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摘要：本文主要介绍青岛地铁火车北站站深大基坑在软弱富水地层中施工技术。对于在软弱富水地质条件下，如何采用合理的围护结构，支撑形式和土方开挖方式，在确保安全的前提下尽可能做到节约工期和投资成本，对类似工程的施工有所帮助。
关键词：软弱富水生活垃圾深宽基坑施工技术
1工程概况
青岛地铁一期工程青岛火车北站位于青岛市李沧区。火车北站站为地铁3号线、8号线及1号线的换乘站，3、8号线为东西向平行换乘的地下二层三柱四跨双岛四线同台换乘车站，车站规模479.75×41.3m。由于地铁3、8号线车站西段位于铁路青岛北客站下方，与国铁站房出站通道重合。重合段基坑长度320m，宽度44.5m，基坑深度18.65m（见图1）。
1.1工程地质
青岛地铁火车北站站属于海相沉积和李村河入海口交汇的滩涂地貌，濒临胶州湾东岸，地形平坦，地形平坦开阔，地面高程一般在2～4m之间。后经填海造地，地铁站址范围成为了多年垃圾填埋区。开挖深度范围内地层从上至下依次是：杂填土（建筑垃圾层）、杂填土（生活垃圾层）、淤泥质粉质黏土层、粉质黏土层、全风化泥质砂岩层、强风化泥质砂岩层和全风化流纹岩层。各土层主要物理力学参数见表1。
1.2水文地质
地下水主要为第四系孔隙潜水，含水层主要赋积于海相沉积之砂层中，含水量丰富，粘性土层中含一定量孔隙水；基岩风化带亦含较为丰富的基岩裂隙水。受大气降水及海水、河水补给，地下水位动态变化较大，一般水位埋深0.50-5.30m（高程4.66-1.00m）。受生活垃圾影响，区域地下水已成垃圾渗滤液，有害有毒成分溶解于水中并呈饱和状态。经水质分析，地下水对混凝土微～弱侵蚀，局部为中等侵蚀，对钢筋混凝土中的钢筋及钢结构具中等腐蚀～强侵蚀，化学成分为：
1.3设计概况
围护结构采用1200@1500钻孔灌注桩+桩后1000@750高压旋喷桩止水帷幕+ 600@1500桩间高压旋喷桩。
基坑内支撑系统采用混凝土与钢支撑体系，共采用五道支撑。其中第一道采用钢筋混凝土支撑，截面1000x800，钢筋混凝土支撑以间距≤8m布置；第二～第五道采用钢管支撑，钢管支撑水平间距约3～4m布置（见图2）。
2围护结构施工
2.1围护桩
根据钻孔提示地质情况，围护桩施工采用冲击钻和旋挖钻机两种成孔方式。由于桩所处的地质为建筑垃圾、生活垃圾、淤泥质粉质黏土层、粉质黏土层、强风化和全风化流纹岩。对于桩的施工来说，控制桩的扩孔就成为重点。由于生活垃圾中存在大量的塑料制品，根据冲击钻和旋挖钻机的特点，并且对实际两种钻机的数据统计，冲击钻的扩孔系数比旋挖钻机的小。而且对冲击钻反复两至三次回填重新成孔，扩孔系数更小，因此在施工过程中，在工期允许的情况下，大量采用冲击钻施工，对成本的控制和后期基坑开挖后对桩侵限的处理都有很好的效果。
2.2高压旋喷桩止水帷幕
由于基坑所处的地质比较特殊，为了保证止水效果，止水帷幕采用高压旋喷桩止水帷幕1000@750和围护桩间高压旋喷桩600@1500，桩长随地质不同为24m～18m，桩底进入全风化岩层。高压旋喷桩位置示意见图3。
