咬合樁在緊鄰地鐵基坑工程清障中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙 軍

上海申元巖土工程有限公司，上海 200011

隨著我國(guó)城市地下空間開發(fā)的不斷發(fā)展，新建基坑工程越來(lái)越多。一方面，由于城市更新過(guò)程中，舊建筑物拆除重建時(shí)，原有地下室基礎(chǔ)或工程樁遺留在場(chǎng)地內(nèi)；另一方面，由于工程開發(fā)時(shí)的客觀因素制約，先施工結(jié)構(gòu)無(wú)法考慮對(duì)后續(xù)開發(fā)的影響等，這些往往成為新建基坑工程的地下障礙物，為后續(xù)工程開發(fā)建設(shè)增加了較大的難度。如何選取一個(gè)合適的清障方案，對(duì)新建工程的工期和造價(jià)影響較大［1］。

本文以軟土地區(qū)的某緊鄰地鐵基坑工程為背景，針對(duì)先施工的過(guò)街通道頂管及工作井深入擬建地下室內(nèi)部，介紹了基坑工程清障設(shè)計(jì)中面臨的一系列技術(shù)難點(diǎn)，以及為了清障采取的相應(yīng)技術(shù)措施，驗(yàn)證了咬合樁在穿越既有通道基坑工程清障中的可行性，可以為類似工程的清障設(shè)計(jì)施工提供重要的參考和借鑒。

1 工程概況

項(xiàng)目坐落于上海市濱江區(qū)域，龍耀路以北、規(guī)劃云謠路以西、規(guī)劃龍啟路以南、規(guī)劃豐谷路以東。場(chǎng)地中間是云錦路，將本項(xiàng)目分為東地塊和西地塊。項(xiàng)目總用地面積約7.2 萬(wàn)m2，建筑面積約51 萬(wàn)m2，整體設(shè)置三層地下室（局部?jī)蓪樱?，東地塊和西地塊的基坑面積分別為3.4 萬(wàn)m2和3.2 萬(wàn)m2，常規(guī)區(qū)域的開挖深度約15.7～18.6m，局部深坑的開挖深度約24m。

云錦路下方是上海地鐵11 號(hào)線（云錦路站-龍耀路）區(qū)間隧道，已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)。地墻隧道為盾構(gòu)法施工，隧道直徑約6.2m，管片厚度約350mm，上下行線分離，隧道頂部的埋深約8.36～11.66m。地鐵隧道距離東地塊地下室外墻最近約8.3m，距離西地塊地下室外墻最近約40.2m。

云錦路下方有已施工完成的過(guò)街通道，連接?xùn)|西兩個(gè)地塊。采用頂管法施工，通道頂部覆土厚度約3.5m，矩形頂管內(nèi)徑6mx3.3m，壁厚450mm，單節(jié)頂管寬度1.5m。通道長(zhǎng)45.1m，東西兩側(cè)分別設(shè)置了頂管工作井，采用SMW 工法圍護(hù)，工作井埋深9.3m。

圖1 基坑周邊環(huán)境圖

圖2 地下過(guò)街通道與擬建地下室剖面關(guān)系圖

本項(xiàng)目地下過(guò)街通道位于地鐵隧道上方，地下過(guò)街通道實(shí)施前，地鐵區(qū)間隧道正在施工，尚未投入運(yùn)營(yíng)。為盡量降低過(guò)街通道頂管施工對(duì)地鐵區(qū)間隧道的影響，經(jīng)過(guò)與地鐵主管部門溝通，本項(xiàng)目的頂管施工必須在地鐵開通運(yùn)營(yíng)前完成，因此，地下過(guò)街通道先于兩側(cè)地塊地下室施工。其中東側(cè)的工作井位于擬建地下室內(nèi)部。

本工程基坑設(shè)計(jì)和施工中，如何選取頂管工作井區(qū)域的清障方案，保證東側(cè)地塊基坑工程的順利進(jìn)行，并確保清障和基坑施工對(duì)正在運(yùn)營(yíng)中的地鐵隧道的影響在安全范圍以內(nèi)，是本項(xiàng)目的難點(diǎn)之一。

2 基坑設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述

本項(xiàng)目屬于軟土地區(qū)超深超大基坑，根據(jù)建設(shè)單位的項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃，為保證兩側(cè)地塊的超高層塔樓盡快完成，東西地塊基坑工程需同步實(shí)施，基坑大面積同時(shí)開挖引起的環(huán)境影響將非常顯著。為了保護(hù)基坑周邊環(huán)境，特別是正在運(yùn)營(yíng)的地鐵區(qū)間隧道的安全，本項(xiàng)目的基坑設(shè)計(jì)采取了大量針對(duì)性的技術(shù)手段［2］。

