緊鄰地鐵隧道的填海區(qū)深基坑施工關鍵技術

陳 浩/CHEN Hao

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

我國經(jīng)濟的快速發(fā)展極大地推動了城市化建設，由此衍生出大量基坑工程，且由于現(xiàn)代城市地下空間的復雜性，基坑開挖面臨復雜的地下管線及地鐵等地下構筑物，開挖及支護難度越來越大。深基坑支護體系類型多，且使用多種施工工藝，對深基坑設計與施工提出更高挑戰(zhàn)，深基坑工程顯現(xiàn)出很強的綜合性及地域性。如何應對不同的基坑特性，合理的選擇支護體系組合，保障施工安全的同時降低施工成本，成為目前具備挑戰(zhàn)性的問題[1～2]。

國內(nèi)學者對深基坑工程設計及施工開展較多研究，李松晏[3]等針對緊鄰地鐵深基坑的地下連續(xù)墻施工采用旋挖機、成槽機、沖孔錘與銑槽機等組合機械成槽施工，并采用咬合樁盒三重管高壓旋噴樁對地下連續(xù)墻槽壁進行雙重防護，保障地鐵隧道安全；田賀維[4]等針對天津津塔深基坑采用地下連續(xù)墻和雙圓環(huán)鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系+高壓旋噴樁做止水帷幕的方式，保障了基坑的安全穩(wěn)定性。但深基坑施工區(qū)域緊鄰地鐵等保護區(qū)域的支護形式組合還不夠成熟，仍需要大量工程實踐進行合理的優(yōu)化，因地制宜選取合理的支護體系。

本文結合深圳前海桂灣區(qū)某項目，對緊鄰地鐵的深基坑支護體系設計及關鍵施工技術進行研究。

1 工程概況

深圳前海桂灣區(qū)某項目位于廣東省深圳前海深港現(xiàn)代服務業(yè)合作區(qū)，項目總用地面積為18 218.36m2，主要為兩棟塔樓，北側及南側地塊塔樓限高分別210.25m 和120.75m。塔樓設有四層地下室，基坑長約167m，寬約116m，開挖深度21～24m，基坑開挖規(guī)模大、深度大，支護難度較高，總開挖土石方量約40 萬m3。項目效果圖如圖1 所示。

圖1 項目效果圖

場地東側為運營中的地鐵11 號線區(qū)間隧道，隧道結構在項目東側用地紅線以內(nèi)11.58m，基坑圍護結構距離地鐵隧道6.54m；西側擬建地下車行聯(lián)絡道，聯(lián)絡道下有規(guī)劃穗莞深城際線隧道，基坑的西側為暫未出讓地塊；南側緊鄰在建冠澤地塊；北側為規(guī)劃桂灣四路；東北角為地鐵出入口。

1.1 工程地質條件

項目場地位于深圳市前海灣填海區(qū)，所在位置填海前原始地貌為濱海灘涂（以蠔田為主），經(jīng)人工填高整平，總體地勢平緩，地形西高、東低，西南角受鄰近冠澤工地開挖影響局部地段開挖較深。根據(jù)鉆探揭露，場地內(nèi)地層主要有：第四系人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Q4mc）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）、第四系殘積層（Qel），下伏基巖為薊縣系-青白口系混合花崗巖（Mγ3）。

1.2 水文條件

擬建場地在前海灣填海區(qū)，附近無地表水流，西側有拋石擠淤形成的積水洼地，水深30～50cm，西側約300m 外為前海灣海水。地下水位埋深介于3.2～7.2m，高程介于0.63～2.76m，平均高程為1.98m。由于場地東側的地鐵5 號線延長線桂灣站和南側冠澤工地正在進行井點降水施工，故地下水位偏低。另外根據(jù)調查本場地區(qū)域常年穩(wěn)定水位標高在4.0m 左右。

2 施工重難點

1）確保在基坑圍護結構、土石方和樁基礎施工中，東側地鐵11 號線安全、穩(wěn)定運行是施工管理重點之一?；訓|側圍護結構距地鐵結構僅6.54m，基坑圍護結構、土石方開挖及樁基施工可能影響地鐵運行安全。基坑開挖施工對沉降及變形、軌道沉降差等方面有嚴格的變形限值要求，極大地增加了施工難度。

