杭州市金橋北路市政綜合管廊基坑施工技術(shù)

郭旭東 徐 俊 王 寧 陳 鑫

(1.浙江交工集團(tuán)股份有限公司地下工程分公司,浙江 杭州 310051; 2.浙江理工大學(xué) 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)研究所,浙江 杭州 310018; 3.浙江省裝配式混凝土工業(yè)化建筑工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310018)

0 引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下商場(chǎng)、地鐵、地下管廊等地下建筑逐漸興起，復(fù)雜、深大基坑的出現(xiàn)給基坑設(shè)計(jì)、工程施工和管理帶來巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[1]。杭州地區(qū)具有獨(dú)特的軟土地質(zhì)條件和地下水環(huán)境，基坑開挖施工容易受周圍建筑和管線的影響，因此基坑施工全過程應(yīng)做好勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等重要工作，采用信息化綜合管理系統(tǒng)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)，保護(hù)基坑安全施工和鄰近結(jié)構(gòu)的正常穩(wěn)定。

針對(duì)杭州市富陽區(qū)金橋北路市政綜合管廊項(xiàng)目基坑工程，探討通過施工工藝解決復(fù)雜環(huán)境下的基坑開挖穩(wěn)定性、周邊環(huán)境保護(hù)等問題，對(duì)基坑降水、支撐安裝等關(guān)鍵施工技術(shù)和環(huán)境保護(hù)措施進(jìn)行組織設(shè)計(jì)，確保管廊項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目為杭州市富陽區(qū)金橋北路市政綜合管廊K0+340～K3+146標(biāo)段項(xiàng)目，北起高新路，南至體育場(chǎng)路。管廊南北布置，實(shí)際施工段落2.806 km。圖1為管廊地理位置圖。管廊設(shè)計(jì)外框尺寸為10.3 m×4.6 m，基坑開挖深度為8 m～12 m。

基坑圍護(hù)采用850 mm厚TRD水泥土連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，TRD水泥土墻內(nèi)插H700×300型鋼，間距0.6 m～1.2 m。水泥采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比取1.0～2.0，一般段水泥摻量為20%，臨近建筑物及臨河段提高水泥摻量至30%。

支撐體系采用鋼筋混凝土支撐和鋼管支撐結(jié)合，基坑內(nèi)設(shè)2道～3道內(nèi)支撐，第1道采用800×800鋼筋混凝土支撐，第2，3道采用φ609×16鋼管支撐。

部分基坑底部位于軟弱土層，采用φ800@600高壓旋噴樁進(jìn)行地基加固，水泥采用P.O42.5級(jí)及以上普通硅酸鹽水泥?；拥字量拥滓韵? m地基加固水泥摻量為25%，設(shè)計(jì)要求水泥土28 d強(qiáng)度qu≥1.0 MPa。

1.2 工程地質(zhì)條件

本工程所涉及的土層如下：①1雜填土，土質(zhì)不均勻，全場(chǎng)分布；①2耕土及素填土：灰褐色，夾少量碎礫石；②1粘土，硬可塑，韌性高；②2粉質(zhì)粘土：灰褐色、灰黃夾白色，韌性中等；②3-1粘質(zhì)粉土，干強(qiáng)度和韌性低；④1淤泥及淤泥質(zhì)粘土，流塑，局部缺失；④2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色，流塑；④3淤泥質(zhì)粘土，灰色，流塑，干強(qiáng)度和韌性高；⑤1粉質(zhì)粘土，可塑；⑤2含砂粉質(zhì)粘土，干強(qiáng)度和韌性中等，少量分布；⑥1圓礫：灰黃、褐黃色，密實(shí)，全場(chǎng)分布。主體基坑底板主要落在④1淤泥及淤泥質(zhì)粘土層，土層地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 土層地質(zhì)參數(shù)表

1.3 水文地質(zhì)條件

本項(xiàng)目場(chǎng)內(nèi)地下水類型主要為潛水、承壓水和基巖裂隙水。潛水地下水位埋深為0.95 m～4 m，主要接受大氣降水和地下同層側(cè)向徑流補(bǔ)給，以豎向蒸發(fā)及地下同層側(cè)向徑流方式排泄，并隨季節(jié)性變化；承壓水地下水位埋深為地面下2.49 m，分布于中下層，水量豐富含水層厚度較大；基巖裂隙水主要賦存于下部基巖風(fēng)化裂隙內(nèi)，水量相對(duì)較弱。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。

