軟土地區(qū)鄰地鐵深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工控制

孫仲謀，卜世龍，胡偉明，徐 航，常運(yùn)華，呂玉寶

（1 中建宏達(dá)建筑有限公司，北京 100043；2 天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072）

0 引言

我國東南沿海軟土地質(zhì)廣泛分布，隨著這些地區(qū)大、中城市的不斷發(fā)展，各種地下建筑以及相應(yīng)的深基坑工程得到了迅速地發(fā)展，環(huán)滬經(jīng)濟(jì)圈近年來多個(gè)超高層深基坑項(xiàng)目確定施工。在軟土地區(qū)，由于土層承載力不足，基坑工程尤其是深基坑工程往往要根據(jù)工程實(shí)際情況采用不同的基坑支護(hù)措施。基坑支護(hù)工程是基坑工程中的核心問題之一，也是地下工程的中的熱點(diǎn)問題，許多學(xué)者和工程師都在基坑支護(hù)工程這一問題上進(jìn)行了廣泛的研究［1］。

本文以蘇州市某一臨地鐵深基坑工程為例，介紹了該工程的支護(hù)設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制措施，總結(jié)了施工過程控制要點(diǎn)，供相關(guān)工程人員參考。

1 工程概況

1.1 地理位置

案例項(xiàng)目（以下簡稱為“本工程”）位于江蘇省蘇州市工業(yè)園區(qū)，現(xiàn)代大道以北，思安街以東，毗鄰金雞湖，緊鄰蘇州地鐵 1 號(hào)線，與東方之門隔湖相望，項(xiàng)目平面圖如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目平面圖

1.2 周邊環(huán)境

本工程場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜，北側(cè)為已完成的高層建筑物，地下室 2 層；東側(cè)為已完成的超高層建筑物，地下室 4 層；西側(cè)為在建的深基坑超高層工程，地下室 4 層；南側(cè)緊鄰在運(yùn)行的蘇州地鐵 1 號(hào)線，基坑邊距離地鐵站房近 5.9 m，基坑邊緊鄰地鐵風(fēng)井，且部分地鐵咬合樁位于基坑內(nèi)。同時(shí)本工程位于城市核心區(qū)域，管線分布密集、復(fù)雜，管線分布情況如表1 所示。

表1 項(xiàng)目周邊管線分布情況

根據(jù)相關(guān)方提供資料顯示，地鐵咬合樁南側(cè)肥槽填充為素土，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆探后顯示情況如下。

1）原咬合樁上部圈梁已經(jīng)不在，推測(cè)市政道路為埋設(shè)管線已經(jīng)清除圈梁；

2）鉆孔揭露原地鐵咬合樁南側(cè)存在寬 2.2 m，高1.2 m 的環(huán)梁；

3）鉆孔揭露原地鐵咬合樁南側(cè)回填不是素土，而是混雜建筑垃圾混凝土碎塊和鋼筋；

4）鉆孔在鉆進(jìn)到第二道環(huán)梁處，打壞 3 個(gè)金剛石鉆頭，無法繼續(xù)取芯鉆進(jìn)。

1.3 地質(zhì)情況

根據(jù)本次勘探揭露，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，除層①雜填土為新近堆積土外，其他各土層主要為 Q 3～Q 4 土層，圖2 為場(chǎng)內(nèi)典型地質(zhì)剖面圖。

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

勘探范圍內(nèi)，本工程紅線內(nèi)的地下水主要有潛水、微承壓水以及承壓水。潛水主要賦存于土層①雜填土中，主要補(bǔ)給為地表水體側(cè)向補(bǔ)給及大氣降水垂向補(bǔ)給，主要排泄途徑為自然蒸發(fā)，水位的季節(jié)性明顯，穩(wěn)定水位標(biāo)高為 1.24～1.58 m；微承壓水主要賦存于土層④1粉土夾粉砂以及土層 ④2粉砂中，主要補(bǔ)給途徑為徑流及越流補(bǔ)給，穩(wěn)定水位標(biāo)高 -0.90～-1.31 m；承壓水上段含水層主要為土層⑧2粉質(zhì)黏土夾粉土層，該含水層的補(bǔ)給來源主要為地下徑流補(bǔ)給以及下段承壓水的越流補(bǔ)給，主要排泄途徑為地下徑流及人工抽吸，穩(wěn)定水位標(biāo)高在-2.04～-2.13 m。

1.4 工程特點(diǎn)

