上海虹梅南路頂進(jìn)工作坑施工及監(jiān)測分析

李春平

（上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司，上海 200071）

1 工程概況

虹梅南路-金海路通道（越江段）下穿鐵路上糧七庫專用線工程位于上海市閔行區(qū)虹梅南路與上糧七庫專用線平交道口處，鐵路法線與通道中線交角約為10°。需要預(yù)制凈寬分別為9.25 m、9.75 m、13.55 m，凈高均為5.9 m，長度均為 28 m的三孔分離式框架箱涵，并將其頂入至鐵路下方。整個基坑長100 m，寬40 m，深10 m～11.5 m；基坑建筑面積4000 m2。

基坑中心與既有道路中心重合，工程區(qū)域內(nèi)有道路、鐵路、高校及居民樓等。基坑?xùn)|側(cè)，新建污水管距離基坑邊10.3 m、華東師范大學(xué)研究生公寓距離基坑邊19.89 m、紫晶南苑中2層樓房距離基坑邊19.71 m；基坑西側(cè)，乙烯管（直徑φ250 mm，壓力16 kg，埋深2.0 m，過鐵路段采用φ1200 mm鋼套管保護(hù)，其余區(qū)段采用蓋板涵保護(hù)）中心距離基坑為6.1 m，且基坑?xùn)|、西側(cè)8 m范圍排滿了臨時改遷的煤氣、自來水、電力、雨污水等地下管線。

場地地勢平坦，地面標(biāo)高在+5.0 m左右，年平均地下水位為地表下0.5～0.7 m。其土層物理力學(xué)性質(zhì)見表1所列。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)一覽表

該工程基坑施工有以下特點：軟土地基基坑土質(zhì)差；周邊管線復(fù)雜，特別是離基坑外僅6.1m的乙烯管；受分體箱體斷面尺寸及下穿鐵路頂進(jìn)工藝影響，施工期間支撐、格構(gòu)柱體系轉(zhuǎn)換多；近鐵路側(cè)邊坡支護(hù)難。

2 基坑支護(hù)方案

根據(jù)基坑深度和周邊環(huán)境條件，該基坑安全等級和環(huán)境保護(hù)等級均為一級，要求地面沉降量不大于0.1%H，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移警戒值不大于0.18%H(H為基坑深度)。兼顧圍護(hù)體的變形控制要求和鐵路邊的安全特殊性，該基坑采用鉆孔樁圍護(hù)，水泥攪拌樁作止水帷幕，坑內(nèi)設(shè)上下兩道水平支撐（不含封底）。

2.1 鉆孔圍護(hù)樁

為保證施工期間周邊管線和鐵路安全，基坑西側(cè)及東側(cè)的頂進(jìn)段采用φ1500 mm，L=27 m鉆孔樁圍護(hù)和φ700 mm雙頭水泥攪拌樁止水（鐵路安全保護(hù)區(qū)范圍采用φ600 mm高壓旋噴樁止水）。其余位置采用φ1200 mm，L=27 m鉆孔樁圍護(hù)和φ700 mm雙頭水泥攪拌樁止水。圍護(hù)樁布置和地基加固見圖1所示。該工程基坑開挖部分為圖中右側(cè)梯形部分。

圖1 基坑圍護(hù)和地基加固圖

2.2 地基加固

頂進(jìn)工作坑底采用5 m長雙頭φ700 mm水泥攪拌樁裙邊加格構(gòu)式加固。受鐵路限制區(qū)域（長度約30 m）基底采用φ600 mm高壓旋噴樁加固，樁長13 m。

2.3 支撐系統(tǒng)（見圖2～圖4）

基坑深度方向設(shè)置兩道支撐，第一道為鋼筋混凝土支撐（截面為80 cm×100 cm），第二道為φ609鋼管支撐（壁厚16 mm）。兩道支撐中心間距為6 m，基坑封底厚100 cm，封底混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后拆除第二道支撐。

