復(fù)雜環(huán)境條件下深基坑輔助施工技術(shù)

黃德華

(南昌軌道交通有限公司，南昌 330038)

0 引言

目前深基坑施工中普遍應(yīng)用“連續(xù)墻+內(nèi)支撐”或“樁+內(nèi)支撐”的基坑支護形式。隨著城市軌道的快速發(fā)展，基坑周邊環(huán)境越來越復(fù)雜，按照以往采用單一圍護結(jié)構(gòu)體系難以快速、安全施工深基坑并保證周邊環(huán)境安全。目前在有關(guān)基坑輔助施工技術(shù)的經(jīng)驗中:文獻［1］闡述了在周邊條件單一的情況下，在富水砂質(zhì)粉土地層基坑中采用“咬合樁+內(nèi)支撐”的形式成功施工基坑，詳細介紹了基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工技術(shù);文獻［2］主要從設(shè)計方面闡述了對外部環(huán)境條件較單一的深基坑所采用的圍護結(jié)構(gòu)形式，并成功施工深基坑;文獻［3］主要闡述的是復(fù)雜環(huán)境條件下深基坑的設(shè)計與施工方法，但僅從“注漿隔水帷幕+部分地段使用錨立樁”進行闡述，且基坑深度僅在10 m以內(nèi);文獻［4］主要闡述的是“連續(xù)墻+內(nèi)支撐”的方式對地鐵車站超深基坑進行圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計，雖然基坑深度達30 m，但周邊條件相對較好;文獻［5］主要闡述的是針對周邊條件較復(fù)雜的基坑采取分段進行圍護結(jié)構(gòu)施工，但基坑深度較淺(2～13 m)，且基坑邊上沒有河流穿越。上述文獻對基坑周邊有鐵路、基坑穿越河流、基坑穿越自來水廠等復(fù)雜環(huán)境條件下的基坑分段采用圍護結(jié)構(gòu)形式方面論述極少，本文通過對不同環(huán)境條件下采用不同圍護結(jié)構(gòu)輔助施工措施，從而成功、快速、安全完成了該基坑的施工。

1 工程概況

杭州市某基坑長85 m，寬 27.5 m，深 15.0 m，西側(cè)毗鄰滬杭鐵路，距鐵路最近僅7 m，中間橫穿貼砂河，東側(cè)位于杭州市重點保護單位清泰自來水廠內(nèi)，有1根φ500 mm高壓上水管斜跨基坑，端頭與自來水廠高壓配電室相距6 m，北側(cè)9 m與線路平行有2根φ900 mm球墨鑄鐵上水管，南側(cè)約30 m為清泰自來水廠泵房(平面布置圖見圖1)?；又苓叚h(huán)境復(fù)雜，尤其是貼砂河、清泰水廠高壓配電室，水廠內(nèi)的高壓上水管對基坑施工影響大。地層自上而下為:雜填土及素填土層、砂質(zhì)粉土層、砂質(zhì)粉土夾粉砂層(明挖暗埋隧道洞身主要的地層)、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、黏土層、粉質(zhì)黏土層和圓礫層。地下水為潛水，滲透系數(shù)約10－4cm/s。

圖1 基坑平面布置Fig.1 Plan layout of foundation pit

2 深基坑輔助施工技術(shù)

2.1 鐵路線路加固輔助施工技術(shù)

為確保基坑施工時滬杭鐵路的運行安全通暢，基坑施工前采用D24定型便梁加固鐵路軌道，便梁基礎(chǔ)為φ800 mm鋼筋混凝土樁。便梁支墩下的土體采用中空注漿鋼花錨桿壓漿。壓漿完畢后該管留在土體中形成樹根樁加強支墩基礎(chǔ)。鐵路道岔段分別采用拆移、拆運、釘閉等措施進行處理，對道岔處的電力、通信信號等設(shè)施進行改造，從而將隧道通過的鐵路道岔段變?yōu)槠胀ㄖ本€段。