1）場(chǎng)地狹小，基坑超深。基坑面積約 6 900 m2，且周圍均為成熟商旅場(chǎng)所，場(chǎng)地?zé)o法外延，可用場(chǎng)地極其狹??；基坑底普遍標(biāo)高為 -19.2～-21.6 m，最深位置達(dá)到 -27 m，屬于超深基坑。

2）工程受承壓水影響。尤其是④層中含有豐富的微承壓水層，對(duì)降水工程要求高。

3）要求的安全等級(jí)高?；泳o鄰運(yùn)營中的地鐵線路，且基坑周邊存在眾多市政管線，對(duì)基坑的變形控制要求高。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)

依據(jù)本工程特點(diǎn)，本工程基坑采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，五道鋼筋混凝土內(nèi)支撐作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的組合支護(hù)型式。

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

本工程采用地下連續(xù)墻作為基坑的主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用 MJS 對(duì)地鐵側(cè)地連墻接縫進(jìn)行加固，應(yīng)用 RJP 對(duì)非地鐵側(cè)地連墻接縫進(jìn)行加固，地連墻內(nèi)外均設(shè)置三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固；在風(fēng)井周邊以及塔樓坑中坑位置設(shè)置灌注排樁；地鐵側(cè)增打三軸攪拌樁進(jìn)行土體加固，西北承臺(tái)區(qū)域及坑中坑區(qū)域增打高壓旋噴樁進(jìn)行加固。圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖如圖3 所示。

圖3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖（單位：mm）

2.2 支撐結(jié)構(gòu)

本工程采用五道鋼筋混凝土支撐型式，整體支撐采用井字形對(duì)撐型式，首道混凝土支撐兼做棧橋?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)提供作業(yè)空間，首道支撐至第五道支撐中心標(biāo)高分別為 -1.0、-5.0、-8.9、-12.8、-16.6 m，支撐梁截面高 700～800 mm，寬 800～1100 mm，圍檁截面高700～800 mm，寬 1 100～1 300 mm。首道支撐如圖4 所示，第 2～5 道支撐如圖5 所示。

圖5 第 2～5 道支撐平面圖

2.3 降水設(shè)計(jì)

本工程共布設(shè)管井 48 口，其中疏干井 28 口，備用降壓井 9 口，另外在基坑外側(cè)布設(shè) 11 口觀測(cè)并兼回灌井，井位布置圖如圖6 所示。在進(jìn)行土方開挖過程中通過疏干井及降壓井控制坑內(nèi)水位始終在開挖面以下 1～2 m。因項(xiàng)目周邊環(huán)境敏感建筑物較多，尤其是基坑南側(cè)緊鄰地鐵，坑外設(shè)置應(yīng)急回灌井，應(yīng)急狀態(tài)按需回灌，采用自動(dòng)控制裝置根據(jù)周邊同層觀測(cè)井水位變化情況控制回灌運(yùn)行與否及回灌壓力，回灌壓力不得超過 0.1 MPa。

圖6 井位布置平面圖

2.4 監(jiān)測(cè)要求

本工程開挖深度深，周邊環(huán)境保護(hù)要求高，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)，施工全過程必須進(jìn)行對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境情況進(jìn)行綜合性的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)管理調(diào)整。本工程的監(jiān)測(cè)報(bào)警值如表2～4 所示。

表2 基坑普遍監(jiān)測(cè)報(bào)警值 mm

表3 鄰近地鐵側(cè)監(jiān)測(cè)報(bào)警值 mm

表4 地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)報(bào)警值 mm

3 施工控制技術(shù)

根據(jù)前述本工程特點(diǎn)，針對(duì)重難點(diǎn)制定針對(duì)性措施，并對(duì)本工程施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出合理的優(yōu)化建議，為同類型工程施工管理人員提供參考和幫助。

3.1 施工重難點(diǎn)及針對(duì)措施

1）重難點(diǎn)。由于鄰近地鐵，受風(fēng)井及地鐵圍護(hù)的影響，本工程地連墻存在較多異形地連墻，部分異形槽受場(chǎng)地限制必須采用“一槽兩籠”的施工方案。

針對(duì)措施。成槽時(shí)注意加快成槽速度，第二幅鋼筋籠下籠時(shí)在允許范圍內(nèi)與已下放到位的第一幅鋼筋籠拉開一小段距離，下放過程中逐漸推移至設(shè)計(jì)位置，最后一次性澆筑混凝土［2］，兩籠相接位置采用“公母槽”型式，使得兩套鋼筋籠可以進(jìn)行有效嵌扣。

