軟土地段鄰近營(yíng)業(yè)線(xiàn)大面積深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

張本章 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海上鐵建筑工程（集團(tuán)）有限公司

1 概況與難點(diǎn)

1.1 工程概況

張涇河南延伸整治工程為上海市重大工程，新建河道全長(zhǎng)2.15 km，河口寬度50 m，主要承擔(dān)防洪排澇任務(wù)。下穿鐵路段作為整個(gè)張涇河南延伸整治工程的“咽喉”，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、工期要求緊、施工任務(wù)重、修建難度大、單位造價(jià)高。張涇河南延伸河道在金山鐵路支線(xiàn)金山衛(wèi)站至金山衛(wèi)西站間穿越，鐵路下河道由四孔凈寬11 m、凈高6.6 m 的分離式箱涵組成，箱涵長(zhǎng)10 m，兩端分別連接6 m長(zhǎng)U型槽一段。四孔箱涵采用在金山鐵路南側(cè)開(kāi)挖頂進(jìn)工作坑，在基坑內(nèi)先預(yù)制再頂進(jìn)就位的方法施工。

1.2 基坑概況

本工程頂進(jìn)工作坑?xùn)|西向長(zhǎng)54 m、南北向由于受河道與鐵路斜交影響寬度從38 m～42 m 不等。平均開(kāi)挖深度8.6 m，最深處達(dá)9.6 m。根據(jù)設(shè)計(jì)方案基坑?xùn)|西兩側(cè)采用雙排φ 1.5 m鉆孔灌注樁加高壓旋噴樁止水帷幕，北側(cè)（鐵路側(cè)）為單排φ1.5 m 鉆孔灌注樁加攪拌樁止水帷幕，南側(cè)為單排φ1.8 m鉆孔灌注樁加高壓旋噴樁止水帷幕。基坑頂部設(shè)1.0 m×0.8 m 鋼筋混凝土支撐，頂支撐以下4 m 設(shè)20 道630 鋼管支撐及14道角撐（見(jiàn)圖1）。

圖1 內(nèi)支撐平面布置圖

1.3 工程難點(diǎn)

（1）周邊環(huán)境復(fù)雜

本工程基坑北側(cè)8 m處為正常運(yùn)營(yíng)的金山鐵路，東側(cè)6 m為養(yǎng)路工區(qū)圍墻，西側(cè)15 m為石化治安派出所一幢的三層辦公樓，南側(cè)35 m 處為滬杭公路?；又苓叚h(huán)境十分復(fù)雜，特別是金山鐵路和石化派出所辦公樓均為重要敏感建筑，對(duì)基坑周邊變形和沉降的要求十分苛刻。這對(duì)基坑的支護(hù)和開(kāi)挖施工提出了更高的要求。

（2）支撐密集施工難度大

由于基坑內(nèi)外部環(huán)境十分復(fù)雜，加上基坑面積達(dá)2 000 m2、開(kāi)挖深度超8 m，設(shè)計(jì)方案采用30根鋼格構(gòu)柱支撐兩道縱橫向水平支撐和五排剪刀撐進(jìn)行加固，基坑挖土的作業(yè)空間十分有限，在挖土作業(yè)過(guò)程中要嚴(yán)格防止機(jī)械碰撞格構(gòu)柱和支撐，基坑開(kāi)挖的功效低、施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)極高。

（3）所在區(qū)域地質(zhì)條件差

本工程基坑位于杭州灣北側(cè)、長(zhǎng)江三角洲下游上海湖沼平原Ⅰ2區(qū)，基坑及基地范圍內(nèi)廣泛分布有大量淤泥質(zhì)黏土，地基承載力不足60 kPa，屬于特別軟弱地基，場(chǎng)地地勢(shì)總體相對(duì)低洼，地表水難以及時(shí)排除。地下水位豐富、平均埋深僅0.5 m?；又顾伴_(kāi)挖穩(wěn)定控制難度非常大。