首先，分區(qū)施工，化大坑為小坑。東地塊的基坑距離地鐵區(qū)間隧道最近僅8.3m，根據(jù)塔樓、裙房的位置，與地鐵隧道的距離關(guān)系等，分為7 個(gè)區(qū)。西地塊的基坑分區(qū)為3 個(gè)，單個(gè)分區(qū)基坑面積控制在1 萬(wàn)m2以內(nèi)，分區(qū)需同時(shí)兼顧塔樓和裙房結(jié)構(gòu)的相對(duì)完整性。

其次，周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻兩墻合一的形式，保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度以及止水質(zhì)量，以控制變形和保護(hù)周邊環(huán)境。臨近地鐵側(cè)，地下連續(xù)墻的厚度采用1000mm，并且在地下連續(xù)墻兩側(cè)設(shè)置三軸水泥土攪拌樁作為槽壁加固，從而減少地下連續(xù)墻成槽過(guò)程中的環(huán)境影響，其他區(qū)域和基坑分區(qū)的臨時(shí)分隔墻，地下連續(xù)墻采用800mm。

第三，為了保證運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的安全，每個(gè)分區(qū)基坑豎向設(shè)置三道水平鋼筋混凝土支撐，并設(shè)置了大量水平施工棧橋，加快土方開挖及運(yùn)輸速度。在臨近地鐵側(cè)的地下二層區(qū)域，每個(gè)窄條基坑豎向均設(shè)置三道水平支撐，其中第一道支撐采用鋼筋混凝土，第二/三道支撐采用鋼管支撐，且鋼管支撐采用軸力自伺服系統(tǒng)，可以根據(jù)支撐軸力監(jiān)測(cè)情況，實(shí)施調(diào)整鋼支撐的預(yù)應(yīng)力大小，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

3 既有頂管及工作井清障設(shè)計(jì)方案

3.1 清障設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目由于開發(fā)條件的客觀因素制約，地下過(guò)街通道必須在地鐵區(qū)間隧道正式運(yùn)營(yíng)前完成，因此先于兩側(cè)地塊的新建地下室完成，且東側(cè)的過(guò)街通道頂管及工作井已經(jīng)深入擬建地下室的內(nèi)部，成為新建地下室施工的地下障礙物。過(guò)街通道和工作井的埋深約9.3m，清障深度大，且緊鄰正在運(yùn)營(yíng)的地鐵區(qū)間隧道，環(huán)境保護(hù)要求極為苛刻，必須采取安全可靠的清障措施，將清障對(duì)周圍環(huán)境的影響降至最低。

根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，可供選擇的清障方案主要有三種：

方案一、采取臨時(shí)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（如SMW 工法或鋼板樁等），明挖法清除地下障礙物，回填密實(shí)后，再施工該區(qū)域的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（地下連續(xù)墻）。該方案的清障技術(shù)難度低，費(fèi)用最少，但是對(duì)周邊環(huán)境的影響較大，且清障工期最長(zhǎng)［3］。

方案二、采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障，回填密實(shí)后，再施工該區(qū)域的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（地下連續(xù)墻）。該方案的清障費(fèi)用較高，且清障后需重新施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)，清障工期較長(zhǎng)。

方案三、采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工咬合樁（作為新建基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)），清障和新施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合。該方案的清障費(fèi)用較高，但清障工期最短，對(duì)周邊環(huán)境的影響最小。

綜上所述，考慮到本項(xiàng)目基坑工期緊張，且緊鄰地鐵區(qū)間隧道，變形控制要求極為苛刻，因此，最終清障設(shè)計(jì)方案采用方案三，直接利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工咬合樁，將清障和圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工相結(jié)合。

圖3 地下室輪廓與工作井平面位置圖

圖4 咬合樁平面布置及施工流程圖

3.2 清障設(shè)計(jì)方案

根據(jù)東地塊的地下室輪廓線，本項(xiàng)目擬建地下室外墻，正好貫穿過(guò)街通道的頂管區(qū)域，該區(qū)域結(jié)構(gòu)為預(yù)制拼接管片，單節(jié)管片寬度1.5m，如果采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障，則該區(qū)域的頂管管片極易發(fā)生破壞，新建地下室與過(guò)街通道之間后期的結(jié)構(gòu)連接和防水等將難以實(shí)施。因此，經(jīng)溝通，最終將該區(qū)域的地下室輪廓線進(jìn)行了調(diào)整，地下室外墻貫穿原工作井區(qū)域，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障和咬合樁施工，均在工作井范圍內(nèi)，方便后期新建地下室和已建地下過(guò)街通道的結(jié)構(gòu)連接和節(jié)點(diǎn)防水處理。

