復(fù)雜環(huán)境下市政工程深基坑施工方案合理性分析

侯 慧 君

(太原市市政工程總公司，山西 太原 030002)

復(fù)雜環(huán)境下市政工程深基坑施工方案合理性分析

侯 慧 君

(太原市市政工程總公司，山西 太原 030002)

以某市政道路深基坑工程為例，結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料以及實(shí)際情況，對(duì)三種支護(hù)方案做了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工期的合理性對(duì)比分析，選取了SMW工法樁+單排內(nèi)支撐支護(hù)體系的施工方案，經(jīng)后續(xù)的施工實(shí)踐證明該支護(hù)方案合理可靠。

深基坑，支護(hù)體系，SMW工法樁，單排內(nèi)支撐

0 引言

隨著城市大規(guī)模的建設(shè)，在老舊城區(qū)核心地段改造或擴(kuò)建交通日益臃腫的城市主干道成為必然選擇。改擴(kuò)建道路上跨、下穿既有相交道路的橋梁、地道等結(jié)構(gòu)物工程時(shí)，在明挖法施工前提下涉及的深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)和土方開挖等技術(shù)對(duì)周圍地表變形控制要求高，不僅要確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的安全可靠，同時(shí)還要確保周邊建筑物、市政管線始終處于安全運(yùn)行狀態(tài)。因此在確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與施工安全的前提下如何快速施工是本類市政工程深基坑支護(hù)施工的重、難點(diǎn)。

基于此，本文以某市政道路改造工程深基坑工程為例，結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料以及實(shí)際情況，初選了三種支護(hù)方法：鉆孔灌注樁、SMW工法樁、拉森IV型鋼板樁?？偨Y(jié)相關(guān)規(guī)律，據(jù)此分析各種支護(hù)結(jié)構(gòu)的可行性，對(duì)這四種施工方案綜合做了經(jīng)濟(jì)及技術(shù)方案的可行性對(duì)比分析，為今后同類型深基坑工程的設(shè)計(jì)與施工提供指導(dǎo)。

1 工程概況

某下穿主線道路的地道橋結(jié)構(gòu)采用單箱雙室的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，暗埋段結(jié)構(gòu)長480 m,總寬19 m,側(cè)墻0.7 m,中墻厚0.6 m，單室凈寬8.5 m?？偢?.1 m，頂板厚0.7 m,底板厚0.8 m。地基處理采用80 cm厚片石拋填擠淤+30 cm厚級(jí)配碎石墊層+10 cm厚C20混凝土墊層，處理后的地基承載力不低于180 kPa。兩端各設(shè)20 m長的遮光段，為U槽鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂部設(shè)遮光橫梁。

該工程對(duì)城市舊城區(qū)交通及周邊居民日常出行產(chǎn)生巨大不利影響，導(dǎo)致交通疏導(dǎo)組織難度大；業(yè)主要求該項(xiàng)目在3個(gè)半月內(nèi)完工并通車；施工場(chǎng)地狹窄受限，各市政管線種類繁雜，密布其中，施工相互交叉；環(huán)保要求高，各種噪聲、粉塵控制難度大；該地段水文地質(zhì)情況為高水位、軟土地段，鄰近的大部分建筑為6層普通磚混建筑結(jié)構(gòu)，老建筑大多建于1990年左右，新的一些建筑多建于2000年左右。北端西側(cè)房屋離暗埋段地道橋邊距離僅為10 m，該樓為6層磚混結(jié)構(gòu)的商業(yè)用房。周邊有大量市政地下管線且部分管線無法遷改，給基坑施工及周邊建筑物、市政管線安全運(yùn)行帶來極大的難度與風(fēng)險(xiǎn)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形與工程地質(zhì)分區(qū)

