主被動措施在臨河臨房軟土深基坑施工中的應(yīng)用

■何建華

（福建第一公路工程集團有限公司， 泉州 362000）

沿海地區(qū)普遍存在軟淤層地質(zhì)及水系發(fā)育環(huán)境，深基坑開挖時易出現(xiàn)塌陷、沉降、涌起等問題，為確?；娱_挖安全、周邊土體穩(wěn)定，常見的基坑圍護有松木樁圍堰、鋼板樁圍堰、鋼筋砼板樁圍堰、鋼套箱圍堰等。常規(guī)深基坑（5～10 m）一般采用鋼板圍堰，并輔以內(nèi)支撐，通過土側(cè)壓力的平衡以達(dá)到基坑圍護的整體穩(wěn)定性。 這種圍護結(jié)構(gòu)中鋼板本身的剛度較小，主要的受力結(jié)構(gòu)為內(nèi)支撐，如果基坑地理環(huán)境更為復(fù)雜， 如軟淤層厚， 還緊臨河道、民房，基坑開挖時將面臨水、土壓力不平衡問題，靠岸臨房一側(cè)土體易出現(xiàn)偏載沉降或側(cè)滑等安全隱患。更為困難的是，臨河半開挖基坑開挖過程中，河中的圍護無法支撐岸基傳遞過來的土側(cè)壓力，須加予其他輔助措施，以提高基坑支護整體穩(wěn)定性和民房的安全性。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某高速公路工程1 號橋右幅8# 墩， 為懸澆掛籃其中一個主墩，其基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)為：樁基6 根（樁徑1.8 m）、承臺（12.2 m×7.7 m×3.0 m）、墩身為花瓶墩，該墩位于河岸邊，一半基坑位于河道水域內(nèi)， 民房距基坑最近點僅5 m。 地面實際標(biāo)高為5.08 m，最高水位標(biāo)高4.13 m，實測常水位3.65 m，實測水深2.8 m。 因受河道通航凈寬影響，該墩承臺底標(biāo)高需降低4.3 m， 基坑開挖相應(yīng)加深4.3 m，變更后基坑開挖深度調(diào)整為7.58 m（不含封底厚度）。根據(jù)實際地形，基坑開挖時原地面至河床標(biāo)高區(qū)間內(nèi)，相比臨水側(cè)，靠岸臨房側(cè)的土水偏壓較大，即土體偏壓超高1.43 m、土水壓力高差2.8 m。 實際橋墩平面、立面如圖1～3 所示。

圖1 橋墩平面布置圖

圖2 橋墩橫斷面圖

圖3 橋墩縱斷面圖

1.2 工程地質(zhì)特點

1 號橋右幅8 號墩總體地貌屬沿海海積平原地貌，局部為侵蝕剝蝕殘丘。 覆蓋層從上至下主要為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、強風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，其中淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層厚較大。 土層參數(shù)具體如下：層頂標(biāo)高為＋2.5 m、層底標(biāo)高為－22.5 m、容重γ 為16.6 kN/m3、內(nèi)摩擦角φ 為8°、粘聚力C為12 kPa。

2 施工開挖過程分析與具體措施

2.1 基本圍護結(jié)構(gòu)

基本的圍護結(jié)構(gòu)采用拉森Ⅵ型鋼板樁，圍檁采用單/雙拼40H 型鋼， 基坑圍堰采用多錨式板樁圍護結(jié)構(gòu)形式。 為保證計算的安全性、合理性，采用盾恩近似法，取最不利土壓力荷載狀況進行計算。 經(jīng)分析驗算，求得鋼板樁最小入土深度為5.9 m，最小樁長為14.98 m。 中間采用五道混凝土內(nèi)支撐（含一道砼封底），鋼板樁圍堰實例如圖4 所示。

圖4 鋼板樁圍堰實例

2.2 基坑開挖偏壓影響分析

雖鋼板樁選型結(jié)構(gòu)尺寸滿足基坑開挖安全防護要求， 但因該基坑四周為一半水域一半土體，在基坑開挖時，存在土（水）壓力和機械荷載（集中荷載約250 kN）偏壓問題，同時緊鄰基坑5 m 范圍有民房（年代較久），需嚴(yán)格控制周邊土體沉降量和水平位移量，防止對民房造成擾動，導(dǎo)致地基開裂及其他病害問題發(fā)生。

根據(jù)實際地形分析， 靠岸一側(cè)地面標(biāo)高為5.08 m，而靠水域一側(cè)常水位標(biāo)高（取最不利狀態(tài)）為3.65 m，河床標(biāo)高為0.85 m，基坑底標(biāo)高為－2.5 m。經(jīng)計算，土、水主動土壓力差值[1-2]為：

因土、水偏壓將造成不均勻沉降，會對周邊民房造成不利影響，存在地基開裂、臨房失穩(wěn)的安全隱患；又因該墩為懸澆箱梁主墩，位于主要控制性工程節(jié)點線路上，面臨工期緊、通車壓力大等問題，因此結(jié)合實際地形， 在原鋼板樁支撐的基礎(chǔ)上，再增加采用降低土層高度（主動）及地錨加固（被動）措施處理荷載偏壓問題。

2.3 具體處理措施

2.3.1 臨房側(cè)降低土層高度

采取臨房側(cè)降低土層高度措施，即臨近鋼板樁位置開挖出一條溝槽， 以減少靠岸一側(cè)主動土壓力， 經(jīng)計算， 卸載土層高度達(dá)2.3 m 后P臨房土=130.4 kN/m， 即降土后臨房側(cè)土壓力小于臨水側(cè)土水壓力（132.1 kN/m）。同時，為確保鋼板樁水壓力稍向靠岸一側(cè)擠壓，相對增大臨河側(cè)土水壓力，以有利于周邊土體和結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性，則取值將臨房一側(cè)圍堰周邊土體降低2.5 m， 以減小土體偏載壓力（圖5）。

