關(guān)于某大型地下道路基坑支護(hù)與地基處理的工法選型與實(shí)踐

趙偉紅

（深圳市前海開發(fā)投資控股有限公司，廣東 深圳　518000）

關(guān)于某大型地下道路基坑支護(hù)與地基處理的工法選型與實(shí)踐

趙偉紅

（深圳市前海開發(fā)投資控股有限公司，廣東 深圳518000）

基坑支護(hù)與地基處理，對(duì)工程安全、質(zhì)量與造價(jià)有較大的影響。如何正確地選擇工法，是保證施工安全與質(zhì)量及降低工程造價(jià)的關(guān)鍵?，F(xiàn)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際條件，對(duì)某大型地下道路的基坑支護(hù)和地基處理工法進(jìn)行比較分析和研究。實(shí)踐證明，因地制宜地制定安全、適用、經(jīng)濟(jì)的基坑支護(hù)與地基處理方式，能有效地支撐該項(xiàng)目的建設(shè)與管理，其經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。

地下道路；基坑支護(hù)；地基處理；工法

1　項(xiàng)目概況

1.1工程簡(jiǎn)介

某項(xiàng)目位于某中心新城區(qū)，是一條大型城市地面地下雙層道路。其中，地下道路隧道主線長(zhǎng)約3.0 km（見圖1）。

圖1　地下道路平縱示意圖

地下道路隧道擬采用閉合框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)寬達(dá)10.4～37.2 m，高約9.0 m，含多條地面地下匝道。基坑全線采用明挖法，開挖寬度40 m左右，深度最深約25 m（見圖2）。

1.2場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

該項(xiàng)目場(chǎng)地為新近填海而成，區(qū)域內(nèi)水系發(fā)育，隸屬某河流三角洲入海口水系。該區(qū)域地下水與海水有一定水力聯(lián)系，地下水水位埋深略受海水潮汐影響。線路原始地貌為海沖積平原及濱海灘涂，原始標(biāo)高約-2.32 m～-0.10 m，2002年起至2013年后經(jīng)填、挖、整平等人工改造，形成現(xiàn)狀低緩起伏地形地貌，地面標(biāo)高為5.16 m～12.14 m。

依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告所揭露的工程水文地質(zhì)情況，地層分布與條件如下：

（1）填土（石）層：主要由黏性土、粗礫砂及碎石組成，土質(zhì)不均勻，層厚為0.30～14.0 m。

（2）淤泥（含擠淤土）：主要成分為淤泥，局部含少量粗砂，為填土堆填過程中擠淤或殘留而成，含有機(jī)質(zhì)，可見貝殼，飽和，軟塑狀為主。擠淤土分淤泥包和原淤泥層表面兩種分布，層厚0.20～9.40 m。淤泥主要為前期軟基處理后殘留，呈層狀分布，層厚0.20～12.30 m，層頂標(biāo)高0.02～-11.77 m。為Ⅰ級(jí)松土。

（3）粗砂：灰黑色，含淤泥及少量貝殼，飽和，松散，級(jí)配良好，分選性差。層厚2.10～2.80 m，為Ⅰ級(jí)松土。

（4）粉質(zhì)黏土：可～硬塑，有光澤，搖振反應(yīng)無(wú)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，局部含少量粗砂。層厚0.60～7.10 m，為Ⅱ級(jí)普通土。

（5）礫砂：主要成分為石英質(zhì)，含大量黏粒，飽和，稍密，級(jí)配良好，分選性差，層厚0.80～11.40 m，為Ⅰ級(jí)松土。

（6）砂質(zhì)黏性土:由花崗巖風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)可辨，可～硬塑狀。稍有光澤，搖振反應(yīng)無(wú)，干強(qiáng)度中等，韌性高，揭露層厚0.50～22.0 m，為Ⅱ級(jí)普通土。

（7）全風(fēng)化帶：原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，裂隙極發(fā)育，除石英外長(zhǎng)石等礦物風(fēng)化成土狀，巖芯呈較硬土狀，局部夾有強(qiáng)風(fēng)化巖塊，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，揭露層厚0.30～19.00 m，為Ⅲ級(jí)硬土。

（8）強(qiáng)風(fēng)化帶:風(fēng)化劇烈，裂隙發(fā)育。巖芯多呈堅(jiān)硬土狀，局部夾碎塊狀，軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，揭露層厚為0.80～19.30 m，為Ⅲ級(jí)硬土。

（9）弱風(fēng)化帶：裂隙發(fā)育，裂隙面具鐵染。巖芯多呈塊狀、短柱狀，錘擊易碎，較硬巖，揭露層厚0.50～12.70 m，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，屬Ⅴ級(jí)次堅(jiān)石。