2 深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括鉆孔圍護(hù)樁和止水帷幕兩部分。綜合考慮基坑的周邊環(huán)境及地質(zhì)水文條件，采用先施工止水帷幕，待止水帷幕形成一定強(qiáng)度后再施工鉆孔灌注樁的方案，以充分保證止水帷幕的有效性。鉆孔樁施工時(shí)在樁長(zhǎng)的基坑深度范圍內(nèi)埋設(shè)鋼護(hù)筒，采用旋挖鉆孔、泥漿護(hù)壁、水下混凝土灌注的施工工藝。高壓旋噴樁、水泥攪拌樁施工要做到全要素全過(guò)程嚴(yán)格控制。對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行教育培訓(xùn)和安全技術(shù)交底，對(duì)施工機(jī)械進(jìn)行查驗(yàn)、確保狀態(tài)良好，采用優(yōu)質(zhì)的海螺牌普通硅酸鹽水泥，在使用前進(jìn)行復(fù)測(cè)、確認(rèn)合格?；炷凉嘧妒┕ぜ夹g(shù)有兩個(gè)關(guān)鍵：一是合理鉆孔，鉆孔前需要根據(jù)圖紙對(duì)樁位進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并合理安排孔洞間距，相鄰鉆孔位置嚴(yán)格按照大于2 倍樁徑來(lái)控制（淤泥質(zhì)土層，嚴(yán)防塌孔、串孔），確保樁位完全正確之后，才能正式開(kāi)鉆；二是施工人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)?；炷凉嘧兜氖┕ば枰浅?zhuān)業(yè)的技能操作才能實(shí)現(xiàn)整體施工的安全性和穩(wěn)定性。尤其是在清孔、鋼筋籠吊放、焊接、水下混凝土灌注等關(guān)鍵工序特別需要施工作業(yè)人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和責(zé)任心，孔深、孔徑要符合設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格按照三檢制進(jìn)行復(fù)核，鋼筋籠焊接要到位，水下混凝土灌注保證導(dǎo)管埋深在2 m～8 m 內(nèi)。只有這樣才能保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和整體有效性，保證基坑安全穩(wěn)定、保證基坑周邊各類(lèi)復(fù)雜的建筑物、構(gòu)筑物安全穩(wěn)定。

2.2 支撐結(jié)構(gòu)

本工程基坑共設(shè)兩道內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。第一道支撐為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后施作。第一道支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行基坑土方開(kāi)挖，開(kāi)挖至低于第二道支撐1.0 m 時(shí)安裝雙拼工字鋼圍檁及第二道鋼管支撐。繼續(xù)開(kāi)挖土方至基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高，澆筑50 cm 厚鋼筋混凝土滑床板封底。滑床板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第二道鋼管支撐開(kāi)始箱涵預(yù)制施工。本工程設(shè)計(jì)箱涵頂標(biāo)高高于地面且需要在保留基坑第一道鋼筋混凝土支撐的工況下預(yù)制箱涵。為保證基坑內(nèi)箱涵預(yù)制有足夠的空間，本工程采用將基坑四周本來(lái)2 m 高的圈梁加高至4.6 m，然后在加高梁和已設(shè)置的30根格構(gòu)柱上施工第一道鋼筋混凝土支撐的方案?？紤]到基坑支撐受力主要是南北向，鋼筋混凝土支撐施工時(shí)自西向東分成①②③三個(gè)部分進(jìn)行施工，所有施工縫避開(kāi)南北向支撐，以確保鐵路路基安全穩(wěn)定（如圖2）。

圖2 鐵路路基情況

待鋼筋混凝土支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后進(jìn)行基坑第一層土方開(kāi)挖。開(kāi)挖至0.5 m 高（低于第二道鋼管支撐1 m）后在基坑圍護(hù)鉆孔灌注樁上設(shè)置牛腿和雙拼H40 工字鋼圍檁、在五排格構(gòu)柱上分別設(shè)置兩道H40型鋼橫梁，安裝16道角撐和20 道南北向的630 鋼管對(duì)撐。支撐由長(zhǎng)度3 m、5 m 兩種類(lèi)型的鋼管用法蘭拼裝而成。單根支撐安裝完成后臨時(shí)用伸縮頭將兩側(cè)圍檁頂緊。全部鋼管角撐、對(duì)撐安裝完成后統(tǒng)一施加預(yù)應(yīng)力。每道角撐施加軸力按照220 kN 控制、對(duì)撐240 kN。

