基坑開(kāi)挖支護(hù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

張 安 偉

(中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

近些年來(lái)，隨著城市化的進(jìn)程不斷加快，伴隨著市政工程也進(jìn)行的如火如荼。為了緩解城市日益增加的交通流量，改善地區(qū)交通秩序，在眾多市政工程中，常常采用新建地道下穿既有公路的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而地道下穿誘發(fā)的周圍土體變形沉降往往不可忽視，因此對(duì)新建地道的施工控制顯得尤為重要。本文以太原市西中環(huán)南延工程為例，詳細(xì)分析了該工程中新建七三路地道下穿既有高速公路的施工方案，總結(jié)了下穿工程采用明挖順作法的施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 基本概況

本地下通道工程位于太原市晉源區(qū)七三路。下穿通道上方為京昆高速，框架隧道與高速公路中線交角63.5°。機(jī)動(dòng)車地道為單箱雙室鋼筋混凝土框架箱體，匝道、非機(jī)動(dòng)車道為單箱雙室鋼筋混凝土框架箱體。整個(gè)地道箱體以高速公路中心線為界，共分兩節(jié)，即東、西兩節(jié)地道，兩節(jié)地道之間設(shè)置2 cm厚沉降縫，縫內(nèi)設(shè)置橡膠止水帶。地道頂部為混凝土防水層及高速公路鋪裝層。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

七三路地道由主線地道及兩側(cè)匝道共同構(gòu)成。根據(jù)道路斷面布置形式，地道主線為雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速50 km/h。地道單向設(shè)1根3.25 m車道及1根3.5 m車道，兩側(cè)路緣帶寬0.25 m，合計(jì)車行道凈寬7.25 m。根據(jù)地道通行車輛標(biāo)準(zhǔn)，限界高度為4.5 m。由此行車道單孔建筑限界為7.25 m×4.5 m(寬×高)。根據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》，通行機(jī)動(dòng)車的地下通道內(nèi)需設(shè)置檢修道，綜合考慮縱向設(shè)置排水溝的需求，檢修道寬度0.5 m(按一側(cè)安全帶寬度)。同時(shí)考慮防沖側(cè)石、鋪裝、交通信號(hào)燈的安裝空間后，結(jié)構(gòu)凈尺寸為8.25 m×5.4 m(寬×高)。

七三路匝道地道橫斷面布置為單向兩車道+非機(jī)動(dòng)車道+人行道，設(shè)計(jì)時(shí)速50 km/h。機(jī)動(dòng)車道設(shè)置2根3.25 m車道，兩側(cè)路緣帶寬0.25 m，合計(jì)車行道凈寬7.0 m，兩側(cè)考慮檢修道與線纜橋架安裝空間，總寬合計(jì)8 m。人非孔布置0.25 m側(cè)石+4 m非機(jī)動(dòng)車+3 m人行道，總寬7.25 m。車行道考慮結(jié)構(gòu)頂板與主線齊平，通行凈高大于4.5 m，人非通行凈高大于2.5 m。

主線及匝道地道橫斷面圖見(jiàn)圖1。

1.3 工程地質(zhì)

根據(jù)勘探揭露地層情況，場(chǎng)地土在勘探深度范圍內(nèi)的土層主要由第四系全新統(tǒng)人工堆積的填土、第四系全新統(tǒng)沖洪積成因的細(xì)砂、粉土、卵石。各巖土層的構(gòu)成與工程特性如表1所示。

表1 土層特征表

2 施工方案

2.1 總體部署

地道結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)560 m，其中主線地道橫斷面布置為雙向四車道，暗埋段長(zhǎng)360 m，敞開(kāi)段長(zhǎng)200 m，結(jié)構(gòu)最大埋深9.7 m。兩側(cè)匝道橫斷面布置為單向兩車道+行人與非機(jī)動(dòng)車道，暗埋段長(zhǎng)度分別為QEN匝道68.63 m，QES匝道78.01 m；敞開(kāi)段分別為QEN匝道165 m，QES匝道177 m，結(jié)構(gòu)最大埋深8 m。

施工地段位于新晉祠路與舊晉祠路中間區(qū)域，交通便利，施工及出土道路沿地道兩側(cè)平整碾壓，從新、舊晉祠路外運(yùn)至棄土場(chǎng)。

第一步施工1區(qū)敞開(kāi)段、舊晉祠路半幅暗埋段，2區(qū)主線暗埋段及匝道敞開(kāi)段，3區(qū)敞開(kāi)段及下穿高速東側(cè)半幅暗埋段地道。

