一种明挖隧道异型结构的基底加固体系的制作方法

本实用新型涉及隧道基底加固技术领域，特别地，涉及一种明挖隧道异型结构的基底加固体系。

背景技术：

随着城市地铁建设的快速发展，不可避免地会出现地铁正线区间与出入场线区间合建的情况，从而导致某一段线路出现出入场线结构底板与正线区间结构底板标高不在同一位置，由此形成了明挖隧道异型结构。明挖异型隧道结构受力复杂，受基底质量影响大，尤其是隧道左、右线结构与出、入线结构接合部位更易受基底不均匀沉降的影响，故需形成一种基底加固体系，有效保证基底加固刚度，严格控制基底不均匀沉降，避免基底不均匀沉降对上部异型结构诱发过大附加荷载，致使异型结构接合部位混凝土结构开裂、渗漏水，从而影响地铁正常使用与运营。

针对明挖隧道异型结构的基底，目前有两种加固体系，一种是基底开挖至岩层，然后进行基底全回填开挖原状土，由低向高、自下而上分层铺填，碾压密实，每层土的压实度大于或等于90％，方可进行下一层回填土铺填和碾压，从而得到基底回填密实层加固体系；另一种就是基底全回填混凝土，分层连续浇筑混凝土，直至基底回填标高达到出入场线结构底板标高，形成基底素混凝土加固体系。然而，这两种处理方法，均有一定的适用范围和不足，第一种基底加固体系适用于基底处理厚度不大，施工工期不紧，施工成本低，对基底处理要求不高的情况，不足之处就是施工周期较长，基底施工质量难以保证，而且理想条件下得到的基底刚度小，抵抗变形能力弱，易受地下水的影响，导致基底软化，强度降低，容易引发地基不均匀沉降；第二种加固体系适用于处理基底厚度不大，施工工期紧凑，主体结构对基底不均匀沉降反应敏感，要求基底加固体刚度大，抵抗变形能力强的情况，不足之处就是施工成本高，基底处理过于保守，经济性不高。因此，在基底处理厚度大、保证基底处理效果和经济性的情况下，这两种基底加固体系都稍显不足。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种明挖隧道异型结构的基底加固体系，在基底厚度大的情况下，既能满足上部异型结构对基底刚度的要求，又能降低施工成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种明挖隧道异型结构的基底加固体系，所述明挖隧道异型结构包括出入场线结构、位于所述出入场线结构左侧的隧道左线结构、以及位于所述出入场线结构右侧的隧道右线结构，出入场线结构底板高于隧道左线结构底板和隧道右线结构底板，所述基底加固体系设置在所述出入场线结构底板下方且于中风化岩层上，所述基底加固体系包括密实回填层、设置在所述密实回填层上用于直接承载所述出入场线结构底板的素混凝土层、设置在所述密实回填层和素混凝土层四个端角外侧的四根基础柱、横向连接在两根所述基础柱之间的基础横梁、以及纵向连接在两根所述基础柱之间的基础纵梁，所述基础柱、基础横梁以及基础纵梁共同围绕所述密实回填层四周形成水平方向的封闭结构，所述基础柱的上下两端分别固定在所述出入场线结构底板和中风化岩层中，且所述基础柱伸入所述出入场线结构底板和所述中风化岩层的长度均不小于25cm。

优选的，所述密实回填层由回填层土料分层铺摊和压实形成，所述密实回填层的压实度D≥93％。

优选的，所述回填层土料为均匀拌合有4～6wt％生石灰的基坑开挖原状土，所述回填层土料的干密度为1.63g/cm³～1.82g/cm³，含水率为9％～15％。

优选的，所述回填层土料分层铺摊厚度为200～400mm，回填层土料的土块粒径平均不大于50mm。

优选的，所述素混凝土层由混凝土分层连续浇筑振捣形成，素混凝土层分层浇筑厚度为400～600mm。

优选的，所述基础柱为包含有钢筋笼的钢筋混凝土结构，所述钢筋笼的主筋为HRB400 级钢筋，箍筋为HPB300级钢筋，且所述箍筋为双肢箍。

优选的，所述基础横梁和基础纵梁均为素混凝土结构梁。

优选的，所述素混凝土层、基础柱、基础横梁和基础纵梁的混凝土强度等级为C20～ C30。

优选的，所述密实回填层的厚度大于所述素混凝土层的厚度。

优选的，所述基础柱伸入所述出入场线结构底板和所述中风化岩层的长度均为 25～35cm。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型的明挖隧道异型结构的基底加固体系，采用密实回填层与素混凝土层相结合的基底加固体系，可以保证上部异型结构对基底刚度的要求，而且与全密实回填层基底加固体系相比，碾压回填土料厚度相对低，施工质量容易保证，基底加固体系刚度大，提高了基底加固的可靠性，与全素混凝土层基底加固体系相比，明显提高了基底加固的科学性与经济性。