2）重難點(diǎn)。緊鄰運(yùn)營中的地鐵 1 號(hào)線星湖街站，且基坑四周均為市政道路，道路下存在眾多市政管線，安全等級(jí)高。

針對(duì)措施。針對(duì)每一項(xiàng)施工工藝，均嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，確保施工質(zhì)量。成立管線監(jiān)護(hù)小組，落實(shí)監(jiān)控檢查體系，在大門出入口上面鋪設(shè)兩塊 20 mm 厚的鋼板，減少車輛局部荷載過大。

3）重難點(diǎn)。本工程地連墻深度達(dá)到 51 m，屬超深地連墻，鋼筋籠吊裝及地連墻接縫處理難度大。

針對(duì)措施。鋼筋籠用大噸位履帶吊整體吊裝，選用 350 t 主吊機(jī)、200 t 副吊機(jī)抬吊，由主吊機(jī)將鋼筋籠入槽。地連墻采用 H 型鋼接頭，并采用 0.25 mm 厚鍍鋅鐵皮固定在 H 型鋼兩側(cè)，防止混凝土繞流，保證地連墻接縫處施工質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng) RJP、MJS 的施工質(zhì)量管控，控制注入水泥漿水灰比≤0.4 并摻入適量微膨脹劑。

4）重難點(diǎn)。結(jié)合土方開挖分區(qū)分塊順序，快速封閉支撐系統(tǒng)，縮短無支撐暴露時(shí)間。

針對(duì)措施。支撐隨土方開挖進(jìn)行，做到隨挖隨撐，快速封閉。在最后一皮土方開挖時(shí)增大墊層厚度并對(duì)墊層進(jìn)行配筋，使得墊層在筏板未澆筑完成前承擔(dān)部分支撐作用。

3.2 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1）支護(hù)樁施工須與結(jié)構(gòu)樁施工做好工序穿插。在灌注樁成孔過程中，垂直度是十分重要的質(zhì)量控制參數(shù)，在軟土地區(qū)樁機(jī)鉆進(jìn)過程中受土層軟硬影響較大。若先全部完成結(jié)構(gòu)樁施工，再進(jìn)行支護(hù)樁施工，則在支護(hù)樁施工時(shí)，原結(jié)構(gòu)樁施工過的區(qū)域樁頂面上方空孔土質(zhì)松軟、有效樁身區(qū)域土質(zhì)堅(jiān)硬，支護(hù)樁成孔時(shí)鉆頭會(huì)向質(zhì)地軟弱的土層方向偏移，垂直度控制困難。建議支護(hù)樁施工與結(jié)構(gòu)樁施工同步穿插進(jìn)行，確不能同時(shí)施工的，臨近支護(hù)樁的結(jié)構(gòu)樁上方空孔應(yīng)采用 C15 混凝土回填。

2）深坑區(qū)域灌注樁由于空鉆長度過大，施工時(shí)須對(duì)每根樁的樁頂以上成孔時(shí)造成的空孔間隔采用 C15素混凝土填充并澆至地面標(biāo)高，防止地面塌陷。

3）灌注樁成孔過程中，鉆進(jìn)砂土層時(shí)，因自然造漿差，泥漿注入時(shí)，在孔口部位適當(dāng)加入膨潤土粉，增強(qiáng)泥漿稠度。保持泥漿粘度必須＞22 s，泥漿比重應(yīng)控制在 1.20～1.30 之間，以便攜帶砂子或泥塊，保證孔壁穩(wěn)定。

4）鉆孔灌注樁的鋼筋籠上可設(shè)置倒鉤，在混凝澆筑時(shí)控制混凝土坍落度在 160～200 mm，在根部澆筑時(shí)控制混凝土灌注速度直到混凝土澆筑至鋼筋籠根部以上 3 m，可以有效防止鋼筋籠上浮。同時(shí)須避免導(dǎo)管勾帶鋼筋籠，出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)緩慢回轉(zhuǎn)，上、下串動(dòng)脫勾。

5）三軸攪拌樁施工時(shí)應(yīng)連續(xù)施工，若出現(xiàn)中途停漿，為確保攪拌樁連續(xù)性，須在重新壓漿前回退三軸攪拌機(jī) 0.5 m。

6）地下連續(xù)墻施工時(shí)工字形型鋼槽段接頭處應(yīng)設(shè)置止?jié){鐵皮防止混凝土繞流，止?jié){鐵皮從工字形型鋼邊往外長度≥ 1 250 mm，止?jié){鐵皮厚度 0.5 mm。

7）地連墻的特殊型槽段比“一”字型槽段在成槽過程中易發(fā)生槽壁坍方，所以在異型槽段施工中要采取相關(guān)措施保護(hù)槽壁穩(wěn)定，盡快成槽并注意槽壁邊的荷載控制。若發(fā)生輕微坍塌可加大泥漿比重以抑制坍塌發(fā)展，若發(fā)生嚴(yán)重坍槽要回填粘土重新施工。

