某火车站站前广场综合改造工程位于合肥市繁华地段 (见图1) 。项目场地北侧为正在使用的国铁站房, 周边大部分为商业开发用地。南侧紧邻东西方向的市政道路1, 市政道路2作为城市主干道与市政道路1垂直相交, 在场地南侧正中位置形成丁字路口。市政道路1方向规划地铁3号线, 市政道路2方向在建地铁1号线。场地南侧地下建设1, 3号线地铁换乘站, 如图2所示。

本项目呈长方形, 长300m, 宽150m。项目功能为满足火车站以及地块交通需求的公交站场、满足出租车落客上客的交通空间、社会车的停车场、人行广场。拟建项目为全地下结构, 共2层, 局部为地下1层, 采用钢筋混凝土框架结构, 中间不设置变形缝。主要轴网尺寸为8.4m×8.4m。西段单层换乘大厅为增加结构净高采用预应力无梁楼板体系, 主体结构基础埋深最浅处9.0m, 最深处14.0m, 地下室顶板以上覆土深度0.6~2.0m。

本工程场地从上至下依次为: (1) 杂填土层厚0.80~6.10m, 属于欠固结高压缩性土。 (2) 粉质黏土层厚0.50~3.70m, 属于中等偏高压缩性土。 (3) 黏土层厚0.70~5.20m, 属于中等压缩性土。 (4) 黏土层厚15.90~27.60m, 属于中等压缩性土, 本项目地下室底板位于 (4) 层持力层上。 (5) 粉质黏土层厚0.80~9.90m, 此层土属于中等压缩性土。地质参数如表1所示。

拟建场地地下水类型主要可分为2层。

1) 第1层为 (1) 杂填土中的上层滞水及 (2) 层粉质黏土中的少量孔隙水;水量与地势高低及填土厚度有较大关系, 主要由大气降水、地表水渗入补给, 受大气降水、季节、气候以及地形的影响较大, 无稳定地下水位且分布不连续; (3) 层黏土、 (4) 层黏土属相对隔水层。

2) 第2层为 (6) 层粉细砂中的孔隙水及 (7) 层强风化泥质粉砂岩中的裂隙水, 为弱承压水, 主要由地下径流补给, 距基础底板约30m。

在本项目施工期间, 为保证火车站正常运营, 将枢纽项目分两期施工, 待1期结构封顶恢复路面后施工2期, 实施交通导改满足运营要求。

本项目基坑工程安全等级为一级^[1], 环境保护等级为二级。地面最大沉降量≤0.3%H (H为基坑深度) , 最大水平位移≤0.4%H^[2]。考虑到土质膨胀力^[3]对基坑已开挖面遇降水应力增加的影响, 预拉轴力不宜太大, 约控制在设计轴力标准值的70%。本项目基坑面积大、周边环境复杂, 将整个基坑分A~F 6个典型剖面分别介绍 (见图3) 。

该区域基坑深度14m, 周边距离商场15m, 该商场基础埋深约4.5m, 采用独立基础+防水板形式。根据此特点分别进行了斜撑与扩大头锚杆方案对比, 剖面如图4, 5所示。

锚索长度14m, 锚索端部3m范围内采用直径800mm扩大头处理。扩大头锚杆极限抗拔承载力^[4]经计算为658k N>162k N (锚索轴力) 。锚固体直径150mm, 锚固段长度7m, 支锚刚度为7.9MN/m。内支撑采用4-L160×16格构柱, 长度为20m, 支锚刚度为206MN/m。两种围护方案对比如表2所示。

方案1优点:更有利于控制基坑变形、钢支撑可回收利用。缺点:施工步序相对复杂, 土方开挖作业面较小、需施工桩及承台时间较长, 与主体结构穿插较多。方案2优点:施工简单、工艺成熟, 有利于土方开挖、工期较短, 同时有利于主体结构施工。缺点:锚索长度受周围环境影响, 扩大头锚索工艺要求较高。结合当地工艺特点及周边环境, 最后采用斜撑方案。

主要施工步序: (1) 平整场地, 施工钻孔灌注桩桩。 (2) 开挖至第1道斜撑底面, 施工斜撑前暂留土方;整体施工冠梁、腰梁及第1道斜支撑, 植筋与已有围护桩连接, 支撑达到设计强度后, 进行第2步开挖。 (3) 开挖基坑至第1道锚索设计中心位置下0.5m, 施工第1道锚索。 (4) 开挖至第2道斜撑底面, 施工斜撑前暂留土方, 整体施工腰梁及第2道斜支撑、立柱, 植筋与已有围护桩连接, 支撑达到设计强度后, 进行下一步开挖。 (5) 开挖基坑至第2道锚索设计中心位置下0.5m, 施工第2道锚索。 (6) 开挖基坑至坑底, 快速浇注垫层, 铺设防水层, 施工结构底板及外墙。 (7) 待结构外墙达到设计强度后, 拆除第2道斜支撑。 (8) 主体结构施工到地下2层顶及地下2层外墙强度满足要求后, 回填至第1道锚索标高处后拆除第1道斜撑及立柱。