通道場(chǎng)地屬于平坦的沖洪積平原，地質(zhì)分區(qū)屬于盆地次穩(wěn)定工程地質(zhì)亞區(qū)。

2.2 場(chǎng)地地下水情況

場(chǎng)地地下水為孔隙潛水，主要接受大氣降水的補(bǔ)給，地下水位埋深介于2 m～3 m間。基坑開挖時(shí)將形成較大的水頭差。

2.3 地質(zhì)巖土構(gòu)成

淺層分布有厚度較大的雜填土、砂性土、粉土和透水性強(qiáng)的礫石土,該地層易液化、水穩(wěn)定性差,在基坑施工中易發(fā)生地面沉降和坍方,威脅施工安全和周邊環(huán)境。

①層含人工雜填土:雜色。由雜填土和素填土組成。覆蓋于地表及道路表層,上部含50 cm左右的路面結(jié)構(gòu)層，下部含磚塊、碎石、煤渣、灰渣等，不均勻，稍密。厚0.5 m～2 m。

②層含圓礫層及粉土層:黃褐色。圓礫層松散，顆粒級(jí)配差。粉土層濕、密實(shí)。干強(qiáng)度低，韌性較差。天然含水量22%，天然孔隙比0.682。

③層含粗礫砂、細(xì)砂層、粉土層：黃褐色。粗礫砂中密，細(xì)砂層及粉土層松散，顆粒級(jí)配差，磨圓度較差。干強(qiáng)度低，韌性較差。天然含水量22%，天然孔隙比0.636。

④層含圓礫層、粗砂層、粉土層：黃褐色。稍密，顆粒級(jí)配差。干強(qiáng)度低，韌性較差。天然含水量21%，天然孔隙比0.603。

3 深基坑支護(hù)方案的分析

市政工程深基坑與建筑深基坑相比獨(dú)具特點(diǎn)，其支護(hù)體系涉及因素眾多，支護(hù)類型也多種多樣。市政工程深基坑支護(hù)系統(tǒng)更是一多要素的綜合體，存在方案優(yōu)化的必要性。根據(jù)市政工程深基坑特點(diǎn)對(duì)整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)施工劃分了相應(yīng)的分析層級(jí)，從支護(hù)施工方案優(yōu)化的層級(jí)出發(fā)，確定最終深基坑支護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化分析方法。

3.1 鉆孔灌注樁+止水帷幕+單排水平內(nèi)支撐

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)、施工內(nèi)容及造價(jià)。鋼筋混凝土C25灌注樁φ800@1 000 mm(配筋率1.1%)，樁長18 m。三軸水泥土攪拌樁φ650@450 mm。C25混凝土冠梁尺寸為1 000 mm×600 mm并預(yù)埋支撐連接鋼板,設(shè)置單排內(nèi)支撐鋼管φ609×16@6 000 mm，掛網(wǎng)噴射C30混凝土δ50 mm。

支護(hù)樁采用單排鋼筋混凝土灌注樁，止水帷幕采用單排三軸水泥土攪拌樁套接一孔法連續(xù)施工，冠梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)支撐安裝后逐根施加軸力30 t，樁間土防護(hù)采用掛網(wǎng)噴射混凝土，外部采用管井降水，內(nèi)部降水采用隨土方開挖設(shè)集水坑明排抽水。隨土方開挖掛網(wǎng)噴射混凝土。經(jīng)計(jì)算基坑每延米造價(jià)約1.13萬元。

2)方案優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：基坑支護(hù)體系安全系數(shù)高，支護(hù)效果好。屬剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)，適合深度超過15 m、主體結(jié)構(gòu)施工周期長的深基坑支護(hù)項(xiàng)目。缺點(diǎn)：占用大量施工場(chǎng)地，需倒運(yùn)并排放大量泥漿，工序多，機(jī)械施工耗電量大，投入機(jī)械人力較多，為保證止水效果需配套施工三軸攪拌樁作為止水帷幕，支護(hù)結(jié)構(gòu)臨建工程結(jié)構(gòu)寬達(dá)1.7 m,施工進(jìn)度為1.5個(gè)月，并且沿線需改遷2條市政管線，費(fèi)用極高經(jīng)濟(jì)上不合理，方案難合理通過，橫向雨污水管處無法打設(shè)樁基。

