某軟土地區(qū)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工及管理

倪忠偉 沈蘭冠

1 工程概況

滬杭高鐵南站綜合樞紐地下室深基坑位于嘉興市南湖區(qū)余新鎮(zhèn)境內(nèi)。基坑南側(cè)靠近鐵路站房一側(cè)為車站進(jìn)站高架橋,橋梁的一側(cè)樁基礎(chǔ)位于高架橋內(nèi),該側(cè)因支護(hù)不當(dāng)出現(xiàn)較大位移或沉降,將嚴(yán)重影響站房及高架橋的安全。站房已先行施工過半,站房基底高于待開挖基坑底4 m。其余三面較為空曠。

地基主要為雜填土、粘土和淤泥質(zhì)土,雜填土組成復(fù)雜,粘土強(qiáng)度高、壓縮性較小,滲透性能好,淤泥質(zhì)土強(qiáng)度低,壓縮性高。

基坑開挖尺寸為320 m×146 m×8.3 m。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 基坑北側(cè)、東側(cè)和西側(cè)范圍

北東西三側(cè),均為空地,設(shè)計(jì)采用了放坡支護(hù)。施工速度快,造價(jià)低。北東二側(cè)基坑邊緣15 m外范圍內(nèi)為施工便道和施工單位的鋼筋加工、制作區(qū),因此對邊坡的整體穩(wěn)定性要求高,故在坡面上打設(shè)兩排三軸攪拌樁穩(wěn)定坡腳,同時(shí)在淤泥層較厚的范圍打設(shè)錨桿土釘。西側(cè)淤泥層埋設(shè)較深,上部粘土層較厚,坑底均位于粉質(zhì)粉土層上,力學(xué)性質(zhì)較好,但滲水系數(shù)大,故該坡面范圍內(nèi)不打設(shè)土釘,打設(shè)一排三軸攪拌樁止水,坑內(nèi)設(shè)自流井降水。

2.2 基坑南側(cè)

南側(cè)臨近站房和高架橋,離站房最近處3.4 m,同時(shí)一半的高架橋樁基位于坑內(nèi),沒有放坡空間,設(shè)計(jì)對可能采用的幾種支護(hù)形式從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行了分析。

大孔徑鉆孔灌注樁結(jié)合支撐方案。這種形式的支護(hù)在實(shí)際施工過程中應(yīng)用比較廣泛,但對該工程而言,由于支護(hù)體占地面積較大,且需要在圍護(hù)體與主體結(jié)構(gòu)之間留出一定的施工空間,圍護(hù)體將與高架橋基礎(chǔ)產(chǎn)生沖突,因而本工程的現(xiàn)場條件不允許采用這一方案。

地下連續(xù)墻結(jié)合支撐方案。本方案地下連續(xù)墻“二墻合一”,即地下連續(xù)墻基作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),同時(shí)也作為地下室的室外墻。采用這一圍護(hù)結(jié)構(gòu),使基坑面積最小,相應(yīng)的土方開挖量最小,同時(shí)采用地下連續(xù)墻作為止水帷幕,其止水效果也是比較理想的。

最為重要的是,采用這一圍護(hù)形式,較好地解決了地下室施工和站房、高架橋施工的相互沖突問題,由于本工程工期相當(dāng)緊張,站房、高架橋、地下室必須同時(shí)施工,加之施工單位不同,因此在同一范圍之內(nèi)施工面相互沖突的局面經(jīng)常發(fā)生,嚴(yán)重影響工程施工,采用地下連續(xù)墻方案,減少了放坡面積和開挖量,在有限的空間之內(nèi)盡可能地解決了施工沖突問題。

經(jīng)過設(shè)計(jì)單位對地下連續(xù)墻的整體穩(wěn)定性、墻底抗隆起、抗管涌、抗傾覆等驗(yàn)算,最終確定采用0.8 m厚,20 m深的地下連續(xù)墻作為基坑擋土結(jié)構(gòu)兼防滲帷幕,同時(shí)作為地下室的南側(cè)外墻。為有效控制基坑的變形,采用三軸攪拌樁對被動區(qū)土體進(jìn)行了加固,同時(shí)設(shè)計(jì)還采用了斜向鋼管支撐結(jié)構(gòu)確保安全。

