城市高架工程承臺(tái)基坑的快速施工方法

李長(zhǎng)學(xué) 楊榮青

(上海城投公路投資(集團(tuán))有限公司,200335,上海//第一作者,副總工程師 )

城市高架工程承臺(tái)基坑的快速施工方法

李長(zhǎng)學(xué) 楊榮青

(上海城投公路投資(集團(tuán))有限公司,200335,上海//第一作者,副總工程師 )

由于城市高架工程施工場(chǎng)地的特殊性,建設(shè)過(guò)程中對(duì)工期控制及施工效率要求較高。以上海某高架工程南延段為例,介紹了城市高架工程承臺(tái)基坑的快速施工方法:采用拉森鋼板樁+鋼支撐作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu),易于施工且方便回收和重復(fù)利用;具有機(jī)械化、程序化的施工特點(diǎn),能夠很好地適應(yīng)于單個(gè)基坑面積小、深度較淺但數(shù)量眾多的基坑工程;施工效率高、對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性強(qiáng)、占地時(shí)間短。

城市高架工程; 基坑工程; 快速施工方法

Author′s address Shanghai SMI Highway (Group) Co.,Ltd.,200335,Shanghai,China

隨著城市化的發(fā)展,城市交通擁堵現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。為了解決城市交通問(wèn)題,在交通設(shè)施建設(shè)過(guò)程中,一般要求:①不過(guò)多占用城市土地資源;②具備較高的運(yùn)輸效率。城市高架工程則無(wú)疑很好地具備了上述兩個(gè)重要條件,因此在城市發(fā)展過(guò)程中被大量建設(shè),成為了未來(lái)城市交通的發(fā)展方向。

城市高架工程多出現(xiàn)在已有道路不能滿(mǎn)足車(chē)流要求的情況下,在已有道路上方建設(shè)架空線路,進(jìn)而形成立體交通,對(duì)解決城市擁堵問(wèn)題具有立竿見(jiàn)影的效果。為了減少高架施工對(duì)已有道路通行的影響,需采取快速高效的施工方法,在保證安全施工的同時(shí),應(yīng)盡量控制施工周期。在高架工程的基坑施工階段,由于需要占用已有道路路面,往往會(huì)對(duì)道路通行產(chǎn)生較大影響。此外,對(duì)于此類(lèi)工程,基坑不會(huì)單個(gè)出現(xiàn),往往沿高架線路成串分布,基坑較多,加之基礎(chǔ)施工在整個(gè)高架工程的建設(shè)周期內(nèi)占有較大比重(約1/4施工周期),因此尋求合理有效的高架工程基礎(chǔ)快速施工方法具有重要意義[1-2]。

本文以上海某高架工程南延段承臺(tái)基礎(chǔ)的基坑工程為例,介紹一種簡(jiǎn)便有效的中小型基坑快速施工方法,為今后類(lèi)似工程的快速施工提供參考。

1 工程概況

該工程全長(zhǎng)1 522 m,高架下共有42個(gè)承臺(tái)基坑,基坑開(kāi)挖深度為7.10～8.60 m?；映示匦?沿高架線呈規(guī)則散點(diǎn)狀分布?；映叽绶譃?.4 m×11.8 m (A型)、9.4 m×14.2 m (B型)兩種規(guī)格。單個(gè)基坑面積約為110.9～133.5 m2,基坑開(kāi)挖深度為7.10～8.60 m,安全等級(jí)二級(jí)。

該工程影響范圍內(nèi)各土層的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

場(chǎng)地內(nèi)的地下水主要有淺部土層中的潛水及基坑下部砂質(zhì)粉土層中的承壓水。淺部土層的潛水主要由大氣降水、地表徑流及河道補(bǔ)給,潛水水位埋深一般為0.30～1.50 m,平均水位埋深在0.50～0.70 m之間。承壓水埋深一般為3.00～12.00 m。根據(jù)驗(yàn)算,本基坑工程受承壓水的影響較小,不會(huì)因承壓水的影響而導(dǎo)致基坑突涌。

表1 各土層的物理力學(xué)參數(shù)表

2 基坑工程實(shí)施方案

2.1 工程特點(diǎn)

