緊臨地鐵深基坑施工技術(shù)

管天飛

（1.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092；2.杭州余杭交通建設(shè)有限公司，浙江 杭州 311199）

1 工程概況

1.1 基坑概況

項(xiàng)目位于市區(qū)繁華地段，軌道交通隧道橫穿基坑，基坑距軌道交通隧道約10m，基坑邊線(xiàn)平行地鐵延長(zhǎng)距離95m。本工程基坑面積約為5000m2，南北向長(zhǎng)約82m，東西向長(zhǎng)約40m～78m，基坑開(kāi)挖深度為14.75m～17.05m。

1.2 基坑周邊環(huán)境

周邊建筑物眾多，交通繁忙?；貣|側(cè)緊鄰商業(yè)廣場(chǎng)；基地南側(cè)為規(guī)劃道路；基地西側(cè)主要為30層建；基地北側(cè)緊鄰20層建筑。場(chǎng)地周?chē)缆贩植急姸嘟o水、電力、燃?xì)獾仁姓芫€(xiàn)。

本地區(qū)年平均地下水埋深為地面下0.5～0.7m，低地下水埋深為地面下1.5m，第⑦2層承壓水埋深約為5.05～6.83m，本工程無(wú)突涌影響。

2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

2.1 圍護(hù)體系及加固

為減小基坑大面積卸載對(duì)軌道交通的影響及施工場(chǎng)地的策劃，經(jīng)綜合考慮，將整個(gè)基坑分為3個(gè)坑[1]。根據(jù)地質(zhì)條件及對(duì)軌道交通的保護(hù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻厚度為0.8m及1.0m，深度為30m、32m及35m?？油鈧?cè)地下連續(xù)墻采用三軸水泥攪拌樁槽壁加固，臨近地鐵的II區(qū)及III區(qū)采用三軸水泥攪拌樁滿(mǎn)堂抽條加固，I區(qū)深坑部位采用三重管高壓旋噴樁及三軸水泥攪拌樁加固。

2.2 支撐體系

本工程基坑均采用明挖順作法施工。I區(qū)豎向設(shè)置3道鋼筋混凝土撐，II區(qū)及III區(qū)各設(shè)置1道鋼筋混凝土撐及3道鋼管撐（帶自動(dòng)軸力補(bǔ)償系[2]）。

2.3 坑內(nèi)土體加固

為控制土方開(kāi)挖過(guò)程中的基坑變形，故對(duì)坑底土進(jìn)行土體加固。對(duì)地下連續(xù)墻（外墻靠近地鐵部分）兩側(cè)采用Φ850@600三軸攪拌樁槽壁加固，地下連續(xù)墻（外墻遠(yuǎn)離地鐵部分）兩側(cè)采用Φ700三軸攪拌樁槽壁加固；II區(qū)及III區(qū)采用Φ850@600三軸攪拌樁抽條加固；I區(qū)采用Φ850@600三軸攪拌樁裙邊加固，局部深坑采用Φ1200@800三重管高壓旋噴樁加固。

3 基坑施工技術(shù)

3.1 地下連續(xù)墻施工

本工程采用0.8m及1m厚地下連續(xù)墻作為圍護(hù)體。在成槽過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)化護(hù)壁泥漿配比等泥漿指標(biāo)及泥漿廢棄更新指標(biāo)，采用優(yōu)質(zhì)鈉基泥漿。在施工前對(duì)槽壁穩(wěn)定性[3]進(jìn)行驗(yàn)算。

①0～30m槽壁穩(wěn)定性驗(yàn)算。

泥漿對(duì)槽壁的支撐可借助于楔形土體滑動(dòng)的假定所分析的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。假定槽壁上部無(wú)荷載，且槽壁面垂直，其臨界穩(wěn)定槽深按梅耶霍夫（G.G.Meyerhof）經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

槽壁土層容重γ=19.4kN/m3，泥漿比重為1.1，粘土固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度：Su=143kPa，安全系數(shù)取1.5。H=62.17m＞30m。

在有地面和構(gòu)筑物荷載的土層內(nèi)成槽，其開(kāi)槽抗坍塌安全系數(shù)K可按下式計(jì)算。

開(kāi)槽壁面橫向容許變形Δ（m）為：

式中：k0——靜止土壓力系數(shù)，取k0=0.5；

γ'γ1'——分別為土和泥漿的浮容重（kN/m3）；

N——條形深基礎(chǔ)的承載力系數(shù)，對(duì)于矩形溝槽

c——粘性土不排水抗剪強(qiáng)度（kN/m2）；

μ——土的泊松比；

Z——所考慮土層的深度；

E0——土的壓縮模量（kN/m2）。

地下連續(xù)墻槽段壁長(zhǎng) L=6m，寬 B=1.0m，深H=30m，C=35kN/m2，q=0,γ’=19.4-6.4=13kN/m3，γ1’=11-6.4=4.6kN/m3，μ=0.5，E0=6.4MPa。