3.2 SMW工法樁+單排內(nèi)支撐

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)、施工內(nèi)容及造價(jià)。三軸水泥土攪拌樁φ850@600 mm，樁長18 m。內(nèi)插H型鋼H700×350×25×25@1 200 mm，型鋼長19.5 m,按隔一插一的方法布置。C25混凝土冠梁尺寸為1 200 mm×800 mm ,單排內(nèi)支撐鋼管φ609×16@4 800 mm。

采用單排三軸水泥土攪拌樁套接一孔法連續(xù)施工，在干燥狀態(tài)下涂抹減摩劑，待攪拌樁完成30 min內(nèi)，由導(dǎo)向軌定位、插入H型鋼，接頭相互錯(cuò)開，使其形成地下連續(xù)支護(hù)墻體。后施工鋼筋混凝土冠梁并預(yù)埋支撐連接鋼板，鋼管內(nèi)支撐分節(jié)制作采用法蘭盤螺栓連接，待安裝后在活絡(luò)端逐根施加軸力35 t，土方開挖分層分段開挖到位，根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)情況及時(shí)對(duì)支撐進(jìn)行二次施加軸力至50 t～60 t。待主體結(jié)構(gòu)施工完成、基坑回填完畢后拆除內(nèi)支撐。液壓千斤頂起拔器夾持H型鋼頂升松動(dòng)后振動(dòng)錘拔除。經(jīng)計(jì)算基坑每延米造價(jià)約0.63萬元。

2)方案優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：適用土層范圍廣，對(duì)周邊環(huán)境影響小，無須開槽及鉆孔，無泥漿等廢棄物產(chǎn)生，止水擋土合二為一，連續(xù)施工止水效果好，分段施工施工縫容易處理，投入機(jī)械人力相對(duì)較少，工序相對(duì)簡單，成樁質(zhì)量可靠。型鋼插樁可適當(dāng)調(diào)整位置以避開雨污水管位置，及時(shí)對(duì)基坑降水，土方開挖遇水可明排水處理，主體施工完畢H型鋼可回收再利用。支護(hù)結(jié)構(gòu)臨建工程結(jié)構(gòu)寬1.2 m,施工進(jìn)度為1個(gè)月，沿線需改遷1條市政管線，占用施工場(chǎng)地小，可同步進(jìn)行其他項(xiàng)目施工，適合主體結(jié)構(gòu)施工周期短的深基坑支護(hù)項(xiàng)目。缺點(diǎn)：機(jī)械施工用電量較大，型鋼插樁定位精度高，需掌握好插樁時(shí)間。屬柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，不適合超過15 m的深基坑。

3.3 拉森Ⅳ型鋼板樁+基坑坑外錨拉+雙圍檁+內(nèi)支撐

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)、施工內(nèi)容及造價(jià)。基坑周邊刷坡及樁頂土方下挖2.5 m～3 m減載，使最終基坑開挖深度降低至5.5 m，采用12 m長滿打拉森Ⅳ型鋼板樁，橫向外側(cè)6 m處縱向@5 m布置插打同類型鋼板樁設(shè)錨拉點(diǎn)，采用2根規(guī)格φ15.24 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線配套OVM15-2錨具張拉(單根張拉力15 t)成錨固自穩(wěn)結(jié)構(gòu)、樁身上部及1/2處設(shè)置鋼圍檁使用雙拼Ⅰ36a型鋼，樁身1/2處采用鋼管內(nèi)支撐φ609×16@5 000 mm待安裝后在活絡(luò)端逐根施加軸力35 t，降水采用管井降水至基坑底部以下。經(jīng)計(jì)算基坑每延米造價(jià)約0.45萬元。