(2)本实用新型的明挖隧道异型结构的基底加固体系，由基础柱、基础横梁与基础纵梁共同围绕密实回填层四周形成水平方向的封闭结构，一方面提高了基底加固体系的整体性，使基底受力更加均匀合理，减小了基底不均匀沉降；另一方面起到了限制密实回填层侧向变形，隐形地增大了密实回填层的竖向变形模量，进一步提高了基底加固体抵抗变形的能力。

(3)本实用新型的明挖隧道异型结构的基底加固体系，由素混凝土层、中风化岩层以及密实回填层水平方向四周的密封结构三者构成了密实回填层的防水屏障，减小密实回填层因受地下水影响导致基底软化的可能，提高了基底加固体系的可靠性与耐久性。

(4)本实用新型的明挖隧道异型结构的基底加固体系，由钢筋混凝土构成的基础柱，保证了部分主体结构自重及上覆土荷载的有效地传递给中风化岩石地基，减小了基底加固体系的受荷，从而使得基底变形和不均匀沉降减小，进一步保证了上部异型结构的安全。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的一种明挖隧道异型结构的基底加固体系的俯视结构示意图；

图2是本实用新型基底加固体系的M-M剖面结构示意图；

图3是本实用新型基底加固体系的N-N剖面结构示意图；

图4是本实用新型的基底加固体系与隧道配合状态的截面结构示意图；

其中，1、密实回填层，2、素混凝土层，3、基础柱，4、基础横梁，5、基础纵梁，6、中风化岩层，A、出入场线结构，A1、入段线结构，A2、出段线结构，B1、隧道左线结构， B2、隧道右线结构。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1至图3，本实用新型的一种明挖隧道异型结构的基底加固体系，其中明挖隧道异型结构包括出入场线结构A、位于出入场线结构左侧的隧道左线结构B1、以及位于出入场线结构右侧的隧道右线结构B2，出入场线结构底板高于隧道左线结构底板和隧道右线结构底板，基底加固体系设置在出入场线结构底板下方且于中风化岩层6上，该基底加固体系包括密实回填层1、设置在密实回填层上用于直接承载出入场线结构底板的素混凝土层2、设置在密实回填层1和素混凝土层2四个端角外侧的四根基础柱3、横向连接在两根基础柱之间的基础横梁4、以及纵向连接在两根基础柱之间的基础纵梁5，基础柱3、基础横梁4以及基础纵梁5共同围绕密实回填层1四周形成水平方向的封闭结构，基础柱的上下两端分别固定在出入场线结构底板和中风化岩层6中，且基础柱伸入出入场线结构底板和中风化岩层的长度均不小于25cm。优选的，出入场线结构A包括入段线结构A1和出段线结构A2，基础柱3的上下两端分别伸入入段线结构A1、出段线结构A2以及中风化岩层6的长度为25～35cm。

在一种具体的实施方式中，密实回填层1由回填层土料分层铺摊和压实形成，密实回填层1的压实度D≥93％。回填层土料为均匀拌合有4～6wt％生石灰的基坑开挖原状土，回填层土料的干密度为1.63g/cm³～1.82g/cm³，含水率为9％～15％。回填层土料分层铺摊厚度为200～400mm，回填层土料的土块粒径平均不大于50mm。

在一种具体的实施方式中，素混凝土层2由混凝土分层连续浇筑振捣形成，素混凝土层2分层浇筑厚度为400～600mm。

在一种具体的实施方式中，基础柱3为包含有钢筋笼的钢筋混凝土结构，钢筋笼的主筋为HRB400级钢筋，箍筋为HPB300级钢筋，且箍筋为双肢箍。

在一种具体的实施方式中，基础横梁4和基础纵梁5均为素混凝土结构梁。

在一种具体的实施方式中，素混凝土层2、基础柱3、基础横梁4和基础纵梁5的混凝土强度等级为C20～C30。

在一种具体的实施方式中，密实回填层1的厚度大于素混凝土层2的厚度。

本实用新型的明挖隧道异型结构的基底加固体系，可显著提高厚度较大基底的抵抗变形能力，有效降低基底不均匀沉降，减小上部异型结构附加内力，满足了明挖隧道异型结构对基底加固刚度的要求，同时施工成本低，效率高，提高了基底加固的科学性与经济性。