1.3建設(shè)要求

根據(jù)建設(shè)要求，該項(xiàng)目為片區(qū)交通骨干線路，需盡快建成通車，帶動(dòng)片區(qū)開發(fā)建設(shè)。由于建設(shè)工期極為緊迫，建設(shè)單位擬要求分專業(yè)、按里程分段設(shè)計(jì)施工，前期及施工計(jì)劃工期僅有3 a。另外，由于規(guī)劃交通組織極其復(fù)雜，地下道路交通組織與出入口布置遲遲未能穩(wěn)定，導(dǎo)致地下道路平縱面無(wú)法確定，增加了項(xiàng)目巖土工程的設(shè)計(jì)和施工難度。

圖2　地下道路橫斷面圖（單位：m）

2　工法選型與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

2.1基坑支護(hù)

關(guān)于基坑支撐體系，歷經(jīng)了“地下連續(xù)墻與支護(hù)樁”、“內(nèi)支撐與錨索”、“混凝土支撐與鋼支撐”等一系列比選，工法選型歷時(shí)半年，綜合各方面因素作了深入細(xì)致考量，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）關(guān)于地下連續(xù)墻與支護(hù)樁比較，地下連續(xù)墻工法成熟、安全可靠，且止水效果佳，但該場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布填石層，考慮到地連墻成槽困難，填土和淤泥層泥漿護(hù)壁難度大、容易塌孔，故該項(xiàng)目選擇了鉆孔灌注樁的支護(hù)樁工法。

（2）關(guān)于內(nèi)支撐與錨索比較，考慮到錨索在填土淤泥層中安全性能差，且對(duì)基坑四周造成二次污染，影響后續(xù)工程建設(shè)，雖然錨索支護(hù)基坑內(nèi)工作面最寬，施工工期短，最終放棄了錨索方案，從安全第一出發(fā)，選用內(nèi)支撐。2015年該項(xiàng)目附近某錨索支護(hù)的基坑出現(xiàn)了垮塌事故，該項(xiàng)目則避免了類似問題的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）對(duì)于采用混凝土支撐或鋼支撐方案，在選擇過程中進(jìn)行了深入細(xì)致比選，最終全部采用混凝土支撐。技術(shù)比較如下：項(xiàng)目基坑跨度較大，達(dá)到40 m以上，基于場(chǎng)地新近填海區(qū)的不良地質(zhì)條件，基坑平面跨度大、深度較深的特點(diǎn)，一是基坑工程宜采用“強(qiáng)撐弱樁”的設(shè)計(jì)手法，強(qiáng)化基坑安全設(shè)計(jì)；二是由于鋼管支撐體系自身穩(wěn)定性差、連接點(diǎn)薄弱（國(guó)內(nèi)基本上為圓形鋼管，螺栓連接），整體穩(wěn)定性差，容易橫向和縱向失穩(wěn)，因此建議采用超靜定結(jié)構(gòu)的混凝土支撐體系；三是鋼管支撐間距小，通常約3 m寬需設(shè)置一道，機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入基坑開挖土方、地基處理及地下結(jié)構(gòu)的施工。由于該項(xiàng)目工期極為緊張，選擇支撐跨度和間距大的混凝土支撐，能有利于施工，提高工效。

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，如采用鋼管支撐，每延米基坑內(nèi)支撐成本在8 000元/層左右，混凝土支撐在6 000元/層左右，后者造價(jià)低約20%，但鋼管支撐能進(jìn)行回收，兩者的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大體相仿?；炷林卧谑┕r(shí)采用現(xiàn)澆工藝，澆筑和拆除所需工時(shí)較多，工期將大于現(xiàn)場(chǎng)拼裝的鋼支撐，這是該方案的弊端。但就國(guó)內(nèi)施工企業(yè)的鋼支撐施工水平來(lái)說(shuō)，較少能做好換撐工序，以及多截鋼管支撐的平面中心校準(zhǔn)和內(nèi)支撐預(yù)應(yīng)力施加，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)較大，混凝土支撐則不存在此類問題，安全可靠。

與地下連續(xù)墻同時(shí)作為基坑臨時(shí)支護(hù)和地下永久結(jié)構(gòu)的方案比較，施工技術(shù)要求較高，且造價(jià)大大高于現(xiàn)方案。經(jīng)比選該項(xiàng)目基坑采用全部混凝土支撐?，F(xiàn)場(chǎng)基坑施工順利按設(shè)計(jì)按工期安全實(shí)施，實(shí)踐證明了該工法安全、適用與經(jīng)濟(jì)。