圖2 第一道支撐平面布置圖

圖3 第二道支撐平面布置圖

圖4 標(biāo)準(zhǔn)斷面支撐布置圖

2.4 線路邊坡

該基坑作為頂進(jìn)段框架的預(yù)制、頂進(jìn)工作坑，靠鐵路側(cè)采用1:2.5二級放坡防護(hù)，中間設(shè)置2m寬平臺，并分段設(shè)置1.8m寬的φ600高壓旋噴樁防護(hù)，坡面采用φ600高壓旋噴樁及φ700雙頭攪拌樁格構(gòu)式加固，鐵路邊坡臨空處采用φ1000 mm的鉆孔灌注樁防護(hù)。邊坡加固平面見圖2和圖3所示。

3 施工中的關(guān)鍵問題

（1）優(yōu)化設(shè)計方案，合理降低兩道水平支撐的標(biāo)高。

（2）基底采用攪拌樁進(jìn)行裙邊加固，嚴(yán)格控制裙邊加固的施工質(zhì)量。

（3）在圍護(hù)樁與基底加固樁之間縫隙內(nèi)采用高壓旋噴樁加固，以填補(bǔ)裙邊加固與鉆孔樁的縫隙。

（4）優(yōu)化設(shè)計方案，第二道鋼支撐采用隔一加一的支撐布置形式，增加鋼支撐穩(wěn)定性。

（5）在基坑外布置一定的壓漿孔，當(dāng)圍護(hù)樁變形較大時及時采用注漿措施，以保證周邊管線的安全。

（6）基坑第二層土體采用先中間、后兩頭的分層分塊開挖方法。實踐證明，分塊開挖能有效控制基坑的變形開展。

（7）第二道支撐拆除的過程中，采取“穩(wěn)、慢、妥”的策略，嚴(yán)防出現(xiàn)應(yīng)力過度集中。

（8）嚴(yán)格控制鉆孔樁鋼筋籠接頭焊接質(zhì)量。

（9）加強(qiáng)格構(gòu)柱斜撐設(shè)置，抵消基坑縱向水平力。

4 基坑監(jiān)測

4.1 基坑監(jiān)測目的

可以根據(jù)實時的變形位移數(shù)據(jù)，分析判斷施工過程中位移，采取有效措施，達(dá)到保護(hù)基坑及周圍環(huán)境的目的。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工工藝和施工參數(shù)，以實現(xiàn)信息化施工；為修正設(shè)計和施工參數(shù)、優(yōu)化施工方、預(yù)估發(fā)展趨勢、確保工程質(zhì)量及周邊管線、建筑物的安全運(yùn)營提供實測數(shù)據(jù)，是設(shè)計和施工的重要補(bǔ)充手段；為理論驗證提供對比數(shù)據(jù)，為優(yōu)化施工方案提供依據(jù)。

4.2 監(jiān)測內(nèi)容和測點分布

監(jiān)測點詳見圖5所示，該工程工作坑是指圖中鐵路右側(cè)的基坑。

圖5 基坑開挖監(jiān)測儀器布置示意圖

4.2.1 深層土體水平位移

共設(shè)置8根測斜埋設(shè)管，編號為CX1～CX8。

4.2.2 地下水位

共設(shè)置8根水位管，編號為SW1～SW8。

4.2.3 支撐軸力

第一道為混凝土支撐，共設(shè)置5個觀測點，編號為Z1～Z5。第二道為鋼管支撐，編號為Z3～Z5。

4.2.4 鐵路路基沉降觀測

共設(shè)置11個點，編號為TD01～TD11，其中T06位于基坑中心線位置。

4.2.5 墻體土壓力監(jiān)測

共設(shè)置5個觀測點，編號為TY1～TY5。

4.2.6 墻頂變形監(jiān)測

共設(shè)置8個觀測點，編號為B1～B8。

該工程在基坑監(jiān)測過程中還進(jìn)行了周邊巡視，主要觀測檢查基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，周邊環(huán)境等。

4.2.7 坑底隆起觀測

共設(shè)置兩個觀測點，K1～K2。

4.3 監(jiān)測頻率

開挖前確定初始值，開挖期間1次/d，基坑封底穩(wěn)定后1次/3 d，超過報警值時2次/d。

4.4 監(jiān)測成果及分析4.4.1深層水平位移

基坑開挖過程中，圍護(hù)墻側(cè)向變形逐漸增大，發(fā)生最大位移的位置逐步向下發(fā)展，圖6顯示在基坑開挖至基底的過程中，圍護(hù)墻的變形逐步發(fā)展至穩(wěn)定，尤其是從第二道支撐開挖至基底過程中，位移相對明顯，另外基坑封底后拆除第二道支撐的過程中，圍護(hù)樁有微量的位移。此時第一道支撐面至基坑封底混凝土面的高度達(dá)到9.5 m，圍護(hù)樁在側(cè)壓力作用下最大變形為39.9 mm。