2）周邊在施項目多，對本項目施工進度、施工安全影響大。西南角現(xiàn)狀地表標高低，與場內(nèi)標高存在很大高差，且該部位存在冠澤地塊的錨索，對基坑支護影響很大。

3）工程地質條件極復雜，圍護結構質量控制難度大。本項目地處前海灣填海區(qū)，有填石層、填砂層及淤泥層，地下水與海水連通，水量豐富，基坑的止水和抽排水技術要求較高。

3 基坑支護方案設計

3.1 設計原則

本工程基坑安全等級均為一級，西側桂灣地下車行聯(lián)絡道即將開工，業(yè)主要求一同開挖基坑，東側為運營中地鐵11 號線區(qū)間隧道，所有支護結構不得進入地鐵結構外3m 范圍內(nèi)?；又ёo設計需保證安全的前提下考慮經(jīng)濟性最優(yōu)原則。

3.2 基坑支護體系設計

基坑東側及北側采用地下連續(xù)墻+混凝土支撐支護，西側及南側采用排樁（咬合樁）+混凝土支撐支護，塔樓核心筒基坑與大基坑之間存在2.5m 高差，西側聯(lián)絡通道開挖基坑比東側主樓基坑開挖面高約5.0m，中間以1∶1 斜坡過渡，水平支撐布置可以滿足聯(lián)絡通道與主體獨立施工的要求。

1）地下連續(xù)墻基坑東側和北側設計為地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻厚度為1 200mm，東側標準槽寬為4m，北側標準槽寬為6m，深度25.8～30.2m?；炷翉姸鹊燃墳镃40P10。地下連續(xù)墻接頭位置外側選擇采用1 根直徑800mm 的三重旋噴樁加強止水效果。

2）咬合樁基坑南側和西側設計采用咬合樁+四道內(nèi)支撐的支護形式，間距@1 500，排列方式為A 型樁?1 200（C30 水下鋼筋混凝土樁）和B 型樁mm1000（C20 素混凝土樁）間隔布置，樁長11.48～36.1m。樁底沉渣小于200mm，樁頂高出設計標高500～800mm，鋼筋保護層厚度70mm，A 型樁必須切割B 型樁施工。深基坑支護設計效果圖如圖2 所示。

圖2 深基坑支護設計效果圖

3.3 基坑降水設計

基坑周邊設置截水帷幕控制地下水，靠近地鐵一側及北側為1 200mm 厚地下連續(xù)墻，其他側邊為鉆孔咬合樁。沿坑頂、坑底各邊線分別設置排水溝，排水溝每50m 左右設集水井，通過溝壑集水井匯水抽排。在基坑的東側靠近地鐵11 號線的隧道設置回灌井。

4 關鍵施工技術

4.1 超前鉆施工

基坑開挖施工前進行超前鉆探，為地下連續(xù)墻、工程樁設計和施工提供較為詳細的墻（樁）端持力層埋深等地質資料。地下連續(xù)墻施工前，為確定墻底持力層深度，對超前鉆探采取以下要求：①鉆探深度要求：地連墻終孔條件為入中風化4.6m（3 倍墻厚），工程樁終孔條件為孔底以下3 倍樁徑；②超前鉆數(shù)量要求：地下連續(xù)墻每幅墻不少于2 孔，塔樓抗壓樁每根樁均要進行超前鉆施工。

超前鉆孔布置根據(jù)原詳細勘察鉆孔的分布情況、墻端的位置、基坑支護的重要性、地質條件的復雜程度等因素綜合考慮確定。地下連續(xù)墻共布置超前鉆孔108 個?？辈爝^程中，首先進行勘察鉆孔測量放點，防止打穿11 號線地鐵結構。鉆孔采用XY-1A 型工程鉆機施工，上部松散層采用跟管護壁鉆進，中下部地層采用泥漿護壁回轉鉆進，到塊狀強風化或者中、微風化巖面則換巖心管采取巖芯。超前鉆對持力層的巖芯取樣要達到80%的完整率，所有取樣巖芯需按平面鉆孔編號裝箱。