2.3 基坑降水措施和監(jiān)測

為防止地面水進(jìn)入基坑,在基坑四周設(shè)置了地面排水溝,將地面水引入臨近下水道,同時(shí)局部采用了自流深井降水措施。自流井示意圖見圖1。

對邊坡穩(wěn)定進(jìn)行全過程監(jiān)測實(shí)行動態(tài)管理和信息化施工,及時(shí)獲取基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍土體的受力和變形情況,掌握基坑開挖對周圍環(huán)境的影響,以有效指導(dǎo)施工,及時(shí)調(diào)整施工措施,確保周圍道路、建筑物和在建工程的安全,特別是保證南側(cè)同時(shí)施工的高鐵站房和高架橋的安全。

3 基坑支護(hù)施工中出現(xiàn)的問題及對策

圍護(hù)樁在雜填土段成孔過程中,出水量大,地面嚴(yán)重下沉,在此期間,東側(cè)人行道最大累計(jì)監(jiān)測沉降量約為40 mm,大部分路段的路面錯(cuò)裂。究其原因主要是:西側(cè)雜填土最厚,且其成分主要由建筑及生活垃圾組成,挖孔樁一抽水,雜填土中的部分物質(zhì)在水力作用下被地下水帶走,導(dǎo)致部分孔樁出現(xiàn)流泥,流砂現(xiàn)象,這就造成本來就不密實(shí)的雜填土有足夠的下陷空間。針對該問題,在距基坑邊3 m以外補(bǔ)充設(shè)置一排口徑130 mm,水平間距3.0 m的回灌井,打設(shè)深度入淤泥層2.0 m處,常壓24 h回灌,經(jīng)過一周后的沉降觀測,該側(cè)路面回彈量超過5 mm,此后地面沉降變形趨于穩(wěn)定。

在基坑西側(cè),基坑開挖不到3 m深度時(shí),邊坡就出現(xiàn)了塌方現(xiàn)象,同時(shí)基坑底部管涌現(xiàn)象非常嚴(yán)重,一度導(dǎo)致開挖工作無法順利進(jìn)行。針對這一情況,施工單位采取了井點(diǎn)降水的措施,在西側(cè)邊坡范圍外開挖深井,采用抽水的方式進(jìn)行降水,經(jīng)過將近一個(gè)禮拜工作,降水措施取得了明顯成效,管涌現(xiàn)象基本消除,塌方得到遏制,開挖工作得以順利進(jìn)行。

土方開挖順序的確定。根據(jù)本基坑內(nèi)撐系統(tǒng)對稱受力的特點(diǎn),制定了基坑土方對稱開挖的方案。本基坑土方總共計(jì)約33萬m3,分9個(gè)區(qū)域,以對角線為對稱軸,同時(shí)對稱開挖兩個(gè)區(qū)域,分兩層開挖到底,這樣可避免因被動區(qū)不對稱卸荷而導(dǎo)致受力狀態(tài)改變的工況存在。分層開挖、錨固的邊坡及底板施工現(xiàn)場情況見圖2。

基坑周邊共設(shè)置12個(gè)水平位移監(jiān)測點(diǎn),32個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn),最大地面累計(jì)沉降102 mm,最大水平累計(jì)位移13 mm,最終趨于穩(wěn)定。因此本基坑支護(hù)最終取得成功。

4 結(jié)語

1)三面空曠地帶采用放坡開挖,臨近站房和高架橋的南側(cè)采用地下連續(xù)墻支撐方案,設(shè)計(jì)比較經(jīng)濟(jì)合理。

2)對施工中出現(xiàn)的流泥、流沙及管涌現(xiàn)象采取的井點(diǎn)降水措施合理。

3)邊坡穩(wěn)定進(jìn)行了監(jiān)測,做到了信息化施工。

[1]陳忠漢.深基坑工程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[2]JGJ 120-99,建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]聶 淼,鄭玉元.貴陽某深基坑土釘支護(hù)設(shè)計(jì)研究[J].山西建筑,2009,35(3):124-125.