2.2 基坑西端頭輔助施工技術(shù)

基坑西端頭采用φ1 000mm間距1 100mm鉆孔灌注樁［6－7］，樁長27m，灌注樁外設(shè) φ1200mm 間距1000 mm厚3 m的三重管高壓旋噴樁加固體［8］，加固深度為18 m(為確保高壓配電室的安全，基坑東端頭在咬合樁外也采用此法加固土體)。

鉆孔灌注樁采用全套管跟進，25t履帶吊機配合沖抓鉆機取土成孔、履帶吊機下放鋼筋籠和斗吊串筒法干孔灌注混凝土(孔內(nèi)有水時采用水下混凝土灌注方法)。

旋噴樁施工采用GD－2型地質(zhì)鉆機引孔，XP－300高噴臺車旋噴提升。噴射時，達到預(yù)定的噴射壓力及噴漿量后再逐漸提升旋噴管，以防扭斷旋噴管。為保證樁底端的質(zhì)量，噴嘴下沉到設(shè)計深度時，應(yīng)在原地旋轉(zhuǎn)10 s左右，待孔口冒漿正常后再旋鉆提升。旋噴時的技術(shù)參數(shù)根據(jù)不同的地層由試樁確定。采取這一加固措施后，鐵路軌道沉降控制在5 mm之內(nèi)。

2.3 過貼砂河段輔助施工技術(shù)

為確保貼砂河段基坑安全和施工順利，過河段采用導流管、圍堰、雙排灌注樁及旋噴樁等方式進行河水導流、基坑圍護和止水等。

導流管采用φ1 200 mm壁厚10 mm鋼管分節(jié)制作，管間用法蘭盤連接，導流管兩端設(shè)閘閥和格柵濾網(wǎng)。采用履帶吊機分節(jié)吊裝鋼管到位，并在現(xiàn)場將各節(jié)鋼管拼接成整體。導流管底部采用圖2所示支撐及保護，導流管安裝就位后加設(shè)鋼筋將圍護樁與導流管連接成整體。

圖2 導流管保護Fig.2 Protection of water guiding pipe

導流管通水后施工圍堰。在圍堰堰體位置打設(shè)雙排(排距4.4 m)7～8 m長的φ100 mm間距800 mm鋼管樁固定堰體。兩排鋼管樁間布設(shè)雙排φ48 mm間距750 mm土工布袋導向鋼管，外側(cè)導向鋼管與外側(cè)φ100 mm鋼管樁排間距1.5 m，內(nèi)側(cè)導向鋼管與內(nèi)側(cè)φ100mm鋼管樁排間距1.2m。鋼管樁打設(shè)完畢后，用防水卷材配合土工布袋在鋼管間充填粉砂做堰體至水面上1 m左右;土工布袋施作完畢后，抽干圍堰堰體內(nèi)的水并回填黏土;回填完畢后，堰體頂部用砂袋堆砌至原河岸高度;堰體施作完畢后，抽干圍堰內(nèi)河水并清淤后，在圍堰內(nèi)靠堰體位置分層夯填黏土，基坑南側(cè)寬10 m，北側(cè)寬8.5 m;最后在填土上一次性鋪設(shè)施工便道和導墻。

灌注樁采用雙排φ1 000 mm間距1 100 mm門架形式，樁長為1.8倍基坑深度，兩排樁之間用φ1000mm間距800mm高壓旋噴樁止水，樁底深入基坑底以下3m。

圍護樁樁頂設(shè)通長壓頂梁，過河段基坑兩側(cè)壓頂梁寬 3.2 m、高 0.5 m，其余段壓頂梁寬 1.2 m、高 0.5 m。過河段僅在壓頂梁位置設(shè)置一道現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐，支撐寬 1.2 m、高 0.5 m，支撐水平間距 12 m，每道支撐中間設(shè)豎向支撐立柱以防支撐撓度變形過大。采取這一措施后圍護結(jié)構(gòu)變形速率＜2 mm/d、收斂＜1 mm/d、水平位移＜20 mm，保證了河道上下游水的流動和水廠的水質(zhì)。