4.2 高壓旋噴樁施工

1）止水帷幕采用高壓三管旋噴樁止水，成樁的樁徑為600mm，樁心距300mm，成孔直徑為?80mm。

2）單管、三管旋噴樁施工參數(shù)如下：注漿體采用普通硅酸鹽（42.5R）純水泥漿，水灰比為1∶1 水泥漿，水壓為25～32MPa，氣壓為0.6～0.8MPa，漿壓為1～2MPa，具體壓力經(jīng)試樁后確定，提升速度為0.1～0.15m/min，每米水泥摻入量不少于350kg。注漿管按0.1～0.15m/min 控制提升速度，分段提升的搭接長度大于100mm，遇砂層時緩慢提升、復噴，確保止水效果。

4.3 三軸攪拌樁施工

為保證連續(xù)墻在填土層及淤泥層的成孔質量，在地下連續(xù)墻的兩側各設置單排?850@1200三軸攪拌樁加固土體，如圖3 所示。攪拌樁可以起到了成槽護壁作用，防止坍塌，同時增強了止水效果，有利于保護周邊環(huán)境。三軸攪拌樁入強風化巖1.0m，采用套接一孔法施工，選用32.5級PC水泥，摻入量為20%，水灰比為1.2～1.5，要求28 天的無側限抗壓強度大于1.0MPa，攪拌樁勻速下沉和提升，速度均控制在0.6m/min 以內(nèi)。

圖3 三軸攪拌樁樁位布置圖

4.4 地下連續(xù)墻施工

1）地下連續(xù)墻施工采用跳倉法，后澆槽段于先澆槽段強度達70%以上才開始挖槽施工。在槽壁加固的三軸攪拌樁有一定的強度后，插入進行地下連續(xù)墻的導墻施工[5]。

2）地下連續(xù)墻的墻面傾斜度不允許大于1/300；墻面局部凸出不大于100mm；對連續(xù)墻的施工嚴格按GB50202《建筑地基基礎工程施工質量驗收標準》相關章節(jié)中的相關規(guī)定。地下連續(xù)墻為永久支護，混凝土保護層為70mm，混凝土強度為C40，抗?jié)B等級P10。

3）施工前進行墻端持力層深度檢驗，以確定持力層巖面準確標高，每幅墻不少于2孔超前鉆。

4）槽底清理或置換泥漿結束1h 后，槽底500mm 高度以內(nèi)的泥漿比重不大于1.15，沉渣厚度不大于100mm。嚴格清刷槽段接頭，嚴禁夾雜泥漿或沉渣。混凝土接頭面的清刷工作在清槽換漿即將完成之前進行。

5）導管提升不碰撞鋼筋籠，設置鋼筋籠定位固定器，采取措施避免混凝土澆灌過程中鋼筋籠上浮、下沉。導管埋入混凝土深度在2～4m 內(nèi)，相鄰導管內(nèi)混凝土高差不大于0.5m。

4.5 咬合樁施工

咬合樁施工主要采用“套管鉆機+超緩凝型砼”方案。鉆孔咬合樁采用素混凝土樁（B 樁）鋼筋混凝土樁（A 樁）間隔的排列。先施工B 樁，后施工A 樁，B 樁采用超緩凝型混凝土，在B 樁混凝土初凝之前完成A 樁的施工，A 樁施工時采用套管鉆機切割掉相鄰B 樁的部分混凝土來實現(xiàn)咬合[6]，如圖4 所示。

圖4 鉆孔咬合樁平面示意圖

1）導墻施工導墻施工采用整體木模和鋼管支撐，支撐間距不大于1m，混凝土澆筑前對模板的垂直度、中線和凈距進行驗收。采用C20 混凝土澆筑，澆筑時兩邊對稱交替進行，嚴防跑模。