圖5 降低圍堰四周土體示意圖

2.3.2 地錨加固

在靠小樁號第二道圍檁位置設(shè)置鋼絲繩+地錨[4]，地錨主要承擔(dān)基坑開挖施工過程附加的人工、機械、車輛等活荷載。 地錨設(shè)置在距離（小樁號）該道圍檁25 m 處的7 號墩位置， 依靠7 號墩立柱作為地錨的附屬支撐， 地錨埋深2 m， 錨板采用C30鋼筋砼，預(yù)埋7 根鋼絞線（φ15.2 mm），單根鋼絞線可承受拉力193 kN，根據(jù)鋼絞線容許拉力，可滿足附加人工、機械、車輛等增加的荷載，其加固細(xì)部如圖6 所示。

圖6 加固地錨細(xì)部圖

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)該深基坑開挖周邊地理壞境、圍堰支護結(jié)構(gòu)形式特點，主要針對基坑周邊地面沉降、建筑物緊鄰側(cè)地沿線、圍護結(jié)構(gòu)以及地錨等位置進行水平和豎向位移監(jiān)測。 監(jiān)測周期為基坑開挖至回填全過程，監(jiān)測頻率為每0.5 d 觀測1 次（基坑開挖至最后兩層圍檁及砼封底時，增加觀測頻率至每1 h 觀測1 次），并記錄好觀測數(shù)據(jù)，及時做好數(shù)據(jù)分析，為預(yù)判、排除安全隱患提前做好準(zhǔn)備。 具體施工過程監(jiān)測數(shù)據(jù)累計值如表1、2 所示。 從表1 可見，基坑周邊地面、建筑物緊鄰側(cè)地沿線、圍護結(jié)構(gòu)以及地錨等位置的水平和豎向位移均較小，其中建筑物緊鄰側(cè)地沿線基本沒有受影響。 如表2 所示，鋼板樁最大應(yīng)力、彎矩，第一道內(nèi)支撐的反力滿足規(guī)范要求。

表1 水平、豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

表2 鋼板樁內(nèi)力及圍檀支撐反力

4 施工要點控制

施工要點控制如下：（1）根據(jù)設(shè)計圖承臺尺寸及四周預(yù)留不小于1～1.5 m 工作面進行現(xiàn)場施工放樣、定位。 施打前，應(yīng)先設(shè)置導(dǎo)向樁，從上游往下游插打鋼板樁，鋼板樁之間應(yīng)嚴(yán)絲合縫，打拔前應(yīng)檢查鋼板樁是否變形、鎖口是否完整，嚴(yán)禁采用變形超標(biāo)的鋼板樁，鋼板樁頂面標(biāo)高應(yīng)高于地面且不小于0.5 m。 （2）施工過程中，應(yīng)先挖臨近待施作圍檁的四周土體（寬約3 m，可施作圍檁空間），即留中間核心土，待圍檁做好后再挖除核心土，此過程施作圍檁時應(yīng)安排安全員全程跟蹤值班，觀測核心土體滑動情況和巡視機械施工過程中其周邊土體和結(jié)構(gòu)物的擾動情況，并及時提醒圍檁加固人員做好安全防護措施。 （3）基坑開挖前應(yīng)先在鋼板樁小樁號側(cè) （靠岸一側(cè)） 土體進行卸土， 卸荷溝槽寬為5.0 m、深為2.5 m，并修整卸荷溝槽側(cè)壁，同時做好溝槽引排水工作。 （4）挖淤、抽水。 每次挖淤后抽水應(yīng)控制在施作圍檁以下50 cm 內(nèi)，施工前應(yīng)觀察鋼板樁變形情況，變形在計算允許變形范圍內(nèi)則及時開始安裝圍檁和內(nèi)支撐，循環(huán)開挖至最后一道支撐直至結(jié)束前，如變形異常立即停止施工并施作臨時支撐。 （5）圍檁和內(nèi)支撐安裝完畢后，向圍堰內(nèi)注水，注水至與圍堰外水位相同，保持內(nèi)外水位相同的情況下，采用長臂挖機開挖基坑，同時配合水下吸泥。 水下吸泥時應(yīng)遵循一側(cè)向另一側(cè)有序進行，杜絕跳躍隨意選點。 （6）開挖至封底混凝土底標(biāo)高后，潛水員下水進行檢查，標(biāo)高、平整度、鋼板樁凹槽清理程度等滿足要求后，水下澆筑C30 封底混凝土。 （7）封底混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度70%以后抽干圍堰內(nèi)水，砍樁頭、澆筑承臺混凝土，待承臺、墩柱施工完成后，向圍堰內(nèi)注水，水位控制在圍檁以下50 cm 內(nèi)，拆除圍檁及內(nèi)支撐。 （8）施工監(jiān)測要求對基坑周邊地面沉降、建筑物或地面裂縫、支護結(jié)構(gòu)裂縫、圍護結(jié)構(gòu)或基坑周邊地面水平位移和豎向位移、坑底隆起等定期監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析。

5 總結(jié)

通過采取卸載和地錨加固的措施， 促使臨房、臨水圍堰四周土水壓力基本平衡，有效解決了基坑圍堰偏壓問題，基坑沉降、偏移控制效果良好。 在確保安全情況下，節(jié)約了施工成本，保證了施工進度，創(chuàng)造了良好的社會和經(jīng)濟效益，可為類似項目提供借鑒依據(jù)。