2.2地基處理

該項(xiàng)目地基處理由于道路埋深起伏大，沿線土層地質(zhì)條件變化大，初始設(shè)計(jì)采用了高壓旋噴樁、注漿鋼管樁和換填等幾種工法，并歷經(jīng)了“樁基礎(chǔ)與地基處理”的比選，后經(jīng)試樁，發(fā)現(xiàn)高壓旋噴樁、注漿鋼管樁的承載力檢測(cè)值無(wú)法達(dá)標(biāo)，最終結(jié)合基坑內(nèi)支撐方案，采用了預(yù)制管樁復(fù)合地基工法?，F(xiàn)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）關(guān)于樁基礎(chǔ)與復(fù)合地基比較，樁基礎(chǔ)承載力較大、變形較小，但該項(xiàng)目基底埋深起伏大，多處埋深較深，接近全風(fēng)化巖層，考慮到樁基礎(chǔ)造價(jià)偏高、變形協(xié)調(diào)較難需全段設(shè)置等因素，且地下道路跨越多條地鐵線路，豎向空間受限的客觀條件，放棄了樁基礎(chǔ)方案。

（2）關(guān)于初始設(shè)計(jì)的一系列地基處理工法，有著造價(jià)較低、施工靈活方便和施工工期短的優(yōu)點(diǎn)，但在試樁后，高壓旋噴樁、注漿鋼管樁均無(wú)法達(dá)到200 kPa的設(shè)計(jì)承載力。經(jīng)反思，總結(jié)出軟弱土工程性狀差、地質(zhì)條件多變，導(dǎo)致設(shè)計(jì)誤差較大和施工質(zhì)量不理想的問題，最終無(wú)法實(shí)現(xiàn)原有設(shè)計(jì)。

（3）經(jīng)與基坑支護(hù)工法統(tǒng)籌考量，考慮到預(yù)制管樁質(zhì)量穩(wěn)定、工期較短，地基處理方案調(diào)整為預(yù)制管樁復(fù)合地基。大間距混凝土的內(nèi)支撐體系具備了管樁機(jī)下坑的條件，該方案具有可行性。施工后經(jīng)檢測(cè)，預(yù)制管樁復(fù)合地基承載力較高，且質(zhì)量普遍較優(yōu)。

3　工程實(shí)施情況

該項(xiàng)目基坑支護(hù)采用排樁+內(nèi)撐的支護(hù)型式，地下立交節(jié)點(diǎn)的基坑較大且形狀不規(guī)則，采用雙排樁+錨索的方式，由于道路埋深起伏較大，部分路段采用懸臂樁+放坡的支護(hù)型式。沿線開挖全程設(shè)置止水帷幕，采用旋噴樁或攪拌樁截水和擋淤。該項(xiàng)目周邊暫無(wú)建筑物，僅有少量簡(jiǎn)單臨時(shí)管線，條件較好（見圖3、圖4）。

路基采用預(yù)制管樁和換填置換兩種復(fù)合地基，局部埋深大的路段采用天然地基。

圖3　混凝土基坑支護(hù)施工之實(shí)景

圖4　管樁地基處理施工之實(shí)景

該項(xiàng)目總開挖支護(hù)面積達(dá)17.65萬(wàn)m2，概算建安費(fèi)單價(jià)指標(biāo)8 017元/m2，巖土工程概算建安費(fèi)總投資13.43億元，占總造價(jià)的41%，成為該項(xiàng)目造價(jià)控制的關(guān)鍵。

4　結(jié)　語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，大城市的地下隧道等工程大幅增加，中心城區(qū)土地資源極為寶貴，充分利用地下空間，地下工程也隨之不斷增加。通過該項(xiàng)目的實(shí)踐，巖土工程要遵循認(rèn)識(shí)-實(shí)踐-再認(rèn)識(shí)的規(guī)律。巖土工程有很強(qiáng)的環(huán)境效應(yīng)和施工效應(yīng)，由于地下結(jié)構(gòu)物、地質(zhì)條件、水文條件、周邊建筑、地下管線和建設(shè)要求等多項(xiàng)因素的不同，每個(gè)基坑工程和地基處理工程都有很強(qiáng)的獨(dú)立性，也就是有著獨(dú)特性的矛盾，只有綜合考慮各種因素，并結(jié)合施工單位的專業(yè)能力和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，才能因地制宜地制定出合理的工法。該項(xiàng)目為國(guó)內(nèi)少有的大型地下道路，其巖土工程實(shí)踐具有較強(qiáng)借鑒意義和實(shí)際價(jià)值。

TU921

B

1009-7716（2016）07-0218-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.63

2016-03-17

趙偉紅（1982-），女，湖南人，工程師，從事建設(shè)工程管理工作。