结合工程地质与水文地质分析，为了保证高压旋喷桩止水效果，在施工前先进行试桩，经验收达到止水效果后，方可正式施工。施工时根据确定旋喷桩的各种参数组织。采用地质钻机引孔，浆液搅拌机制浆，高压旋喷机（三重管）注浆。钻进时按跳三钻一顺序施工。桩间600高压旋喷桩施工略滞后于1000高压旋喷桩进行。
3降水井施工
3.1降水井设计
基坑降水采用坑内降水，降水井在坑内布置：横断面方向布置2排，线路方向每隔15m布置一口（见图4），整个基坑布置40口井，直径为600mm，深度在基坑底以下3.0m。井管采用无砂砼井管，井管直径φ400mm、内径φ300mm，填料深度为从孔底填到地面以下1.0m，孔顶处1.0m深度用粘土封堵，井管口高出地面0.3m，并加井盖。井结构为：每口井上部为井壁管，下部为滤水管。
3.2降水井施工
⑴降水井施工流程：测放井位→埋设护口管→安装钻机→钻进成孔→清孔换浆→下井管→填滤料→井口封閉→洗井→安泵试抽→排水。
⑵在施工过程中，对每道工序严格把关。首先重视成井材料质量，砾石按规格筛选，对不符合要求的井管不予使用；井深、井径必须符合设计要求；防止施工时出现偏孔，井斜等事故；下管时要使井管安装垂直居中，井管采用拉板连接牢固，保证管周填砾厚度；洗井时要保证冲拉时间，要求出水清澈、透明。
⑶每天按时测量水位，观察井内水位动态，随时调整水泵出水量，使降水符合设计要求。
4基坑开挖
围护桩和高压旋喷桩施工完成后，进行冠梁和第一道钢筋混凝土支撑的施工，当支撑的强度到75%后，即可进行基坑土方的开挖，随开挖的深度架设钢支撑。
4.1土方开挖
基坑土方开挖与钢支撑架设是深基坑施工密不可分的两道关键工序，应严格按照“时空效应”规律尤其是本基坑软弱土层的流变特性，尽可能缩短基坑的无支撑暴露时间，有效地控制围护结构变形与坑外地面沉降。
基坑土方开挖基本原则是：土方开挖分段、分层、分块、对称、平衡、留土护壁，限时完成开挖与支撑；钢支撑架设时间、位置及预加应力的大小须严格满足设计工况的要求，做到及时架设，与开挖协调一致。针对钢支撑密集，机械开挖、翻运与提升作业受限制的问题，采取以下方案：
⑴土方开挖前30天进行井点降水，当基坑内水位低于基坑底面以下1m时，随即开始基坑开挖施工。土方开挖与主体结构交叉进行，对车站的工期、质量、安全等具有重大影响。
⑵对于基坑上部（第1、2层）土方，采用横向翻运开挖时，要最大限度的实现坑内无支撑干扰土方开挖。采用分层对称、由中心向两侧开挖土体、保留围护桩侧台阶土的方式，在钢支撑安装前，保证围护结构稳定的前提下，开挖出中央土方。两侧台阶土采用0.5m3的小型挖掘机分两层开挖到底，每层高度不超过2m，开挖后及时进行桩身侵限砼找平、桩间网喷支护及局部渗水处理和钢支撑架设。
⑶对于基坑中下部（第3、4、5层）土方，根据基坑周边环境，采用基坑纵向两侧拉槽平行运输+垂直提升两种出土方式相结合。在基坑顶两侧采用履带抓斗垂直提升，坑内一部分小型挖掘机翻土至履带抓斗工作范围，另一部分采用220挖掘机装，自卸汽车运输出碴。土方开挖步序剖面图见图5和基坑土方开挖与支撑架设见图6。
4.2钢支撑
4.2.1钢支撑设计
⑴钢支撑采用Φ609*16钢管支撑（壁厚t=16mm），由活络端、固定端、标准节组成。
⑵支撑总共设计6层，其中钢支撑5层，第二道与第三道钢支撑双层竖向并排。
4.2.2钢支撑安装与拆除