2)方案優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：適用土層范圍廣，周邊無建筑物影響的地段。屬常規(guī)施工，進(jìn)度較快，費(fèi)用較低。施工用電量小，主體結(jié)構(gòu)施工完畢，圍檁、內(nèi)支撐及鋼板樁可拆除拔出后周轉(zhuǎn)利用。缺點(diǎn)：對(duì)周邊環(huán)境影響較大，基坑內(nèi)外同步降水周期較長，插打設(shè)鋼板樁時(shí)噪聲大，對(duì)居民生活有很大影響。在較短時(shí)間內(nèi)一次性投入各類周轉(zhuǎn)材料種類多數(shù)量較大。土方開挖分層分段施工，受下層圍檁和內(nèi)支撐施工及占用空間影響，后期土方開挖進(jìn)度慢，泥砂易滲水排出導(dǎo)致止水效果差，對(duì)周邊建筑穩(wěn)定易產(chǎn)生較大安全隱患，在橫穿的雨污水管處無法打設(shè)鋼板樁，支護(hù)及后錨反拉預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)寬8 m,施工進(jìn)度為1.2個(gè)月，沿線需改遷5條市政管線，改遷工程量大，占用大量施工場(chǎng)地導(dǎo)致可利用場(chǎng)地狹窄，現(xiàn)場(chǎng)各類機(jī)械布置穿行困難、回轉(zhuǎn)空間小，極大影響其他項(xiàng)目同步施工。屬柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，不適合周邊環(huán)境復(fù)雜、改遷工程量大、開挖深度超過8 m、總體工期短的深基坑支護(hù)項(xiàng)目。

4 綜合評(píng)價(jià)及應(yīng)用效果

結(jié)合本工程現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)情況、基坑開挖深度、周邊環(huán)境因素、外部荷載影響，支護(hù)結(jié)構(gòu)使用時(shí)間，按照因地制宜、技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、確保安全、兌現(xiàn)工期總目標(biāo)的原則，本工程最終確定了SMW工法樁+單排內(nèi)支撐支護(hù)體系的施工方案，地下水采取三軸水泥土攪拌樁止水帷幕配合管井中深度降水及坑內(nèi)明排水的控制措施。

在后續(xù)的施工實(shí)踐中，基坑支護(hù)的安全實(shí)施也佐證了支護(hù)方案的合理可靠?；颖O(jiān)測(cè)結(jié)果表明支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移值和地表最大沉降量均小于設(shè)計(jì)分析的計(jì)算結(jié)果，合理安排降排水時(shí)間、適當(dāng)減少抽水量，取得了較為理想的結(jié)果。為后續(xù)地道橋主體結(jié)構(gòu)的施工提供了安全保障，創(chuàng)造了合理良好的現(xiàn)場(chǎng)條件，最終得到了業(yè)主的充分認(rèn)可。

5 結(jié)語

在明挖法前提下進(jìn)行的市政工程深基坑支護(hù)施工時(shí)，對(duì)較為常用的多種基坑支護(hù)方案進(jìn)行了比選，介紹了各支護(hù)體系的施工內(nèi)容、適用實(shí)際條件及優(yōu)缺點(diǎn)，為前期優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)、后期指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工提供了數(shù)據(jù)支持。有效解決了在城市復(fù)雜環(huán)境下市政工程深基坑施工的諸多技術(shù)問題，同時(shí)通過該工程的施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)和一定的技術(shù)儲(chǔ)備，希望以此為今后的類似工程施工提供借鑒。

The rationality analysis on municipal engineering deep foundation pit construction scheme under complex environment

Hou Huijun

(TaiyuanMunicipalEngineeringCorporation,Taiyuan030002,China)

Taking the deep foundation pit engineering of a municipal road as an example, combining with the existing geological data and actual situation, made comparison and analysis on the rationality of technology, economy, construction period three kinds of support scheme, selected the SMW pile construction method + single row support system construction scheme, through the follow-up construction practice proved that the reasonable and reliable support scheme.

deep foundation pit, support system, SMW pile construction method, single row inner support

1009-6825(2017)01-0094-03

2016-10-28

侯慧君(1976- )，男，工程師

TU463

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