其他区的围护结构形式为: (1) B区基坑深14m, 采用800@1 000围护桩+2道混凝土支撑, 紧贴地铁车站, 变形等级控制较高, 围护桩与地铁共用; (2) C区基坑深9m, 采用800@1 500围护桩+2道锚索形式, 深度较大; (3) D区基坑深9m, 采用800@1 000围护桩+1道混凝土支撑, 离周边建筑物近, 工期紧, 因此仅设置1道混凝土支撑, 为确保基坑安全此区域单独设计了1道临时钢支撑应急预案, 根据桩实测变形确定是否采用; (4) E区基坑深9m, 采用800@1 000双排围护桩+1道混凝土支撑, 为基坑大阳角; (5) F区基坑深14m, 采用800@1 300围护桩+4道锚索形式。

本项目2016年底已交付使用, 施工期间基坑发现侧壁局部渗水。地勘对地下水表述分2层, 分别为杂填土中的上层止水及距离基础底约18m的裂隙水, 对此无需设置止水帷幕。但项目距离国铁站房近, 为确保该项目安全万无一失, 补充设置止水帷幕, 下面对比两种止水帷幕方案。

旋喷桩采用二重管工艺, 无侧限抗压强度0.8~1.2MPa, 渗透系数1.0×10^-8m/s。高压旋喷深度应嵌入第三黏土并>0.5m。对已开挖部分建议采用低压双排旋喷桩止水帷幕, 并留有一定的安全距离;未开挖部分采用单排高压旋喷桩止水帷幕。

本项目水泥-水玻璃双液浆拟采用的配方为:水泥采用42·5级普通硅酸盐水泥, 水泥浆水灰比0.6~0.7, 水玻璃采用浓度为25~35°Be'的中性水玻璃, 模数以2.8~3.5为宜, 水泥浆与水玻璃的体积比为1∶0.5~1∶1, 初凝时间控制在15~30s。两种方案对比如表3所示。

结合当地工艺特点最后采用高压旋喷桩止水帷幕方案。

1期部分区域开挖深度已>5m, 且已施工1道锚索, 如何在这种情况下施工止水帷幕将成为难点。为保证止水帷幕的质量又避免施工止水帷幕时临空面出现侧壁跑浆, 选择场地内区域做试验确定止水帷幕参数, 如图6所示, 试桩结果如表4所示。

试验要求低压旋喷桩注浆水灰比为1∶0.7, 施工单位应根据现场情况进行调整;要求阶歇式注浆, 单桩注浆量达到3.0m³时需要间隔30min。注浆采用双重管施工工艺, 旋转速度暂定为5~8r/min, 具体转速根据现场情况进行调整。单分钟注浆量≥60L, 提升速度7~10cm/min。

结合上述试验结果, 建议设计如下: (1) 基坑开挖部分采用双排直径为550mm旋喷桩, 注浆压力上部3m范围为1MPa, 3m以下为15MPa。 (2) 基坑未开挖部分采用单排直径650mm旋喷桩, 注浆压力上部3m范围为15MPa, 3m以下为20MPa。 (3) 低压旋喷桩施工前必须引孔。施工前确认锚索位置, 旋喷桩钻头不得与已经施工完成的锚索冲突。

1) 沉降量最大值为-26.58mm, 小于控制值42mm, 在正常范围内。

2) F区桩体ZQT-06点最终变形43.38mm, 小于控制值50 mm, 在正常范围内。A区桩体ZQT-02点最终变形26.76mm, C区桩体ZQT-015点最终变形35mm, D区桩体ZQT-015点最终变形22.5mm, E区桩体ZQT-015点最终变形32mm, 均小于控制值36mm, 在正常范围内。

3) 在整个站前广场基坑施工过程中, 火车站站房内所有建筑物倾斜监测点变化速率最终变化量最大值为-0.019‰, 均未超过预警值 (±2‰) , 整个基坑施工过程中火车站站房安全稳定。

4) 基坑立柱竖向位移监测点的最终变化量最大值为+7.41mm, 小于控制值35 mm, 在正常范围内。

1) 本项目基坑存在深度深、平面尺寸大、周边环境复杂等特点, 在满足安全的前提下采用了桩+锚索为主的多种支护形式, 取得了较好的经济效益。

2) 对比桩+斜撑及桩+锚索扩大头两种支护形式, 桩+锚索相对施工进度快且造价底, 而桩+斜撑能更好控制桩体变形、地面沉降。

3) 基坑周边若存在污水、给水管线则可能出现漏水的可能, 此部分滞水存在补给, 不宜被地勘发现等特点可能会导致基坑侧壁渗水情况。