2 工程重點(diǎn)和難點(diǎn)

1)基坑周邊地面建筑物保護(hù)。

本項(xiàng)目位于城市主干道，施工場(chǎng)地周邊有居民住宅和橋梁等建筑物，對(duì)周邊建筑物保護(hù)尤為重要。需加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，在基坑周邊設(shè)置地面沉降和基坑變形觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)基坑內(nèi)外的地下水位變化及地下管線的沉降進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)基坑周邊建筑物變形超過警戒值或迎水面時(shí)，需及時(shí)與監(jiān)理、設(shè)計(jì)、業(yè)主溝通，采取措施，保證基坑及周圍建筑物的安全。

2)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏易造成基坑發(fā)生流沙、管涌等問題，影響基坑安全穩(wěn)定性[2]。開挖完成發(fā)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏現(xiàn)象即停止開挖，先從內(nèi)進(jìn)行引流、封堵處理，進(jìn)行外部注水泥水玻璃雙漿液堵漏處理。

3)確?；影踩€(wěn)定。

本項(xiàng)目基坑開挖過程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)周邊環(huán)境影響較大。應(yīng)開挖分段、分層進(jìn)行，遵循時(shí)空效應(yīng)，嚴(yán)格遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)量測(cè)信息反饋、位移分析來調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以此作為安全保證的主要手段。

4)基坑降水。

本項(xiàng)目場(chǎng)內(nèi)地下水類型主要為潛水、承壓水和基巖裂隙水?；娱_挖水位需降至開挖面以下1.0 m，最大水位降深達(dá)10 m左右，降深較大。因此，本項(xiàng)目中，基坑降水按分層、按需降水、動(dòng)態(tài)調(diào)整的原則進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)基坑周邊建筑物不均勻沉降、地下管線變形過大、地面開裂塌陷等異常情況時(shí)，應(yīng)停止大量降水，采取維持性降水，確?；娱_挖的安全進(jìn)行。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

本項(xiàng)目工程圍護(hù)設(shè)計(jì)采用850 mm厚TRD水泥土連續(xù)墻(內(nèi)插H700×300型鋼，間距0.6 m～1.2 m)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，水泥采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比取1.0～2.0，一般段水泥摻量為20%，臨近建筑物及臨河段提高水泥摻量至30%。水泥土28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值qu≥1.0 MPa，滲透系數(shù)不超過1×10-7cm/s，水泥土連續(xù)墻墻體垂直度允許偏差1/250。TRD工法施工采用3循環(huán)水泥土攪拌墻建造工序，即前行切削、回程切削、攪拌固化成墻的施工方法部分。主要施工步驟如圖2所示。基坑坑底位于軟弱土層，為保證基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，采用φ800@600高壓旋噴樁加固，水泥采用P.O42.5級(jí)及以上普通硅酸鹽水泥。水泥土加固體28 d時(shí)qu不低于1.0 MPa。

3.2 降水

本項(xiàng)目場(chǎng)內(nèi)地下水類型為地表水、潛水、承壓水、基巖裂隙水。經(jīng)勘察，場(chǎng)內(nèi)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋具微腐蝕性。本次降水的目的為：

1)將基坑內(nèi)水位維持在基坑開挖面以下不小于1.0 m，保證坑內(nèi)土體邊坡穩(wěn)定，防止滑坡；

2)保證承壓水在基坑開挖過程中滿足抗承壓水穩(wěn)定要求，安全系數(shù)不小于1.1，確?；娱_挖安全;

3)通過控制降水，減少由于基坑降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。

基坑降水按照“分層降水、按需降水”的原則，減少降水對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響，保證基坑開挖的安全[3]?；觾?nèi)降水井類型包括疏干井、混合井和坑內(nèi)減壓備用井及坑外減壓備用兼觀測(cè)井，總計(jì)34口。疏干井間距12 m，坑內(nèi)30 m間距布置減壓井，坑外30 m間距布置減壓備用兼觀測(cè)井。鉆井設(shè)備選用反循環(huán)地質(zhì)鉆機(jī)，降水井孔徑為800 mm。成井工藝如下：定位、埋設(shè)護(hù)孔管、下井管、填料、洗井、降水試驗(yàn)、排水。