2.3 土方開(kāi)挖施工技術(shù)

頂進(jìn)工作坑按照“分層開(kāi)挖，先撐后挖”及“大基坑，小開(kāi)挖”的原則。挖土過(guò)程中嚴(yán)禁挖機(jī)碰撞支撐、圈梁及格構(gòu)柱。在第二層土方開(kāi)挖過(guò)程中挖機(jī)及卡車(chē)在越過(guò)支撐時(shí)必須用土上下墊實(shí)并鋪設(shè)鋼板，保證支撐不受彎。每層土方開(kāi)挖前要保證將地下水降到本層開(kāi)挖面以下0.5 m～1.0 m。根據(jù)基坑尺寸和形狀以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，基坑開(kāi)挖依次從北至南，分四層逐步開(kāi)挖：

第一層：第一次挖土至冠梁、支撐梁底墊層處并找平；（已經(jīng)施工完成）

第二層：待鋼筋混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30后，從后靠北側(cè)修筑兩條便道（便道與支撐頂保持60 cm 安全距離并鋪設(shè)鋼板）至基坑北部，分別由兩臺(tái)130 型挖機(jī)配合兩臺(tái)200 型挖機(jī)，從北向南挖土，土從便道裝車(chē)向后靠背方向外運(yùn)，第二層土方開(kāi)挖至能安裝第二道鋼管支撐處（標(biāo)高0.5 m)，開(kāi)挖深度4.7 m；第二層土方開(kāi)挖詳見(jiàn)圖3。

圖3 頂進(jìn)工作坑第二層土方開(kāi)挖示意圖

第三層：先利用第二道支撐東西兩側(cè)的間隙挖土，然后由4 臺(tái)130 型挖機(jī)分別從第二道支撐底部向東西兩側(cè)翻土，兩臺(tái)200 型挖機(jī)在基坑底部鋼管支撐東西側(cè)間隙處配合，兩臺(tái)360型挖機(jī)在基坑頂部東西兩側(cè)將坑內(nèi)土方垂直運(yùn)輸至坑頂并裝車(chē)，第三層土方開(kāi)挖至-3.2 m，開(kāi)挖深度3.7 m。開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)禁挖機(jī)碰撞支撐、格構(gòu)柱，同時(shí)做好對(duì)降水井的保護(hù)。第三層土方開(kāi)挖詳見(jiàn)附圖4。

圖4 頂進(jìn)工作坑第三層土方開(kāi)挖示意圖

第四層：人工找平開(kāi)挖至-3.4 m,由挖機(jī)配合開(kāi)挖至基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高。

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中安排工程技術(shù)人員密切關(guān)注基坑頂部位移、鐵路等周邊敏感建筑物位移、全部支撐軸力、地下水位等參數(shù)的變化情況，均未發(fā)現(xiàn)任何異常。

3 結(jié)論

張涇河項(xiàng)目深基坑工程通過(guò)認(rèn)真分析工程難點(diǎn)，準(zhǔn)確把握和應(yīng)用一系列關(guān)鍵施工技術(shù)，截止箱涵預(yù)制頂進(jìn)完成、河道鋪砌完成，坑頂位移、地表沉降等各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，未產(chǎn)生任何報(bào)警，基坑及周邊環(huán)境整體安全穩(wěn)定，取得了預(yù)期效果。但不同的工程其地質(zhì)條件及周邊環(huán)境都存在著很大的差異，施工技術(shù)也會(huì)有很大不同。隨著人們對(duì)美好生活需求的不斷提高，施工過(guò)程中遇到各項(xiàng)問(wèn)題也更加突出。工程技術(shù)人員要針對(duì)這些問(wèn)題，結(jié)合具體設(shè)計(jì)方案和基本力學(xué)理論制定科學(xué)可行的解決對(duì)策，使深基坑施工技術(shù)得到更高層次的發(fā)展，最大程度避免深基坑施工出現(xiàn)安全質(zhì)量問(wèn)題，使工程經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益得到更大提升。