本实用新型的明挖隧道异型结构的基底加固体系的具体实施步骤如下：

步骤1：确定明挖隧道异型结构的基底加固体系施工参数；

①根据地层条件、基坑开挖工序、支护结构和主体结构情况，简化基坑开挖施工过程，建立二维有限差分FLAC基坑开挖数值模型，进行不同工况下数值模拟实验，得到在保证主体结构受力均匀合理的基底最小不均匀沉降的条件下密实回填层1的高度为1.8m，素混凝土层2的高度为1.5m；

②根据明挖隧道异型结构的基底处理要求及上覆土荷载大小，确定基础柱3的平面尺寸为1.5m×1.5m，高为3.3m；基础横梁4的平面尺寸为7m×1.5m，高为1.8m；基础纵梁5 的平面尺寸为22m×1.5m，高为1.8m；

③根据入段线结构A1和出段线结构A2的自重及上覆土荷载，进行基础柱3承载力计算，确定基础柱3的配筋为：主筋为HRB400，直径25mm，间距150mm，长为4800mm，两端弯钩呈90°，两端锚固长度均为500mm；箍筋为HPB300，直径为10mm，间距为 300mm，所有箍筋均为双肢箍；

④为保证基础柱3传递荷载的可靠性，确定基础柱3伸入入段线结构A1的底板、出段线结构A2的底板及中风化岩层6中的长度均为30cm；

⑤根据上部异形结构上覆土荷载，确定基础柱3、基础横梁4和基础纵梁5的混凝土强度等级为C20；

⑥根据现场基坑开挖原状土各项物理力学指标，确定密实回填层2的回填土料为均匀拌合有6％生石灰的基坑开挖原状土；

⑦根据基底加固体系刚度要求，确定压实度要求为压实度D≥93％；

步骤2：在由入段线结构A1、出段线结构A2、隧道左线结构B1和隧道右线结构B2 组成的四箱明挖异型结构中隧道左右线结构底板及其部分侧墙施作完毕后，开始进行出入场线结构基底土方开挖，直至开挖至中风化岩层6；

步骤3：抽取代表性回填土料做室内标准击实试验，确定最优含水率下的最大干密度为1.82g/cm³，并根据现场压实度要求D≥93％，确定施工中控制最小干密度为1.63g/cm³及相应的施工含水率控制区间为9％～15％。

步骤4：进行现场碾压实验，确定回填土料碾压施工压实参数即铺土分层厚度为 300mm、土块粒径平均不大于50mm、采用中型振动压路机进行压实和压实遍数为8遍；

步骤5：根据步骤2和步骤3确定的碾压施工参数和质量检查控制标准进行基底回填土碾压控制施工，只有当每层回填土料碾压要求合格后，方可进行下一层回填土料铺摊和压实施工，直至形成高为1.8m的密实回填层1；

步骤6：在密实回填层1上测量放出基础柱3、基础横梁4和基础纵梁5的位置，并用反铲挖土机向下开挖直至中风化岩层6，形成封闭沟槽；

步骤7：在封闭沟槽的4个端角外侧均下放配筋相同的钢筋笼，并同时进行混凝土模板施工，后继进行基础柱3、基础横梁4和基础纵梁5混凝土浇筑施工，做好混凝土浇筑、振捣、收面、覆盖养护工作，基础柱3、基础横梁4以及基础纵梁5共同围绕密实回填层 1的四周形成水平方向的封闭结构，该封闭结构与密实回填层1形成受力整体。

步骤8：因二次开挖扰动了密实回填层1，再次进行回填土料碾压施工，保证回填土料压实度符合要求，并且在混凝土强度达到设计强度的80％后进行素混凝土层2模板施工，而后在密实回填层1上部进行混凝土分层连续浇筑施工，分层浇筑厚度为500mm，在混凝土振捣密实、养护良好的条件下形成高为1.5m的素混凝土层2；

步骤9：待素混凝土层2的混凝土强度达到设计强度的80％后，标志着明挖隧道异型结构的基底加固体系的完整形成。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。