3.3 基坑開挖

施工中運(yùn)用“時(shí)空效應(yīng)”理論指導(dǎo)基坑開挖，遵循“開槽限時(shí)支撐，先撐后挖，分層分段，對(duì)稱平衡，留土護(hù)壁，嚴(yán)禁超挖”的原則，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形與周圍地表沉降[4]。

基坑開挖順序如下：測(cè)量放線→冠梁及混凝土支撐施工→基坑降水→分層分段開挖→第二、三道鋼支撐施工→挖至基底→驗(yàn)槽→澆筑墊層。其中施工過程中應(yīng)遵循：

1)須在地下水泥土攪拌墻、冠梁及坑底加固達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度方可進(jìn)行基坑開挖，開挖時(shí)墻后2倍基坑深度范圍內(nèi)堆載不大于25 kPa，且基坑邊3 m范圍內(nèi)不得存土；

2)每一工況挖土及鋼支撐的安裝時(shí)間不超過16 h；

3)基坑開挖縱向坡度不得陡于1∶3坡度，確保邊坡穩(wěn)定；

4)必須分段、分區(qū)、分層、對(duì)稱開挖，不得超挖，每步開挖所暴露的部分水泥土連續(xù)墻寬度宜控制在3 m～5 m，每層開挖深度不大于2.0 m，嚴(yán)禁在一個(gè)工況條件下一次開挖到底；

5)封堵墻兩端各預(yù)留10 m～12 m的平臺(tái)不得開挖，待下個(gè)結(jié)構(gòu)段施工時(shí)，再行挖除。圖3為基坑開挖平面示意圖。

3.4 支撐施工

1)鋼圍檁安裝。

每層土方開挖至支撐位置后，根據(jù)測(cè)量組放出的鋼圍檁中心線反算出鋼牛腿頂面標(biāo)高，進(jìn)行牛腿安裝。鋼圍檁隨支撐架設(shè)順序逐段吊裝，采用人工配合吊機(jī)將鋼腰梁安放于支撐板，鋼圍檁安裝后應(yīng)檢查支撐板是否與鋼圍檁緊密焊接，或因撞擊而松動(dòng)，如出現(xiàn)焊接不牢應(yīng)及時(shí)補(bǔ)焊，因?qū)嶋H支撐板安裝角度容易出現(xiàn)偏差，可采用鋼楔將支撐板與圍檁間縫隙焊實(shí)，最后用C30細(xì)石混凝土將圍檁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間縫隙填充密實(shí)，以便圍檁均勻受力。

2)鋼支撐預(yù)加軸力控制。

鋼支撐安設(shè)好后，必須立即施加向外的預(yù)加軸力。預(yù)加軸力按照鋼支撐軸力設(shè)計(jì)值的50%施加，施加可根據(jù)地表沉降及樁頂側(cè)移適當(dāng)調(diào)整。預(yù)加軸力應(yīng)根據(jù)施工監(jiān)測(cè)情況分級(jí)施加，避免圍護(hù)樁樁體發(fā)生向基坑外側(cè)過大的變形。過河段管廊換撐，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為控制墻體水平位移，鋼支撐必須附加預(yù)應(yīng)力裝置，下道支撐架設(shè)后需對(duì)所有支撐附加預(yù)應(yīng)力。支撐架設(shè)完成后，為克服支撐端頭與連續(xù)墻面不完全密貼而造成的點(diǎn)支承或線支承現(xiàn)象，防止鋼支撐偏心受壓，對(duì)圍檁與圍護(hù)樁之間的空隙加設(shè)鋼楔打緊并灌注快凝早強(qiáng)砂漿充填，保證支護(hù)體系的整體支撐效果。

3)支撐拆卸。

鋼支撐卸荷及拆卸要在相應(yīng)結(jié)構(gòu)澆筑完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后拆除，結(jié)合結(jié)構(gòu)施工過程，以免發(fā)生質(zhì)量及安全事故。

4 環(huán)境保護(hù)措施

4.1 施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境保護(hù)

