沿海地區(qū)淤泥質(zhì)土層深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

王發(fā)明

(中鐵二十五局集團(tuán)第二工程有限公司 江蘇南京 210046)

1 前言

江蘇省連云港市屬于典型的蘇北濱海平原地區(qū)，土層以黏土層和淤泥層為主，具有壓縮性較高、強(qiáng)度低、地基沉降大且不均勻等特點(diǎn)，土質(zhì)軟弱，地下水位高，并伴有潛水、微承壓水、承壓水等多層地下水分布[1]，因此連云港地區(qū)的深基坑開挖存在較大的難度，但也積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)。近年來隨著高鐵、市域基建市場(chǎng)回暖，沿海地區(qū)深基坑工程越來越多，如何高效安全應(yīng)對(duì)淤泥質(zhì)土層情況下基坑開挖和支護(hù)已成為新課題。

本文以連鎮(zhèn)鐵路配套綜合樞紐項(xiàng)目深基坑工程為背景，詳細(xì)闡述沿海平原淤泥質(zhì)土層條件下深基坑工程組合支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)，為同類地質(zhì)項(xiàng)目提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

連淮揚(yáng)鎮(zhèn)鐵路灌云站綜合客運(yùn)樞紐項(xiàng)目位于連云港市灌云縣東王集鎮(zhèn)，地面標(biāo)高2.6～3.8 m，其間人工溝渠縱橫交錯(cuò)。由汽車客運(yùn)站、城市指揮中心、地下車庫、維修間、綜合樓、公交停車場(chǎng)、社會(huì)停車場(chǎng)、長途客運(yùn)站停車場(chǎng)等組成[2]，其中地下車庫建筑面積34 654.84 m2，東西均長194 m，南北均長203.4 m，總延長米約1 000.4 m。土方開挖深度平均5.3 m，局部存在落深坑，挖方267 078 m3。基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)承臺(tái)＋防水底板，主體結(jié)構(gòu)形式為砼框架結(jié)構(gòu)。

2.1 周邊環(huán)境

擬建地下車庫場(chǎng)址東側(cè)為新建灌云高鐵客運(yùn)站，在地下車庫與高鐵客運(yùn)站之間設(shè)計(jì)為雙向四車道(寬度22 m)的站前大道，通過從道路下南北兩個(gè)通道與之相連。場(chǎng)址西側(cè)為現(xiàn)有的國道204(迎賓大道)，一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，整體呈南北走向，此次局部需要對(duì)其拓寬改造，地下車庫外立墻距離輔道邊坡7～9 m，該區(qū)域包括大量電力、電信、燃?xì)獾仁姓芫€。場(chǎng)址南北兩側(cè)為新建站前一路、二路，如圖1所示。

圖1 基坑平面圖

2.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

項(xiàng)目區(qū)屬蘇北濱海平原區(qū)，根據(jù)鉆孔成果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況，考慮巖土層的巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、埋深分布及物理力學(xué)性質(zhì)等因素，該全新統(tǒng)地層(Q4)自上而下、由新到老分別描述土層主要物理力學(xué)性能參數(shù)見表1。

表1 土層主要物理力學(xué)性能參數(shù)

場(chǎng)區(qū)附近地表水系較發(fā)育，分布有溝、渠。附近主要河流為東門河、三里溝。潛水主要賦存于淺部填土中?？辈炱陂g由鉆孔內(nèi)量測(cè)穩(wěn)定水位埋深為0.20～0.70 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為2.18～3.66 m?？辈炱陂g觀測(cè)微承壓水穩(wěn)定水位埋深約1.20～3.50 m，主要接受地表水下滲及層間側(cè)向補(bǔ)給，排泄主要為層間側(cè)向徑流。本地區(qū)降水有顯著的季節(jié)變化，每年6～9月的降水量占全年總降水量的63%，其中6月份降水量最大。

連云港市灌云縣是溫暖帶，屬海洋性氣候。施工期間雨水較多且基坑開挖面積大，開挖深度較深，地下水位淺?？紤]地下水位對(duì)基坑邊坡、基底穩(wěn)定的要求，需要考慮基坑降水及邊坡支護(hù)方案，合理布局規(guī)劃為本工程順利進(jìn)展的一重點(diǎn)工作。

3 基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路及技術(shù)要點(diǎn)

3.1 原設(shè)計(jì)基坑情況

(1)根據(jù)地勘報(bào)告建議，擬建場(chǎng)地黏土下伏厚度較大的淤泥層，具有高含水率、高壓縮性、觸變性和流變性等特點(diǎn)，場(chǎng)區(qū)附近地表水系較發(fā)育，分布有溝、渠。附近主要河流為東門河、三里溝。由于地面平坦，地表徑流緩慢，地表水位明顯受人為影響。