施工前,需對(duì)工程特點(diǎn)進(jìn)行分析,包括基坑的周邊場(chǎng)地環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及基坑自身特點(diǎn)等,進(jìn)而根據(jù)工程特點(diǎn)確定出合理的施工方案[3-4]。本工程中,基坑長(zhǎng)寬均在15 m以?xún)?nèi),且基坑開(kāi)挖深度不超過(guò)10 m,是沿高架線路多點(diǎn)分布的小型基坑。由于基坑面積較小且分布眾多,施工組織對(duì)施工工期影響較大。采用合理的施工工藝及施工順序可以有效提高施工效率,縮短工期。

據(jù)工程地質(zhì)資料顯示,現(xiàn)場(chǎng)土層的力學(xué)性質(zhì)較差,地基土層多屬淤泥質(zhì)黏土土層,在基坑設(shè)計(jì)時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備足夠的剛度,以保證基坑的施工安全。此外,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查,本工程鄰近河道,其中的大部分承臺(tái)基坑均位于河道內(nèi)或河道岸坡上。根據(jù)基坑與現(xiàn)有河道的位置關(guān)系,可將基坑分為陸域基坑和水域基坑兩種類(lèi)型。當(dāng)基坑邊界與現(xiàn)有河道的距離大于4 m時(shí)為陸域基坑,小于4 m的則為水域基坑。由此可見(jiàn),基坑施工受鄰近河流的影響較大,尤其對(duì)于水域基坑,當(dāng)施工方案不合理時(shí)極易引起基坑邊坡坍塌,河水倒灌,造成工程事故。

2.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)施工要求,本基坑采用NSP-ⅣW號(hào)拉森鋼板樁+二道鋼支撐的圍護(hù)形式。在滿(mǎn)足基坑穩(wěn)定的前提下,采用鋼板樁支護(hù)具有程序化施工的特點(diǎn)[3,5]。兩種基坑所采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案平面圖如圖1、2所示。圖中角撐及圈梁均使用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm H型鋼,對(duì)口撐采用Φ609鋼管加工制作而成。對(duì)于拉森鋼板樁+鋼支撐的支護(hù)形式,施工時(shí)機(jī)械化程度較高,尤其在軟弱土質(zhì)地層,插打鋼板樁方便、快捷、高效,且質(zhì)量可控[5-6]。

圖1 A型承臺(tái)支護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

圖2 B型承臺(tái)支護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

圖3、圖4分別為陸域基坑與水域基坑的剖面示意圖。基坑沿深度方向設(shè)置兩道支撐,全部圍護(hù)及支撐結(jié)構(gòu)均采用型鋼焊接而成,各支撐與圍檁之間通過(guò)焊接連接。若支撐桿未貼靠在圍檁上,需作加墊鋼板處理,使圍檁上的力傳到支撐上,以起到支撐的作用。水域基坑的施工方法與陸域基坑的施工方法相比,僅在臨水側(cè)槽鋼支護(hù)有明顯差距。水域基坑施工前需要進(jìn)行圍堰并施做反壓填土工序,其余均相同。

圖3 陸域基坑支護(hù)剖面示意圖

圖4 水域基坑支護(hù)剖面示意圖

2.3 鋼槽圍堰(水域基坑)

對(duì)于水域基坑,在臨河側(cè)打設(shè)槽鋼圍堰,圍堰內(nèi)部清淤后用黏性土裝袋回填,以此滿(mǎn)足高架基礎(chǔ)及立柱的施工。樁基施工前打設(shè)圍堰,待立柱施工完成后再進(jìn)行圍堰拆除。全橋上部結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行河道拓寬施工。圍堰平面布置如圖5所示。圍堰距離基坑短邊4 m,基坑兩側(cè)距離圍堰4.5 m,同時(shí)圍堰深入河岸1 m以上。