⑴设备配置：龙门吊与汽车吊相配合使用
⑵钢支撑安装
①场外组装：钢支撑在运送到场后，根据基坑开挖宽度尺寸和钢支撑长度进行选材配节。钢支撑场外组装成品数量要有积余，确保土方一旦开挖好就有成根钢支撑吊装。
②吊装顺序：先吊两边跨、后吊中跨。
③架设钢支撑工艺流程：土方开挖→定位→钢围囹安装（格构柱钢连系杆）→两侧边跨节段安装→中间节段安装→施加预应力→复加预应力。
④钢支撑的架设必须水平垂直，且防碰撞已安装好的支撑，下一层安装好后必须对已安装好的支撑进行复加预应力，保证基坑施工的安全。
⑶钢支撑拆除
底板混凝土达到设计强度70%后，方可拆除第四道支撑；中板混凝土达到设计强度的70%后可拆除第二道支撑；顶板混凝土达到设计强度的70%后可拆除第一道支撑，最后拆除第三道支撑。
5监控量测
5.1监控量测设计
监测控制网用于控制各种水平位移及垂直位移监测，主要用于围护墙顶的位移、基坑周边地表沉降、地下水位、围护墙体深层位移、拱顶沉降、相邻地下管线变形等方面的监测。为使测距、测角误差在横、纵坐标上均匀分布，网形为闭合导线网，控制点位设在稳定、安全、工程施工影响范围以外的地方，且远离道路、铁路、空压机房等地，控制点用钻机成孔，在孔洞内置入钢筋，灌注混凝土并振动密实，周围做保护井，上部加装钢制保护盖。各监测内容控制值见表3。
6结束语
在整个基坑施工的技术和工艺上有一定的创新性，在满足基坑安全的前提下，各种工艺和技术综合运用，工程质量和工期易于保证，且达到的效果较明显。深宽大的软弱富水地质下基坑的施工，基坑止水是重点，基坑支护与土方开挖是关键和难点，各工序的施工控制必须严格按制定的方案。尤其要控制好开挖的进度，必须要根据支撑架设的进度来安排土方开挖。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：软弱富水生活垃圾深宽基坑施工技术
1工程概况
青岛地铁一期工程青岛火车北站位于青岛市李沧区。火车北站站为地铁3号线、8号线及1号线的换乘站，3、8号线为东西向平行换乘的地下二层三柱四跨双岛四线同台换乘车站，车站规模479.75×41.3m。由于地铁3、8号线车站西段位于铁路青岛北客站下方，与国铁站房出站通道重合。重合段基坑长度320m，宽度44.5m，基坑深度18.65m（见图1）。
1.1工程地质
青岛地铁火车北站站属于海相沉积和李村河入海口交汇的滩涂地貌，濒临胶州湾东岸，地形平坦，地形平坦开阔，地面高程一般在2～4m之间。后经填海造地，地铁站址范围成为了多年垃圾填埋区。开挖深度范围内地层从上至下依次是：杂填土（建筑垃圾层）、杂填土（生活垃圾层）、淤泥质粉质黏土层、粉质黏土层、全风化泥质砂岩层、强风化泥质砂岩层和全风化流纹岩层。各土层主要物理力学参数见表1。
1.2水文地质
地下水主要为第四系孔隙潜水，含水层主要赋积于海相沉积之砂层中，含水量丰富，粘性土层中含一定量孔隙水；基岩风化带亦含较为丰富的基岩裂隙水。受大气降水及海水、河水补给，地下水位动态变化较大，一般水位埋深0.50-5.30m（高程4.66-1.00m）。受生活垃圾影响，区域地下水已成垃圾渗滤液，有害有毒成分溶解于水中并呈饱和状态。经水质分析，地下水对混凝土微～弱侵蚀，局部为中等侵蚀，对钢筋混凝土中的钢筋及钢结构具中等腐蚀～强侵蚀，化学成分为：