8）可在成槽機(jī)抓斗上固定一鋼板彎鉤，當(dāng)抓斗出現(xiàn)卡頓時(shí)，可用吊車吊住彎鉤與成槽機(jī)配合拎出抓斗。

9）土方開挖分塊需要與鋼筋混凝土水平支撐相結(jié)合，從而確保水平支撐能夠做到隨挖隨撐，盡早形成對(duì)撐以達(dá)到控制基坑變形的目的。本工程土方開挖與水平支撐結(jié)合考慮的問題已在宗軍良的研究中進(jìn)行了闡述。

10）土方開挖前一周須進(jìn)行預(yù)降水試驗(yàn)。預(yù)降水期間，若發(fā)現(xiàn)坑外四周潛水、（微）承壓水水位有異常下降則應(yīng)首先進(jìn)行坑外止水堵漏，地鐵測(cè)采用 MJS 封堵，非地鐵側(cè)采用 RJP 封堵。然后降水，再觀測(cè)坑外水位無異常后才能進(jìn)行開挖。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化

1）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露的地鐵咬合樁情況與相關(guān)單位提供情況有差異。原設(shè)計(jì)計(jì)劃對(duì)該區(qū)域進(jìn)行咬合樁清障，并重新在南側(cè)進(jìn)行咬合樁補(bǔ)打。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際拔樁打樁難度大于預(yù)期且不確定性增大，將對(duì)地鐵運(yùn)營安全造成威脅。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際研判后，認(rèn)為該區(qū)域支護(hù)施工難度大、危險(xiǎn)性不確定性大，最終經(jīng)過與設(shè)計(jì)商定，支護(hù)內(nèi)收避讓咬合樁，確保地鐵安全，同時(shí)節(jié)約清障費(fèi)用 120 萬元。

2）傳統(tǒng)的支護(hù)施工中垂直材料運(yùn)輸基本考慮使用汽車吊進(jìn)行運(yùn)輸，但本工程對(duì)這種基坑深度大、場(chǎng)內(nèi)空間緊張的項(xiàng)目來說，長時(shí)間、多臺(tái)班地使用汽車吊進(jìn)行材料垂直運(yùn)輸，會(huì)嚴(yán)重占用現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的垂直運(yùn)輸成本，對(duì)工序協(xié)調(diào)穿插也具有消極影響。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研討，本工程在支護(hù)施工階段即啟用一臺(tái)塔吊，大量節(jié)省了汽車吊使用的臺(tái)班，對(duì)縮短工期及節(jié)約成本均具有積極意義。

3）一道水平支撐施工完成后，需要等待所有水平支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度才能進(jìn)行下一階段的施工，這往往會(huì)帶來一段較長的施工間歇。在施工過程中可以考慮在最后一段水平施工中提高混凝土標(biāo)號(hào)，使得其可以盡早達(dá)到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而可以縮短整體工期。

4 結(jié)語

1）本工程屬于緊鄰地鐵的超深基坑工程，在地下空間開發(fā)完備的城市屬于典型項(xiàng)目。如何控制此類項(xiàng)目支護(hù)施工質(zhì)量，進(jìn)而確?；影踩约爸苓叚h(huán)境的安全是值得深入研究的。

2）支護(hù)工程伴隨整個(gè)地下室施工階段，因此在支護(hù)設(shè)計(jì)過程中，尤其是立柱樁及降水井的布設(shè)位置要充分考慮原結(jié)構(gòu)已有結(jié)構(gòu)位置，如結(jié)構(gòu)墻體、主梁、水溝、樁基礎(chǔ)以及后澆帶等。

3）本工程地下室施工過程中基坑變形值超過了設(shè)計(jì)要求的變形控制值，但基坑整體仍處于安全狀態(tài)，且周邊建筑管線均未出現(xiàn)破壞跡象，這說明本基坑的變形控制值是偏于保守的。

4）支護(hù)的設(shè)計(jì)施工并非是一成不變的，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露的地質(zhì)條件，合理地逐步完善支護(hù)設(shè)計(jì)、施工方案是十分有必要的。

5）基坑施工階段的垂直運(yùn)輸一般采用臨時(shí)汽車吊，此方案的成本大且會(huì)對(duì)本就十分緊張的場(chǎng)地布設(shè)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，本工程在基坑階段就布設(shè)一臺(tái)塔吊的方案大大降低了這種影響，是值得推廣的場(chǎng)布方案。Q