(2)地下車庫開挖時(shí)，按照分級(jí)放坡開挖，設(shè)置簡(jiǎn)易支護(hù)措施，基槽內(nèi)采用集水明排。

(3)原支護(hù)和土方開挖施工組織計(jì)劃在2019年10月至2020年2月冬期少雨季節(jié)完成。

因國家鐵路局要求連鎮(zhèn)鐵路(連淮段)2019年12月15日正式開通，江蘇省鐵路辦2019年8月初現(xiàn)場(chǎng)督查，提出該工程站前廣場(chǎng)與主站房必須同步開通的要求，整體工期提前了11個(gè)月。因此地下車庫等關(guān)鍵工程按照原定放坡開挖設(shè)計(jì)方法已無法滿足工期要求。

3.2 基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

受工期提前要求，該地下車庫施工將不可避免地在全年降水量最大的8～9月進(jìn)行。

結(jié)合本工程周邊環(huán)境、工程地質(zhì)條件及開挖深度等因素，為減少土方量開挖，提高作業(yè)工效、確保施工安全、增快土方開挖施工速度，經(jīng)工期、技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)等多維度方案比選，提出以下支護(hù)方案:西側(cè)采用鋼管柱排樁＋預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式，東側(cè)聯(lián)通口采用拉森鋼板樁＋水平支撐體系，南北側(cè)、東側(cè)大面積范圍采用放坡＋鋼板樁復(fù)合支護(hù)，采用高壓旋噴樁帷幕止水與明溝加集水坑明排相結(jié)合的方式進(jìn)行降排水。即:

(1)地下車庫東側(cè)(平行于鐵路運(yùn)行線)連通通道采用拉森鋼板樁＋型鋼支撐的形式。

(2)地下車庫東側(cè)緊鄰站前大道，根據(jù)工期節(jié)點(diǎn)的要求，站前大道、潮河路、人民東路需要在2019年10月30日具備通車條件，地下車庫東側(cè)不具備放坡開挖的條件，坡面設(shè)置鋼板樁體系，開挖深度6.3 m。

(3)基坑南北兩側(cè)沒有限制條件，具備放坡開挖的條件，采用高壓旋噴樁止水，放坡開挖，坡面土釘墻防護(hù)。

(4)基坑西側(cè)(臨近既有204國道)采用樁錨支護(hù)體系，支護(hù)樁采用600 mm管樁，錨桿采用預(yù)應(yīng)力錨索系統(tǒng)。即采用12 m長?600 mm鋼管樁，每排縱向中間無縫布置，鋼管柱與長度24 m預(yù)應(yīng)力錨索相結(jié)合，雙拼 32a槽鋼腰梁作張拉固定端。

3.3 實(shí)施方案及技術(shù)要點(diǎn)分析

(1)拉森鋼板樁＋型鋼內(nèi)支撐支護(hù)

地下車庫坡道和上人通道距離紅線較近，基坑設(shè)計(jì)深度6.3 m，基坑安全等級(jí)為二級(jí)。開挖范圍小，且考慮其上的站前大道施工，支護(hù)采取長度為12 m的拉森鋼板樁＋雙拼H700×300 mm型鋼內(nèi)支撐的支護(hù)形式，如圖2所示。拉森鋼板樁具有綠色環(huán)保，周轉(zhuǎn)方便且可回收等特點(diǎn)，在開挖面積不大，工期要求緊的情況下優(yōu)點(diǎn)明顯[3-4]。

圖2 拉森鋼板樁＋型鋼支撐支護(hù)

(2)拉森鋼板樁支護(hù)

基坑南北兩側(cè)限制條件較少，為減少土方開挖工程量，降低安全隱患，在優(yōu)先考慮放坡開挖的前提下，局部進(jìn)行鋼板樁加固，坡面采取土釘墻防護(hù)，如圖3所示。

(3)鋼管樁＋預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)

因地下車庫西側(cè)臨近G204國道，地下車庫外立墻距離輔道邊坡7～9 m，且存在諸多市政管線，為確保土方開挖自身安全及G204國道穩(wěn)定，需封閉G204國道地庫范圍內(nèi)輔道(預(yù)留2 m非機(jī)動(dòng)車道)。對(duì)比鉆孔灌注樁＋內(nèi)支撐、雙排鋼管樁＋內(nèi)支撐法及單排鋼管樁＋錨索法，前兩種方案基本可解決重載車輛荷載情況下位移和變形，但成本和工作時(shí)間較長等不利因素不滿足本工程需要，決定采用鋼管樁＋錨索法施工，如圖4所示。

圖4 鋼管樁＋預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)