1.3设计概况
围护结构采用1200@1500钻孔灌注桩+桩后1000@750高压旋喷桩止水帷幕+ 600@1500桩间高压旋喷桩。
基坑内支撑系统采用混凝土与钢支撑体系，共采用五道支撑。其中第一道采用钢筋混凝土支撑，截面1000x800，钢筋混凝土支撑以间距≤8m布置；第二～第五道采用钢管支撑，钢管支撑水平间距约3～4m布置（见图2）。
2围护结构施工
2.1围护桩
根据钻孔提示地质情况，围护桩施工采用冲击钻和旋挖钻机两种成孔方式。由于桩所处的地质为建筑垃圾、生活垃圾、淤泥质粉质黏土层、粉质黏土层、强风化和全风化流纹岩。对于桩的施工来说，控制桩的扩孔就成为重点。由于生活垃圾中存在大量的塑料制品，根据冲击钻和旋挖钻机的特点，并且对实际两种钻机的数据统计，冲击钻的扩孔系数比旋挖钻机的小。而且对冲击钻反复两至三次回填重新成孔，扩孔系数更小，因此在施工过程中，在工期允许的情况下，大量采用冲击钻施工，对成本的控制和后期基坑开挖后对桩侵限的处理都有很好的效果。
2.2高压旋喷桩止水帷幕
由于基坑所处的地质比较特殊，为了保证止水效果，止水帷幕采用高压旋喷桩止水帷幕1000@750和围护桩间高压旋喷桩600@1500，桩长随地质不同为24m～18m，桩底进入全风化岩层。高压旋喷桩位置示意见图3。
结合工程地质与水文地质分析，为了保证高压旋喷桩止水效果，在施工前先进行试桩，经验收达到止水效果后，方可正式施工。施工时根据确定旋喷桩的各种参数组织。采用地质钻机引孔，浆液搅拌机制浆，高压旋喷机（三重管）注浆。钻进时按跳三钻一顺序施工。桩间600高压旋喷桩施工略滞后于1000高压旋喷桩进行。
3降水井施工
3.1降水井设计
基坑降水采用坑内降水，降水井在坑内布置：横断面方向布置2排，线路方向每隔15m布置一口（见图4），整个基坑布置40口井，直径为600mm，深度在基坑底以下3.0m。井管采用无砂砼井管，井管直径φ400mm、内径φ300mm，填料深度为从孔底填到地面以下1.0m，孔顶处1.0m深度用粘土封堵，井管口高出地面0.3m，并加井盖。井结构为：每口井上部为井壁管，下部为滤水管。
3.2降水井施工
⑴降水井施工流程：测放井位→埋设护口管→安装钻机→钻进成孔→清孔换浆→下井管→填滤料→井口封閉→洗井→安泵试抽→排水。
⑵在施工过程中，对每道工序严格把关。首先重视成井材料质量，砾石按规格筛选，对不符合要求的井管不予使用；井深、井径必须符合设计要求；防止施工时出现偏孔，井斜等事故；下管时要使井管安装垂直居中，井管采用拉板连接牢固，保证管周填砾厚度；洗井时要保证冲拉时间，要求出水清澈、透明。
⑶每天按时测量水位，观察井内水位动态，随时调整水泵出水量，使降水符合设计要求。
4基坑开挖
围护桩和高压旋喷桩施工完成后，进行冠梁和第一道钢筋混凝土支撑的施工，当支撑的强度到75%后，即可进行基坑土方的开挖，随开挖的深度架设钢支撑。
4.1土方开挖
基坑土方开挖与钢支撑架设是深基坑施工密不可分的两道关键工序，应严格按照“时空效应”规律尤其是本基坑软弱土层的流变特性，尽可能缩短基坑的无支撑暴露时间，有效地控制围护结构变形与坑外地面沉降。