代入公式得：N=4（1+1/6.1）=4.66K=4.66×35/{0.5(13×30+0)-4.6×30}＞1，故安全。

槽段壁面在30m深處的橫向變形:

△=（1-0.52）[(0.5×13×30+0)-4.6×30]× （4.79/

0.0064 ）=0.032＜0.04m。滿(mǎn)足要求。

②30～35m（⑤3-2層粉質(zhì)黏土）槽壁穩(wěn)定性驗(yàn)算。

在粘土層的成槽，槽壁穩(wěn)定可按下式計(jì)算；

式中：Ks——在⑤3-2層粉砂土層中成槽（有地下水位時(shí)），槽壁穩(wěn)定的安全系數(shù)，應(yīng)使Ks＞1.0；

γ——土的密度（kN/m3）；

γ1——泥漿的密度（kN/m3）；

σ——槽壁傾角（°）。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，γ’=18.8kN/m3，泥漿密度取11.0kN/m3，槽壁傾角 σ=90°；KS=1.17＞1.0，槽壁穩(wěn)定。

3.2 攪拌樁施工

在鄰地鐵設(shè)施側(cè)的三軸水泥土攪拌樁地墻槽壁加固施工前應(yīng)進(jìn)行非原位試驗(yàn)，試驗(yàn)不少于3組，并在距離三軸攪拌樁試驗(yàn)樁6m位置處布設(shè)土體測(cè)斜管，測(cè)點(diǎn)數(shù)量及深度與三軸水泥土攪拌樁組數(shù)及樁長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。通過(guò)試驗(yàn)了解三軸水泥土攪拌樁在不同施工參數(shù)下對(duì)鄰近土體的影響，并通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化施工參數(shù)，以減少三軸水泥土攪拌樁成樁施工的擠土影響。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)整相應(yīng)施工參數(shù)，工藝參數(shù)見(jiàn)下表。

施工區(qū)域 水灰比 施工速度 單樁水泥摻量 施工步驟槽壁加固內(nèi)排 1.2～1.5下沉＜0.5m/min,提升＜1.0m/min通過(guò)試樁確定且＞20%以上外排 ≤1.2 下沉≤0.3m/min,提升≤0.5m/min通過(guò)試樁確定且＞20%以上預(yù)攪噴漿下沉，噴漿攪拌提升坑內(nèi)加固 1.2～1.5下沉＜0.5m/min,提升＜1.0m/min＞20%以上（加固體至地面10%水泥補(bǔ)強(qiáng)）

投入2套三軸攪拌樁機(jī)負(fù)責(zé)三軸攪拌樁加固施工，先施工槽壁加固，后施工抽條加固，最后施工裙邊加固。

3.3 三重管高壓旋噴樁施工

樁體直徑不小于1200mm，樁體搭接不得小于400mm。高壓旋噴樁提升速度不大于10cm/min。三重管高壓旋噴樁采用42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水灰比≤1.0，加固體單樁水泥含量大于25%以上?；娱_(kāi)挖前，高壓旋噴樁坑內(nèi)加固體按照國(guó)家及地方規(guī)范規(guī)程進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)方法可采用鉆芯取樣法。28d齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥1.2MPa，檢測(cè)數(shù)量應(yīng)占加固體總數(shù)的1%。

3.4 降水施工

擬建場(chǎng)地勘探深度內(nèi)地下水類(lèi)型有淺部土層中的潛水和深部土層中的承壓水（第⑦2層及⑨層）。

潛水：詳勘期間測(cè)得鉆孔中地下水穩(wěn)定水位埋深約1.05～1.30m。

微承壓水（第⑤3-2層）：第⑤3-2層粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土，土性不均勻，其中粉質(zhì)粘土滲透性較弱，但其所夾的粘質(zhì)粉土卻有一定滲透性。微承壓水水頭低于潛水水位，埋深呈年周期性變化，水位埋深約為3.0～11.0m。

承壓水：本場(chǎng)地承壓水賦存于第⑦2-1層粉砂夾粉質(zhì)粘土、⑦2-2層粉砂、⑨1層粉砂及⑨2層礫砂中，上述第⑦2層承壓含水層與下伏的第⑨層承壓含水層相互連通，含水量相當(dāng)豐富?？辈炱陂g，⑤3-2層微承壓水水位埋深約為5.05m，第⑦2層承壓水水位埋深約5.05～6.83m。