2.4 自來水廠內(nèi)基坑輔助施工技術(shù)

為確保水廠內(nèi)管線及高壓配電室的安全，自來水廠內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm間距800 mm鉆孔咬合樁［9］。采用上部2道鋼筋混凝土支撐及下部3道預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支撐方式。混凝土支撐水平間距12 m、豎向間距3.45m、寬1.2 m、高0.5 m。每道支撐中間設(shè)豎向支撐。錨索間距為1.6 m，排距為2.5 m，錨索分別由5根和3根7股d=15.24的預(yù)應(yīng)力鋼鉸線制作而成。

受高壓上水管的影響，圍護咬合樁無法閉合;因此，在此咬合樁位置采用φ1000mm間距800mm高壓旋噴樁內(nèi)插H型鋼的方式來閉合圍護結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，外側(cè)另加一排旋噴樁。旋噴樁沿基坑縱向與咬合樁搭接不小于1.5m。上水管采取如圖4所示懸吊法保護。

圖3 上水管處圍護結(jié)構(gòu)處理Fig.3 Treatment of cofferdam structure at the position of the water supply pipe

圖4 高壓上水管懸吊法保護Fig.4 Protection of high pressure water supply pipe by overhanging

用混凝土導墻確保咬合樁施工的精度。咬合樁施工順序如圖5所示。當遇到特殊原因只能從中間樁開始施工時，則該樁后施工一側(cè)必須設(shè)置砂樁，待后期施工此處時再二次成孔。

圖5 咬合樁施工順序Fig.5 Construction sequence of interlocking piles

為保證錨索成孔過程不塌孔，采用MK－5水平坑道鉆機套管跟進成孔，成孔深度比設(shè)計的錨索長度大1 m［10］。注漿采用BW－250型注漿泵，漿液采用水灰質(zhì)量比為0.45～0.5的早強普通硅酸鹽水泥漿。采用壓力及流量雙控制分2 次注漿，錨索按0.1Nt，0.25Nt，0.75Nt，1.0Nt分級加載張拉，每級持續(xù) 5 min，當張拉力至1.0Nt時，等候鎖定，鎖定荷載為0.7Nt(Nt取850 kN)。采取這一措施后，地表及建筑物沉降控制在15mm之內(nèi)。圍護結(jié)構(gòu)變形速率＜2mm/d、收斂＜1mm/d、水平位移＜20mm，確保了上水管與高壓配電室的安全。

3 結(jié)論與討論

通過對該段基坑采取各項輔助施工措施后，成功解決了在河道內(nèi)施工便道難的問題;成功控制了鐵路主干線地表沉降，使基坑圍護結(jié)構(gòu)變形在規(guī)范范圍內(nèi)，做到了基坑圍護結(jié)構(gòu)不滲漏水，河道的環(huán)保、水廠水源水質(zhì)得到保護;在護城河內(nèi)、粉砂地層、自來水廠高壓配電室旁、高壓上水管下成功施工深基坑，確保了水廠內(nèi)管線、高壓配電室的安全及施工工期，保證了滬杭鐵路及自來水廠的正常運行，達到杭州防汛指揮部要求貼砂河安全渡汛的目標。由此可以證明，分段采取相應(yīng)的圍護結(jié)構(gòu)支護形式的方案是可行的、安全的。

雖然分段采取相應(yīng)的圍護結(jié)構(gòu)支護形式的方案可行且安全，但在基坑支護形式多樣化的今天是否必須采取如此保守的措施還有待進一步研究。

［1］ 董天樂，朱亮來.富水砂質(zhì)粉土地層基坑圍護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2006，26(6):56 －58，61.(DONG Tianle，ZHU Lianglai.Construction technology for retaining structures of foundation pits in water-rich sandy silt ground［J］.Tunnel Construction，2006，26(6):56 －58，61.(in Chinese))

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