基坑土方开挖基本原则是：土方开挖分段、分层、分块、对称、平衡、留土护壁，限时完成开挖与支撑；钢支撑架设时间、位置及预加应力的大小须严格满足设计工况的要求，做到及时架设，与开挖协调一致。针对钢支撑密集，机械开挖、翻运与提升作业受限制的问题，采取以下方案：
⑴土方开挖前30天进行井点降水，当基坑内水位低于基坑底面以下1m时，随即开始基坑开挖施工。土方开挖与主体结构交叉进行，对车站的工期、质量、安全等具有重大影响。
⑵对于基坑上部（第1、2层）土方，采用横向翻运开挖时，要最大限度的实现坑内无支撑干扰土方开挖。采用分层对称、由中心向两侧开挖土体、保留围护桩侧台阶土的方式，在钢支撑安装前，保证围护结构稳定的前提下，开挖出中央土方。两侧台阶土采用0.5m3的小型挖掘机分两层开挖到底，每层高度不超过2m，开挖后及时进行桩身侵限砼找平、桩间网喷支护及局部渗水处理和钢支撑架设。
⑶对于基坑中下部（第3、4、5层）土方，根据基坑周边环境，采用基坑纵向两侧拉槽平行运输+垂直提升两种出土方式相结合。在基坑顶两侧采用履带抓斗垂直提升，坑内一部分小型挖掘机翻土至履带抓斗工作范围，另一部分采用220挖掘机装，自卸汽车运输出碴。土方开挖步序剖面图见图5和基坑土方开挖与支撑架设见图6。
4.2钢支撑
4.2.1钢支撑设计
⑴钢支撑采用Φ609*16钢管支撑（壁厚t=16mm），由活络端、固定端、标准节组成。
⑵支撑总共设计6层，其中钢支撑5层，第二道与第三道钢支撑双层竖向并排。
4.2.2钢支撑安装与拆除
⑴设备配置：龙门吊与汽车吊相配合使用
⑵钢支撑安装
①场外组装：钢支撑在运送到场后，根据基坑开挖宽度尺寸和钢支撑长度进行选材配节。钢支撑场外组装成品数量要有积余，确保土方一旦开挖好就有成根钢支撑吊装。
②吊装顺序：先吊两边跨、后吊中跨。
③架设钢支撑工艺流程：土方开挖→定位→钢围囹安装（格构柱钢连系杆）→两侧边跨节段安装→中间节段安装→施加预应力→复加预应力。
④钢支撑的架设必须水平垂直，且防碰撞已安装好的支撑，下一层安装好后必须对已安装好的支撑进行复加预应力，保证基坑施工的安全。
⑶钢支撑拆除
底板混凝土达到设计强度70%后，方可拆除第四道支撑；中板混凝土达到设计强度的70%后可拆除第二道支撑；顶板混凝土达到设计强度的70%后可拆除第一道支撑，最后拆除第三道支撑。
5监控量测
5.1监控量测设计
监测控制网用于控制各种水平位移及垂直位移监测，主要用于围护墙顶的位移、基坑周边地表沉降、地下水位、围护墙体深层位移、拱顶沉降、相邻地下管线变形等方面的监测。为使测距、测角误差在横、纵坐标上均匀分布，网形为闭合导线网，控制点位设在稳定、安全、工程施工影响范围以外的地方，且远离道路、铁路、空压机房等地，控制点用钻机成孔，在孔洞内置入钢筋，灌注混凝土并振动密实，周围做保护井，上部加装钢制保护盖。各监测内容控制值见表3。
6结束语
在整个基坑施工的技术和工艺上有一定的创新性，在满足基坑安全的前提下，各种工艺和技术综合运用，工程质量和工期易于保证，且达到的效果较明显。深宽大的软弱富水地质下基坑的施工，基坑止水是重点，基坑支护与土方开挖是关键和难点，各工序的施工控制必须严格按制定的方案。尤其要控制好开挖的进度，必须要根据支撑架设的进度来安排土方开挖。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。