圖7后背側(cè)觀測點CX8顯示，基坑開挖至封底及第二道鋼支撐拆除過程中，圍護(hù)樁變形的發(fā)展變化，從圖7可以看出，最大位移發(fā)生在第二道支撐拆除時，達(dá)36.17 mm。

從圖6、圖7還可以看出，由于第一層土開挖深度較大，土體大部分位移由該部分土體卸載所引起，因此，在軟土地基的基坑施工過程中，兩道支撐的中心間距不宜過大。

圖6 CX06深層水平位移變形曲線圖

圖7 CX08深層水平位移變形曲線圖

4.4.2 地下水位

該項基坑進(jìn)行了地下水位監(jiān)測，監(jiān)測顯示，在基坑開挖過程中，地下水位變化幅度較小。由于基坑止水樁質(zhì)量較好，且未實施坑外降水，監(jiān)測結(jié)果與施工吻合度較好。

4.4.3 支撐軸力監(jiān)測（見圖8、圖9）

圖8 第一道支撐軸力-時間變化曲線圖

圖9 第二道支撐軸力-時間變化曲線圖

監(jiān)測結(jié)果顯示，基坑在開挖至封底過程中第一道混凝土支撐的軸力變化幅度不大，整個過程中支撐軸力遠(yuǎn)小于設(shè)計軸力4702 kN。可能是由于第一道支撐與圈梁、立柱相互連接組成的空間體系有效地減小了支撐的實際軸力。

第二道支撐由于施加預(yù)應(yīng)力較小，在基坑向基底開挖過程中，支撐軸力迅速增大，基坑封底后趨于穩(wěn)定，最大軸力約1790 kN，小于設(shè)計值2500 kN。

4.4.4 鐵路路基沉降觀測

該工程基坑靠近鐵路側(cè)采用放坡開挖，監(jiān)測點位于坡頂鐵路線中心，圖10顯示，基坑開挖至封底過程中，近基坑中心位置T06點沉降最大，約21.8 mm。鐵路沿線觀測點沉降類正態(tài)分布。施工過程中，邊坡無明顯裂縫，說明設(shè)計采用的加固措施滿足基坑邊坡穩(wěn)定需要。

圖10 路基沉降變形曲線圖

4.4.5 墻體土壓力監(jiān)測（見圖11、圖12）

TY1和TY5主動土壓力監(jiān)測點顯示，圍護(hù)樁外土壓力隨基坑深度的變化而增加，但近基底時土壓力反而有增大的趨勢。說明坑外止水圍護(hù)的質(zhì)量對土壓力有較明顯的影響，基坑上部由于止水圍護(hù)施工效果好，相當(dāng)于在圍護(hù)樁與土體之間形成了一層帷幕，能有效分擔(dān)土壓力，隨著深度的增加，由止水帷幕分擔(dān)的土壓力有效減小，作用在圍護(hù)樁上的主動土壓明顯增加。

4.4.6 墻頂變形監(jiān)測

根據(jù)墻頂變形監(jiān)測結(jié)果，基坑施工過程中，圍護(hù)樁頂?shù)挠^測點均出現(xiàn)不同程度的下沉，下沉量在2～7 mm之間。

圖11 TY1土壓力曲線圖

圖12 TY5土壓力變化曲線圖

4.4.7 坑底隆起觀測

由于基坑開挖過程中，觀測點發(fā)生破壞，未能提供有效的觀測數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

（1）為了保證基坑施工的安全，除考慮設(shè)計因素外，必須采取可靠的施工措施，合理的措施能有效地控制基坑開挖時的變形發(fā)展。

（2）基坑施工過程中，信息化監(jiān)測是施工的重要輔助措施，為施工提供了可靠的依據(jù)。

[1]DG/TJ08-61-2010，基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]顏建平.某深基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計與實測分析[J].施工技術(shù)，2011，（344）：32-34.

[3]史佩棟,等.深基礎(chǔ)工程特殊技術(shù)問題[M].北京：人民交通出版社，2004.