2）樁機就位將鉆機中心或定位器中心與樁位中心對齊，調整水平保證導桿及套管的垂直度；通過導墻精確定位，反復調整使鉆機中心與樁位中心對準。

3）安裝鋼套管樁機就位后安裝套管，用2臺經(jīng)緯儀雙向復測垂直度，滿足要求后才開始成孔。

4）咬合樁成孔壓入第一節(jié)套管，用旋挖鉆機從套管內(nèi)取土，邊取土邊下壓套管，始終保持套管底口超前開挖面2.5m 以上。第一節(jié)套管壓入土中后地面上留1.2～1.5m，以便于接管，然后檢測垂直度，如不合格則糾偏，如合格則安裝第二節(jié)套管繼續(xù)下壓取土，如此重復直至設計深度。

4.6 施工監(jiān)測

深基坑施工中施工單位除做好第三方監(jiān)測配合工作外，需充分利用深基坑和地鐵隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握深基坑和緊鄰的地鐵安全狀態(tài)，判斷深基坑支護是否合理，施工方法和工藝是否可行，完善和改進施工工藝或程序，做到信息化施工，確保深基坑工程和地鐵始終處于受控狀態(tài)[7]。

4.6.1 監(jiān)測項目

本基坑監(jiān)測主要內(nèi)容有：周圍建筑物、地表沉降監(jiān)測；樁頂、地下連續(xù)墻頂位移監(jiān)測；圍護樁/地連墻內(nèi)力（鋼筋計）監(jiān)測；深層水平位移觀測（樁內(nèi)、墻內(nèi)）監(jiān)測；水位觀測；立柱沉降監(jiān)測；支撐軸力（壓力計）監(jiān)測和地下管線沉降。監(jiān)測頻率為土方開挖過程1 次/天。

1）支護結構水平位移及沉降觀測點：沿支護結構頂或邊坡頂每25～30m 設一個監(jiān)測點，布置在深基坑頂或連系梁頂。

2）周邊建筑沉降觀測點：布置在基坑頂?shù)缆坊蚧又苓呧徑ㄖ?，根?jù)需要進行布置。

3）深層水平位移觀測孔：沿著基坑邊線每約50～100m 布置一個深層水平位移觀測點，布置在基坑四周、地下連續(xù)墻或支護樁內(nèi)。

4）支護樁鋼筋應力監(jiān)測點：選取支護結構典型剖面的支護樁進行應力監(jiān)測點的設置，監(jiān)測點按設計要求隨樁長每5m 一組測點，每組測點對向安裝2 個應力計。

5）地下水位觀測點：沿基坑（邊坡）邊線約每50～100m 布置一個水位觀測剖面，在基坑靠近地鐵隧道部位增設監(jiān)測剖面。

6）支撐軸力監(jiān)測：選取有代表性的內(nèi)支撐對其軸壓力進行觀測，測點設于支撐的三分點處。

7）立柱變形監(jiān)測：選取有代表性的立柱對其沉降進行監(jiān)測。

8）基坑底部隆起：設于基坑底部，主要觀測基坑回彈及隆起值。

9）對地鐵車站和隧道沉降及變形進行監(jiān)測，車站每20m 設一個斷面監(jiān)測點；隧道每6m 設一個斷面監(jiān)測點。

4.6.2 監(jiān)測結果

根據(jù)施工期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，最終地鐵結構的水平變形為6mm，豎向變形為8mm，均小于設計10mm 要求。

5 結語

1）緊鄰地鐵的填海區(qū)深基坑施工對地鐵的沉降及變形、軌道沉降差等方面有嚴格的變形限制要求，基坑支護設計需要綜合考慮環(huán)境、安全穩(wěn)定性及經(jīng)濟效益因素。

2）基于基坑四周不同部位不同環(huán)境和地質條件的特點，進行不同側針對性的設計，保證適用性最優(yōu)原則。

3）緊鄰地鐵側等結構物變形控制要求嚴格部位針對采用地下連續(xù)墻+混凝土支撐支護，并結合三軸攪拌樁提高在填土層及淤泥層的成孔質量，可以保障基坑及地鐵等結構物安全；其他一般區(qū)域可采用咬合排樁+混凝土支撐支護。

4）合理的基坑監(jiān)測項目，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)為施工提供依據(jù)，做好信息化施工，為深基坑和地鐵等結構物安全提供保障。