圖5 臨水側(cè)基坑平面布置圖

圍堰施工順序?yàn)闇y(cè)量放樣→場(chǎng)地平整→插打槽鋼→水泵抽水→回填→結(jié)構(gòu)施工→槽鋼拔出→圍堰清理。在插打槽鋼過(guò)程中,單樁逐根連續(xù)施打,并需注意樁頂高程不宜相差太大。在插打過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)控槽鋼的垂直度,應(yīng)保證傾斜不超過(guò)2%;當(dāng)槽鋼傾斜過(guò)大不能調(diào)正時(shí),應(yīng)拔起重打。

3 施工工藝及基坑監(jiān)測(cè)

3.1 施工工藝

一般情況下,在城市高架工程的承臺(tái)基坑中,面積較小,施工安全易于控制;但由于基坑數(shù)量較多,在施工機(jī)械設(shè)備的限制下,施工組織則成為控制工程施工效率與周期的關(guān)鍵。

將工程(共m個(gè)基坑)沿高架線路分為若干段(n段),每個(gè)施工隊(duì)負(fù)責(zé)一段線路內(nèi)的基坑施工(m/n個(gè)基坑)。將單個(gè)基坑根據(jù)工種及施工機(jī)械劃分為若干道工序并依次進(jìn)行各工序的施工,每道工序完成后轉(zhuǎn)移至下一施工場(chǎng)地繼續(xù)施工。對(duì)于這類(lèi)單個(gè)基坑面積較小但數(shù)量較多的基坑工程,采用這種程序化的機(jī)械施工方法可以有效地提高施工效率,加快施工進(jìn)度。

在本工程中,單個(gè)基坑的施工順序?yàn)?放樣→插打鋼板樁→交替進(jìn)行土方開(kāi)挖與安裝支撐→澆筑坑底墊層→鑿除樁頭→澆筑承臺(tái)立柱→交替進(jìn)行回填及支撐拆除→拔除鋼板樁。

鋼板樁插打時(shí),施工順序?yàn)橄扰R河側(cè),后便道側(cè)合攏。插打拉森鋼板樁采用屏風(fēng)式打入法:首先開(kāi)挖導(dǎo)向槽,待導(dǎo)向架安裝完成后,將10～20根鋼板樁成排插入導(dǎo)架內(nèi),呈屏風(fēng)狀,然后再分批施打。施打時(shí)先將屏風(fēng)墻兩端的鋼板樁打至設(shè)計(jì)標(biāo)高,成為定位板樁,然后在中間按順序分1/2板樁高度呈階梯狀打入。為了確保定位板樁插正及位置準(zhǔn)確,插打時(shí)要緩慢,在相互垂直的兩個(gè)方向用全站儀控制垂直度,發(fā)現(xiàn)偏移立即進(jìn)行調(diào)整。

3.2 基坑監(jiān)測(cè)

為了保證快速施工下基坑的施工安全,在基坑開(kāi)挖及承臺(tái)的澆筑施工中,應(yīng)對(duì)基坑及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),指導(dǎo)施工并確?；影踩?同時(shí)也方便加強(qiáng)對(duì)周邊道路及管線的保護(hù)[7-8]。

3.2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

基坑開(kāi)挖施工的基本特點(diǎn)是先變形,后支撐。在進(jìn)行基坑開(kāi)挖及支護(hù)施工過(guò)程中,每個(gè)分步開(kāi)挖的空間幾何尺寸和開(kāi)挖部分的無(wú)支撐暴露時(shí)間,都與圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土體位移等存在較強(qiáng)的相關(guān)性。這就是基坑開(kāi)挖中的時(shí)空效應(yīng)規(guī)律。通過(guò)基坑監(jiān)測(cè),可以可靠而合理地利用土體自身在基坑開(kāi)挖過(guò)程中控制土體位移的潛力,達(dá)到保護(hù)環(huán)境、最大限度保護(hù)相關(guān)方面利益的目的。

根據(jù)周?chē)h(huán)境及基坑本身的特點(diǎn),監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置在3倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括:圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移及垂直位移監(jiān)測(cè),圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層側(cè)向變形(測(cè)斜)監(jiān)測(cè),支撐軸力監(jiān)測(cè),坑外水位監(jiān)測(cè),周邊地下綜合管線垂直位移監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 基坑監(jiān)測(cè)布點(diǎn)示意圖

3.2.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警指標(biāo)