該區(qū)域采用Φ 1200mm 的咬合樁，清障和后期基坑圍護(hù)相結(jié)合，咬合樁采用硬咬合工藝施工，相鄰樁之間咬合250mm，咬合樁的深度同臨近的地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)。咬合樁施工采用跳樁法施工，先施工A 樁（配置矩形鋼筋籠），后施工B 樁（配置圓形鋼筋籠），施工工藝流程如下：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3。

4 項(xiàng)目實(shí)施及監(jiān)測(cè)情況

4.1 項(xiàng)目實(shí)施情況

本項(xiàng)目工作井區(qū)域清障施工，采用一臺(tái)RT200全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，從進(jìn)場(chǎng)清障到咬合樁完成，工期40d。工作井所在的東地塊基坑分區(qū)，基坑從開挖到底板完成時(shí)，歷時(shí)28d。

清障及新建基坑施工的工況如下：

工況一、在原工作井內(nèi)部施工400mm 厚的臨時(shí)封堵墻；

工況二、拆除工作井頂板，在工作井內(nèi)部回填粘土，并分層碾壓密實(shí)；

工況三、采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清障并施工咬合樁；

工況四、根據(jù)基坑分區(qū)開挖順序，開挖工作井所在的窄條基坑，并邊挖邊破除原工作井結(jié)構(gòu)，待基坑開挖到底后，回筑完成新建地下室結(jié)構(gòu)；

工況五、鑿除咬合樁，將新建地下室結(jié)構(gòu)與地下過(guò)街通道結(jié)構(gòu)連通。

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，臨近地鐵隧道的小基坑，基坑開挖到底時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大側(cè)向變形為3.8mm，深度為13.5m。本項(xiàng)目為控制清障和基坑開挖的環(huán)境影響，采取的一系列針對(duì)性的技術(shù)手段，如通過(guò)化大坑為小坑縮短單個(gè)基坑施工時(shí)間，采用咬合樁將清障和基坑圍護(hù)相結(jié)合，以及鋼支撐軸力自伺服系統(tǒng)的應(yīng)用等，有效的控制了基坑變形。

清障和基坑開挖期間，臨近的地鐵隧道變形較為穩(wěn)定，豎向變形的平均值在-2mm～+3mm左右；距離基坑最近的東側(cè)地鐵隧道，變形以豎向沉降為主，在基坑中段的沉降最大，其累積沉降值約10mm，南北兩段的沉降最大，其累積沉降值約5mm，基坑變形曲線呈現(xiàn)明顯的“馬鞍形”分布（見圖5）。

經(jīng)過(guò)與地鐵監(jiān)護(hù)部門溝通確認(rèn)，本項(xiàng)目地鐵隧道新增變形報(bào)警值為10mm。為了保證地鐵是隧道的安全運(yùn)營(yíng)，在清障和基坑土方開挖期間，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況，設(shè)計(jì)對(duì)清障、土方開挖、降水等相關(guān)施工工序提出了詳細(xì)的技術(shù)要求和指導(dǎo)，并定期與地鐵監(jiān)護(hù)部門溝通確認(rèn)隧道變形情況，從清障開始至全部地下室完成時(shí)，地鐵隧道的新增變形未超過(guò)10mm，有效地保護(hù)了地鐵隧道。

圖5 地鐵隧道在基坑施工期間的豎向位移增量

5 結(jié)論

本文結(jié)合軟土地區(qū)緊鄰地鐵的基坑工程，針對(duì)先施工的過(guò)街通道及工作井深入擬建地下室內(nèi)部，介紹了基坑清障采取的一系列技術(shù)措施，如調(diào)整地下室輪廓線，采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)將清障和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工相結(jié)合等，在保證工期的前提下，保證了臨近地鐵隧道的安全運(yùn)營(yíng)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好。主要結(jié)論如下：

（1）在緊鄰重要保護(hù)對(duì)象的基坑清障工程中，采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行咬合樁施工，將清障和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，既可以節(jié)約清障工期，又可以有效的減少清障對(duì)周圍環(huán)境的影響。

（2）咬合樁作為臨近地鐵區(qū)域的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，止水效果好，整體剛度較大，可以滿足臨近地鐵基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和止水的要求，有效的保護(hù)了既有隧道的運(yùn)營(yíng)安全。