本工程共設(shè)600 mm管樁345根，連續(xù)布設(shè)，錨桿設(shè)置?400 mm@1 800，總長度均為24 m，其中自由段為10 m；傾角35°，內(nèi)置3-?15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

(4)技術(shù)要點(diǎn)

①旋噴樁施工技術(shù)要求:

a.旋噴樁直徑 ?400 mm，采用 P.O42.5級(jí)水泥，水泥摻入量20%，水灰比0.7(可根據(jù)實(shí)際土層情況予以調(diào)整)[5-6]。

b.旋噴樁內(nèi)插3根?15.2鋼絞線，進(jìn)入旋噴樁底，待旋噴樁養(yǎng)護(hù)7 d后施加張拉力鎖定[7]；鋼絞線插入定位誤差不超過30 mm，底部標(biāo)高誤差不大于20 cm[8]。

c.旋噴樁施工時(shí)，須開槽開挖，土方開挖必須分段分層。下層土開挖時(shí)，上層的旋噴加勁樁必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間并已張拉鎖定[9]。

d.旋噴樁徑和樁長應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，?400 mm旋噴樁的旋噴壓力應(yīng)為25～30 MPa。

②預(yù)應(yīng)力錨索(鋼管樁)施工技術(shù)要求:

鋼管樁護(hù)壁的內(nèi)側(cè)設(shè)置有包括梁托和腰梁的圍檁，鋼管樁的外側(cè)連接有錨索，且錨索的端部穿過鋼管樁與圍檁相固定。該種淤泥質(zhì)土樁基護(hù)壁結(jié)構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和止水能力，能夠有效滿足淤泥質(zhì)土基坑挖掘的施工要求，且鋼管樁在支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后可拔出重復(fù)利用。

a.每根鋼絞線由7根鋼絲絞合而成，樁外留0.7 m以便張拉。在做主體結(jié)構(gòu)防水處理時(shí)，可將外露部分切去[10]。

b.采用穿心千斤頂進(jìn)行張拉鎖定。正式張拉前先用20%鎖定荷載預(yù)張拉一次，再以50%、100%的預(yù)應(yīng)力分級(jí)張拉，然后超張拉至110%鎖定荷載，在超張拉荷載下保持5 min，觀測(cè)錨頭無位移現(xiàn)象后再按鎖定荷載鎖定。若達(dá)不到要求，應(yīng)在旁邊補(bǔ)樁[11-12]。

③基坑采用止水帷幕＋疏干井降水，降水深度為基坑以下0.5 m。其中本基坑變形預(yù)警值:a.地表沉降50 mm，土體水平位移50 mm；b.臨近市政道路變形大于3 mm/d，或總變形大于15 mm。

4 支護(hù)變形內(nèi)力及施工監(jiān)測(cè)

采用《國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

從表2中可以看出，各組合支護(hù)變形內(nèi)力均在可控范圍內(nèi)，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固有效。

表2 組合支護(hù)位移、彎矩、剪力計(jì)算結(jié)果匯總

本工程監(jiān)控量測(cè)包括地表沉降、圍護(hù)樁水平位移、地下管線沉降、建筑物沉降和傾斜(灌云客運(yùn)站)、圍護(hù)樁頂垂直位移、支撐軸力、錨固力等，施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

本項(xiàng)目在基坑四周及坑底布設(shè)變形位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)630個(gè)，間距按照每20～30 m左右設(shè)置1個(gè)。通過對(duì)組合支護(hù)體系典型斷面在不同工況下位移觀測(cè)，形成以下位移圖，見圖5。

圖5 側(cè)向位移

施工過程中基坑四周未出現(xiàn)明顯開裂現(xiàn)象，周邊既有灌云高鐵站未受到相關(guān)影響；根據(jù)施工全過程監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，基坑頂面最大位移量為12.6 mm，鋼管樁頂部水平位移最大值為3.9 mm，坑底隆起、抗傾覆和整體穩(wěn)定量均在可控范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

(1)本文結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)沿海淤泥質(zhì)土層深基坑的支護(hù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)思路、具體方案和實(shí)施要點(diǎn)進(jìn)行了闡明，實(shí)踐證明本淤泥質(zhì)土層條件下提出的復(fù)合支護(hù)加固支護(hù)方案可行。

(2)該基坑支護(hù)及土方開挖工程于2019年9月20日施工完畢。本文提出的臨近深基坑存在重荷載情況下，從成本和工作效率出發(fā)，創(chuàng)新采用鋼管樁＋錨索法施工，且在支護(hù)結(jié)束后鋼管樁可全部拆除再利用，有效實(shí)現(xiàn)了位移、變形均可控的目標(biāo)，為類似工程提供了可借鑒方案。