監(jiān)測(cè)報(bào)警指標(biāo)以累計(jì)變化量和變化速率兩個(gè)量進(jìn)行控制,累計(jì)變化量的報(bào)警指標(biāo)一般不宜超過(guò)設(shè)計(jì)限值。工程中監(jiān)測(cè)報(bào)警指標(biāo)如表2所示。

表2 監(jiān)測(cè)報(bào)警指標(biāo)

3.3 基坑施工質(zhì)量控制

為確保基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠,基坑設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)鋼板樁的入土深度進(jìn)行理論計(jì)算,并對(duì)鋼板樁的圍護(hù)強(qiáng)度及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證[9]。鋼板樁插打施工時(shí),應(yīng)在基坑4個(gè)角設(shè)置角樁,提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體防漏性能;如若鋼板樁圍檁發(fā)生滲漏,需及時(shí)進(jìn)行堵漏處理,保證施工安全。圍檁與支撐之間的連接應(yīng)具有足夠的焊接強(qiáng)度,鋼圍檁與鋼板樁圍堰緊貼,若有縫隙采用鋼板墊實(shí)。開(kāi)挖坑土堆放至距基坑邊緣20 m以外,坑土堆放平整,減小堆土對(duì)鋼板樁的側(cè)壓力,增強(qiáng)圍護(hù)的安全系數(shù),及時(shí)對(duì)坑內(nèi)積水進(jìn)行抽排。此外,還要做好雨季施工準(zhǔn)備,坑內(nèi)四周布置排水溝及集水井,并做好應(yīng)急預(yù)案,防止雨水倒灌引起的安全事故。

4 實(shí)施效果分析

在該工程中,采用上述承臺(tái)基坑施工方法,單個(gè)基坑的開(kāi)挖時(shí)間有效地縮短至1周;單個(gè)基坑從施打圍檁至基坑回填結(jié)束,整個(gè)施工周期控制在了30 d以?xún)?nèi),基坑施工這一分項(xiàng)工程比預(yù)期縮短了1/3的施工工期。而且從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反饋結(jié)果發(fā)現(xiàn)(詳見(jiàn)圖7),基坑施工期間,基坑邊坡及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形均未超出報(bào)警值,基坑圍護(hù)具有較高的安全系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果,采用程序化施工方法,不僅能夠保障施工安全,提高施工效率,而且還能有效地提高施工質(zhì)量,能很好地適應(yīng)體積小、數(shù)量多且施工效率要求高的中小型基坑工程。

圖7 開(kāi)挖引起的基坑變形示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文所述的基坑快速施工方法(程序化施工),能夠很好地適應(yīng)于單個(gè)基坑面積不大且深度較淺(深度不超過(guò)10 m)但數(shù)量較多的群坑工程。

采用鋼板樁+鋼支撐的支護(hù)形式,施工時(shí)鋼板樁的插入長(zhǎng)度可以根據(jù)基坑穩(wěn)定性的要求進(jìn)行調(diào)整,施工的機(jī)械化程度較高且便于回收多次使用,具備很好的程序化施工特點(diǎn)。

程序化施工方法的關(guān)鍵在于合理安排施工順序,并做好單個(gè)基坑中各工序之間及每個(gè)工序在不同基坑之間的銜接,將各基坑及工序進(jìn)行無(wú)縫銜接后,基坑的施工效率可以大大提高。

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Fast Construction Technique of Foundation Pit for Urban Viaduct

LI Changxue, YANG Rongqing

Due to the limitation of construction site,urban viaduct engineering usually involves higher demands for time control and construction efficiency.Based on the south extension of Jiading-Minhang Viaduct engineering,a fast construction technique of foundation pit for urban viaduct is introduced.In which,the Larssen sheet piling+steel support is adopted as the retaining structure for the convenient implementation and recycling.This technique has characters like mechanization and routinization in terms of construction,and adapts to single foundation in limited area or multiple foundations with shallow excavation.In general,this fast construction technique features high construction efficiency,strong applicability and short occupation of construction site.

urban viaduct; foundation pit; fast construction technique

U415

10.16037/j.1007-869x.2017.04.026

2017-01-02)