第二步施工4區(qū)舊晉祠路剩余半幅，5區(qū)下穿高速西側(cè)半幅暗埋段地道。

2.2 基坑圍護(hù)方案

綜合考慮工程地質(zhì)條件、基坑開(kāi)挖深度和周圍環(huán)境條件，決定采用鋼筋混凝土支撐體系結(jié)合鉆孔灌注樁的圍護(hù)方案，基坑外采用三軸攪拌樁止水帷幕，局部放坡掛網(wǎng)噴漿防護(hù)。

鋼筋混凝土支撐體系，采用鋼筋混凝土支撐(800×800)及混凝土連接桿(600×800)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，采用商品混凝土。鉆孔灌注樁采用直徑為800，間距1 100。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，采用商品混凝土。三軸攪拌樁直徑850@1 200作為止水帷幕，采用重復(fù)套打施工。水泥采用42.5 MPa普通水泥，水泥摻量300 kg/m，水泥強(qiáng)度不低于1.2 MPa。成樁工藝按設(shè)計(jì)要求旋擺定噴射提升，自下而上至設(shè)計(jì)標(biāo)高，停止噴射，提出噴射管，嚴(yán)格控制高壓旋噴樁的樁位及垂直度。具體基坑支護(hù)如圖2所示。

2.3 基坑開(kāi)挖施工

基坑開(kāi)挖應(yīng)待整個(gè)基坑圍護(hù)封閉、圍護(hù)樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可進(jìn)行。土方開(kāi)挖應(yīng)按設(shè)計(jì)要求、有計(jì)劃有步驟地進(jìn)行，不得隨意開(kāi)挖?；娱_(kāi)挖時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的施工規(guī)范進(jìn)行，具體要求為挖土臨時(shí)邊坡不得大于1∶2。當(dāng)挖深超過(guò)5 m時(shí)，應(yīng)結(jié)合挖土的分層分級(jí)留坡，坡間留置3 m寬平臺(tái)。機(jī)械挖土不得一挖到底，坑底留200 mm～300 mm厚基土用人工鏟除修平。挖土機(jī)不得直接碾壓支撐，如需在支撐上運(yùn)行，需覆土高于支撐頂面300 mm且鋪設(shè)走道板。嚴(yán)禁挖土機(jī)械在底部掏空的支撐構(gòu)件上行走和操作。分塊開(kāi)挖至坑底后應(yīng)及時(shí)對(duì)坑壁掛網(wǎng)噴射混凝土，對(duì)樁間土進(jìn)行防護(hù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與放坡開(kāi)挖交接處，先進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，遵循橫斷面施工步序。

具體施工步驟如下：

1)交通導(dǎo)流支立圍擋，排查遷移管線；

2)三軸攪拌樁、圍護(hù)樁施工；

3)可放坡開(kāi)挖地段按1∶1放坡開(kāi)挖。施工截水溝及硬化地坪；

5)混凝土強(qiáng)度滿足要求后，開(kāi)挖第二次土方至鋼支撐向下50 cm，施工鋼支撐；

6)開(kāi)挖第三次土方至基坑設(shè)計(jì)底標(biāo)高，通知監(jiān)理進(jìn)行驗(yàn)槽；

7)進(jìn)行樁間土噴錨施工并沿地道基坑底兩側(cè)開(kāi)挖臨時(shí)排水槽；

8)基底換填，施工防水層、墊層。

2.4 基坑開(kāi)挖引發(fā)變形監(jiān)測(cè)

在具體施工中，基坑按照分層分塊開(kāi)挖時(shí)，使得圍護(hù)樁產(chǎn)生向基坑內(nèi)部的變形，與此同時(shí)基坑周邊土體以及周邊建筑(構(gòu)筑物)也會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形。因此，檢測(cè)內(nèi)容應(yīng)包括：基坑坡頂水平位移和垂直位移、地表裂縫、坡頂建(構(gòu))筑物變形、降雨與時(shí)間關(guān)系、錨桿(索)拉力、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、地下水和滲水與降雨關(guān)系等。

2.4.1基坑圍護(hù)樁樁頂水平位移

1)監(jiān)測(cè)方法。

采用TS09PLUS型全站儀(精度2″)進(jìn)行測(cè)量，具體方法：利用全站儀前視固定點(diǎn)形成測(cè)量基線，隨著施工的進(jìn)行，不斷測(cè)量圍護(hù)體頂部各測(cè)點(diǎn)與施工前形成的基線間距離的變化，從而了解圍護(hù)體因相應(yīng)位置土體的挖除對(duì)其頂部水平位移的影響程度，分析圍護(hù)體的穩(wěn)定情況。

