設(shè)。

圖1 基坑內(nèi)放坡和垂直開(kāi)挖關(guān)系圖(深色為復(fù)合防護(hù)面層)

圖2 研制框圖

3 施工工藝

3.1 土釘注漿加固土體支護(hù)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土釘鋼管套絲連接牢固，安裝后未發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)現(xiàn)象，焊接接頭質(zhì)量差，且存有安裝過(guò)程連接位置斷裂，因此選用方案1，即采用Q235鋼材壁厚不小于3 mm無(wú)縫鋼管，通過(guò)一端漏絲、一端封閉形成尖狀錨進(jìn)行連接，見(jiàn)表1。

表1 鋼管土釘安裝記錄表

且均使用9 m的土釘與黏土層使用1 m，粉砂層采用8 m、10 m土釘均能滿(mǎn)足抗拉拔承載力試驗(yàn)要求，考慮經(jīng)濟(jì)性原則，選用方案2即根據(jù)土層選用8 m、10 m/1 m土釘鋼管,見(jiàn)表2。土釘采用φ48 mm×3 mm的無(wú)縫鋼管，水平與豎直間距1.5 m。注漿采用水泥漿液，水灰比為0.5～1.0，漿體強(qiáng)度28 d不低于30 MPa，注漿壓力為0.6～1.0 MPa。

表2 土釘鋼管對(duì)比方案記錄表

3.2 復(fù)合面層的鋪設(shè)及搭接技術(shù)

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)土工格柵和復(fù)合土工格柵進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，收集并整理兩種材料參數(shù)性能，綜合安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮選取復(fù)合土工格柵作為可回收綠色邊坡面層的材質(zhì)。

目前符合面層的鋪設(shè)方式有2種：①?gòu)南峦箱佋O(shè)面層，土釘鋼管尾部與面層鋼絲繩網(wǎng)直接相連固定；②從上向下鋪設(shè)面層，土釘鋼管尾部與面層鋼絲繩網(wǎng)進(jìn)行相連后設(shè)置壓接鋼板套接固定。針對(duì)該問(wèn)題，咨詢(xún)相關(guān)技術(shù)專(zhuān)家及材料供應(yīng)廠家技術(shù)負(fù)責(zé)人。得出的建議是：從上向下鋪設(shè)面層，將面層挖孔放置于鋼管土釘外露端內(nèi)，在相鄰鋼管土釘外露端纏繞鋼絲繩網(wǎng)將它們連接成整體后，在每個(gè)鋼管土釘外露端套接一塊壓接鋼板并擰緊螺母進(jìn)行固定。復(fù)合面層的鋪設(shè)與搭接技術(shù)比選見(jiàn)表3。

表3 復(fù)合面層的鋪設(shè)及搭接技術(shù)對(duì)比方案記錄表

經(jīng)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)方案2更牢固，所以，復(fù)合面層的鋪設(shè)及搭接選擇從上向下鋪設(shè)面層，土釘鋼管尾部延伸出面層后設(shè)置壓接鋼板套接，并與面層鋼絲繩網(wǎng)進(jìn)行相連固定方式。

試驗(yàn)表明，可回收綠色邊坡面層選用的土工格柵布其抵抗內(nèi)側(cè)土壓力的效果優(yōu)于傳統(tǒng)掛網(wǎng)噴射混凝土土釘墻，承載力達(dá)到107 kN，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)計(jì)算的防護(hù)能力90 kN需求。土釘墻支護(hù)為原設(shè)計(jì)內(nèi)容，已通過(guò)驗(yàn)算，并對(duì)土釘?shù)目拱纬休d力做了試驗(yàn)，按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)中有關(guān)土釘驗(yàn)收試驗(yàn)的規(guī)定進(jìn)行，最大試驗(yàn)荷載為1.3N(N為土釘軸向抗拔承載力設(shè)計(jì)值)，試驗(yàn)時(shí)分級(jí)加載，觀測(cè)土釘位移。防護(hù)面層裝配率=預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量/構(gòu)件的總數(shù)量=1-(后澆筑混凝土面積/防護(hù)面層總面積)=81.94%。土釘抗拔承載力試驗(yàn)比選見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)錨桿設(shè)計(jì)與施工資料記錄表

土釘抗拔承載力試驗(yàn)結(jié)果表明：本次設(shè)計(jì)所檢測(cè)的3根土釘，當(dāng)加載至最大荷載(1.3倍設(shè)計(jì)值)時(shí)，土釘位移穩(wěn)定或收斂、坡墻穩(wěn)定，根據(jù)土釘試驗(yàn)結(jié)果，研制的設(shè)計(jì)土釘抗拔承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)全過(guò)程基坑變形監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析，基坑最大變形量符合《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50911-2013)及《鄭州南站車(chē)站主體工程施工監(jiān)測(cè)方案》內(nèi)的要求,表明復(fù)合面層自身結(jié)構(gòu)及面層性能穩(wěn)定可靠，面層與鋼管連接及整體結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足要求，性能可靠穩(wěn)定。坡面采用裝配式復(fù)合防護(hù)面層，是一種具有一定的抗拉、防曬功能的加筋輕質(zhì)高分子復(fù)合材料，邊坡支護(hù)方案示意圖如圖4所示。

圖3 邊坡支護(hù)方案示意圖

圖4 綠色裝配式防護(hù)面層

基坑開(kāi)挖及支護(hù)過(guò)程中根據(jù)土體變形的時(shí)空效應(yīng)和監(jiān)測(cè)信息，科學(xué)控制開(kāi)挖與支撐的間隔時(shí)間，基坑穩(wěn)定涉及到圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系、止水帷幕、降水等各方面，某一方面施工不到位，都有可能成為基坑失穩(wěn)隱患，控制基坑變形，確?；臃€(wěn)定及有效的控制水土流失和地表沉降是本工程成敗的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)邊坡臨時(shí)噴混凝土防護(hù)投入人力物力較多、環(huán)境污染較大的特點(diǎn)，提出了一種可回收型邊坡臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法，除防護(hù)效果與普通噴混凝土邊坡相同外，防護(hù)材料還可在工廠預(yù)制加工和現(xiàn)場(chǎng)組裝，回收可再利用且外形美觀、環(huán)保。研制的可回收型邊坡臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)邊坡噴混凝土防護(hù)工序多、工期長(zhǎng)的難題，提高施工速度和施工質(zhì)量，降低施工成本。