施工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲、粉塵及廢水等將直接影響社區(qū)生活環(huán)境。因此，切實(shí)做好環(huán)境保護(hù)工作是保持正常施工的主要工作之一[5]。

針對(duì)本項(xiàng)目工程所處位置的特點(diǎn)，建立施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保自我保證體系。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲，揚(yáng)塵等污染采取措施，以減輕各種污染及噪聲擾民。現(xiàn)場(chǎng)出入口設(shè)專人清掃車輪，并拍實(shí)車上土或嚴(yán)密遮蓋，運(yùn)輸土方最高點(diǎn)不超過車輛槽上沿50 cm。施工現(xiàn)場(chǎng)攪拌作業(yè)時(shí)，在攪拌前設(shè)置“沉淀池”。使排放的廢水排入沉淀池，經(jīng)沉淀后，流入水溝排入市政污水管。

4.2 地下管線的遷移和保護(hù)

本工程沿線道路作為穿越城區(qū)的南北向主干道，施工區(qū)域管線錯(cuò)綜復(fù)雜，存在給水管、電力管、通信管及燃?xì)夤?，保護(hù)管線對(duì)保證周圍居民正常生活至關(guān)重要，因此管線遷移是本工程的關(guān)鍵。本工程將橫穿管廊的通信管和燃?xì)夤?，與相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位對(duì)接完成后進(jìn)行二次遷改，對(duì)于管廊上方的給水管改遷至中分帶。

4.3 建筑物的保護(hù)措施

對(duì)于基坑周邊的建筑，需采取相應(yīng)的保護(hù)措施：

1)基坑開挖過程嚴(yán)格遵循“分段、分層、平衡”的原則，先撐后挖，控制支撐架設(shè)時(shí)間，及時(shí)準(zhǔn)確施加預(yù)應(yīng)力，保證基坑邊坡穩(wěn)定和周邊建筑物安全；

2)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，在基坑周邊設(shè)置地面沉降和基坑變形觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)基坑內(nèi)外的地下水位變化及地下管線的沉降進(jìn)行監(jiān)控，運(yùn)用信息化施工，確保周邊建筑物的安全。

4.4 信息化施工

謝亮等[6]將信息化施工應(yīng)用于湘潭市新天地(九華)商業(yè)區(qū)基坑項(xiàng)目中，對(duì)基坑周邊設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)施工過程中基坑變形等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確?；影踩?。本工程中，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)嚴(yán)格控制，實(shí)施信息化管理，根據(jù)信息及時(shí)做出調(diào)整，反饋到施工中。在基坑周邊設(shè)置地面沉降和基坑變形觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)基坑內(nèi)外的地下水位變化及地下管線的沉降進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)量測(cè)信息反饋、位移分析來調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以此作為安全保證的主要手段?；娱_挖過程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)周邊環(huán)境影響較大。當(dāng)出現(xiàn)基坑周邊建筑物不均勻沉降、地下管線變形過大、地面開裂塌陷等異常情況時(shí)，應(yīng)停止大量降水，采取維持性降水，立即分析原因，采取措施排除隱患。

5 結(jié)語

在“分層、分段、平衡”的時(shí)空效應(yīng)理論指導(dǎo)下，進(jìn)行復(fù)雜環(huán)境下的綜合管廊項(xiàng)目基坑開挖施工組織設(shè)計(jì)。結(jié)合該地區(qū)獨(dú)特的軟土地質(zhì)和地下水環(huán)境，該工程采用TRD水泥土內(nèi)插型鋼連續(xù)墻為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，按照“分層降水、按需降水”的原則減少降水對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響，并對(duì)該地區(qū)地下管線和周邊建筑進(jìn)行保護(hù)，確?；拥陌踩┕ず椭苓叚h(huán)境的正常穩(wěn)定。同時(shí)采用信息化施工技術(shù)，對(duì)基坑和周圍建筑物變形、支撐軸力、坑外地表沉降等重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行分析控制，使基坑整體變形在安全可控范圍，確保管廊項(xiàng)目的順利進(jìn)行。本次管廊項(xiàng)目基坑施工的實(shí)踐，可為杭州地區(qū)深基坑工程設(shè)計(jì)和施工提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。