在日常的教學(xué)過(guò)程中，教師經(jīng)常采用的是以課堂為主的形成性評(píng)價(jià)以及學(xué)期結(jié)束時(shí)以測(cè)試為主的終結(jié)性評(píng)價(jià)。在教材中，每個(gè)單元結(jié)束部分都有一個(gè)Ticking time環(huán)節(jié)，來(lái)讓學(xué)生對(duì)自己在這一個(gè)單元中的學(xué)習(xí)情況做一個(gè)評(píng)價(jià)。教師可以根據(jù)這一環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際，設(shè)計(jì)出學(xué)生自評(píng)、同學(xué)互評(píng)、小組評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，通過(guò)自評(píng)，了解自己的學(xué)習(xí)狀況，通過(guò)互評(píng)和小組評(píng)價(jià)，了解自己的學(xué)習(xí)狀況在其他人眼中的具體情況，以此來(lái)發(fā)現(xiàn)自己的長(zhǎng)處和不足，進(jìn)一步提升自己的英語(yǔ)能力。

2)測(cè)點(diǎn)布置。

測(cè)點(diǎn)沿基坑周邊布置，在基坑頂部距離開(kāi)挖上口線0.5 m埋設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，間距約為30 m，共設(shè)置30個(gè)點(diǎn)。在圍護(hù)樁頂部相對(duì)穩(wěn)固的部位用沖擊鉆進(jìn)行成孔處理，埋入光滑的凸球面的鋼制測(cè)釘，并用水泥漿液先進(jìn)行固定，測(cè)釘與混凝土體間不應(yīng)有松動(dòng)。

2.4.2圍護(hù)體頂垂直位移(沉降)

1)監(jiān)測(cè)方法。

采用TS09PLUS型全站儀(精度2″)進(jìn)行測(cè)量，具體方法：利用全站儀測(cè)量圍護(hù)體頂部各測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)高程的變化，則建立高程控制網(wǎng)，從而了解圍護(hù)體因相應(yīng)位置土體的挖除對(duì)其頂部垂直位移的影響程度，分析圍護(hù)體的穩(wěn)定情況。

2)測(cè)點(diǎn)布置。

具體測(cè)量方法與圍護(hù)樁樁頂水平位移相同。

2.4.3基坑周圍建筑物變形

1)監(jiān)測(cè)方法。

采用TS09PLUS型全站儀(精度2″)進(jìn)行測(cè)量，具體方法：將基坑施工影響范圍內(nèi)的建筑物(構(gòu)筑物)均應(yīng)布設(shè)沉降測(cè)點(diǎn)。用全站儀建立原始觀測(cè)高程基線，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中觀測(cè)設(shè)在建筑物上的測(cè)點(diǎn)的高程變化情況。

2)測(cè)點(diǎn)布置。

在建筑物(構(gòu)筑物)上從底部至頂部各設(shè)置了30個(gè)測(cè)點(diǎn)，在測(cè)點(diǎn)部位將測(cè)釘通過(guò)鉆孔打入或埋入待測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)，測(cè)點(diǎn)頭部磨成凸球型，測(cè)釘與待測(cè)結(jié)構(gòu)通過(guò)補(bǔ)填水泥漿液固定，并用(紅色)油漆標(biāo)明點(diǎn)號(hào)和保護(hù)標(biāo)記，隨時(shí)檢查，保證測(cè)點(diǎn)在施工期間絕對(duì)不遭到破壞。

2.4.4基坑位移預(yù)警要求

針對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中不同位置的建筑物、構(gòu)筑物的變形值，及時(shí)將實(shí)測(cè)值進(jìn)行分析。由于本工程基坑等級(jí)為二級(jí)，根據(jù)設(shè)計(jì)沉降控制要求以及施工規(guī)范，提出基坑圍護(hù)體、邊坡、臨近構(gòu)筑物變形沉降預(yù)警值(見(jiàn)表2)。

表2 預(yù)警值表

3 結(jié)語(yǔ)

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，支護(hù)的正確選擇和土體變形數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析，對(duì)整個(gè)工程的推進(jìn)都起到了至關(guān)重要的作用。

3.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇方法

1)考慮基坑尺寸、開(kāi)挖深度和基礎(chǔ)施工；

2)考慮場(chǎng)地工程土的物理性質(zhì)和地下水埋藏條件；

3)考慮鄰近建筑(構(gòu)筑)物的剛度，距基坑的距離；

4)考慮臨近地下管線以及其他設(shè)施；

5)考慮工程造價(jià)和工期要求。

3.2 信息化施工

1)開(kāi)挖之前充分收集現(xiàn)場(chǎng)資料，編制嚴(yán)謹(jǐn)周密的施工方案和組織設(shè)計(jì)；

2)開(kāi)挖時(shí)必須分層開(kāi)挖，先支撐后開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖；

3)加強(qiáng)檢測(cè)和預(yù)警，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析和匯報(bào)。

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