3.5 分坑施工

考慮到施工過(guò)程中減小對(duì)軌道交通的影響，故I區(qū)先進(jìn)行開(kāi)挖施工，待I區(qū)地下結(jié)構(gòu)完成后再開(kāi)始開(kāi)挖II區(qū)，待II區(qū)底板澆筑完成后并達(dá)到強(qiáng)度后再開(kāi)挖III區(qū)。

3.6 水平支撐施工

考慮到對(duì)軌道交通線(xiàn)的保護(hù)，本項(xiàng)目I區(qū)采用3道鋼筋混凝土支撐，II、III區(qū)采用1道鋼筋混凝土支撐+3道鋼管撐（帶自動(dòng)軸力補(bǔ)償系統(tǒng)），對(duì)撐結(jié)合角撐的形式布置。

鋼支撐預(yù)加軸力初始值分別為1600kN、1800kN、1800kN。Ⅱ區(qū)每道鋼支撐對(duì)撐11根；Ⅲ區(qū)每道鋼支撐對(duì)撐14根，共需要軸力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)75套。與傳統(tǒng)鋼支撐相比，鋼支撐軸力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可以有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大變形及最大變化速率，在正常情況下，可將地下三層圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大累計(jì)變形值控制在10mm左右。

3.7 土方開(kāi)挖施工

Ⅰ區(qū)土方開(kāi)挖，總原則是“分層分塊、留土護(hù)壁、限時(shí)對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖”[4]，第一層土采用大開(kāi)挖，對(duì)應(yīng)第二～三道支撐的第二～三層土方采用分塊的方式挖至相應(yīng)的支撐底標(biāo)高，先施工中部的對(duì)撐，再分塊依次開(kāi)挖基坑周邊土方，每塊土方開(kāi)挖后及時(shí)澆筑支撐，完成與先施工的支撐的對(duì)接受力，確?；又苓吤恳婚_(kāi)挖區(qū)域的支撐在土方開(kāi)挖后24h之內(nèi)形成。最后一層土方距離地鐵較近處留15m土方，最后開(kāi)挖。從分塊開(kāi)挖到墊層澆筑完畢控制在18h內(nèi)。第二層土方開(kāi)挖至底板完成時(shí)間為57d。

Ⅱ、Ⅲ區(qū)為長(zhǎng)條形基坑，離開(kāi)運(yùn)營(yíng)中的地鐵隧道僅9m，此基坑開(kāi)挖流程安排最為關(guān)鍵，為嚴(yán)格控制變形、位移，基坑開(kāi)挖時(shí)，采用抽條開(kāi)挖方式，遵循“分層、分段、留土護(hù)壁、對(duì)稱(chēng)、限時(shí)”的原則。每步開(kāi)挖所暴露的地下墻體寬度宜控制在25m，單段土體的長(zhǎng)度應(yīng)控制在3m左右。土方開(kāi)挖施工應(yīng)充分利用土體“時(shí)空效應(yīng)”，鋼支撐掏槽開(kāi)挖并安裝支撐。鄰地鐵的分區(qū)設(shè)300厚墊層，墊層內(nèi)設(shè)置H300×300×10×20型鋼。II區(qū)及III區(qū)第二層土方開(kāi)挖至底板完成時(shí)間均控制在30d。

3.8 基坑信息化施工的監(jiān)測(cè)

本工程對(duì)地鐵保護(hù)要求高，故需要在基坑施工過(guò)程中對(duì)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下。

①基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系監(jiān)測(cè)：圍護(hù)墻體深層側(cè)向位移；坑外土體深層側(cè)向位移；圍護(hù)墻頂垂直位移及水平位移監(jiān)測(cè)；地墻內(nèi)力監(jiān)測(cè)；支撐的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試；坑外地下水位監(jiān)測(cè)。

②周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)：地下管線(xiàn)垂直位移、水平位移監(jiān)測(cè)；附近建筑物垂直位移監(jiān)測(cè)；場(chǎng)外地表沉降剖面監(jiān)測(cè)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本項(xiàng)目在可靠的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的規(guī)范施工下，軌道交通、周邊道路及管線(xiàn)的變形均控制在允許范圍內(nèi)，確保了緊臨運(yùn)營(yíng)中的軌道交通環(huán)境下施工的工期、質(zhì)量及安全，為今后類(lèi)似基坑的施工提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。