富水厚砂層地質條件下基坑支護方案探討

黃新連

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

近年來各地經濟飛速發展，城市規模不斷擴張，汽車數量急速增長，許多城市道路已難以滿足交通需求。在市政道路修建過程中，下穿既有鐵路工程越來越多。在地質條件較差的富水厚砂地層，由基坑施工引發的工程安全問題和對周邊環境的影響等問題日益突出［1-3］。

本文結合漁業路的基坑工程建設，采用鉆孔灌注樁+內支撐的支護形式，坑外樁間采用高壓旋噴樁止水，較好地解決了漁業路基坑的支護難題，使漁業路成為河東主城區、星馬新城與河西新城連接的重要過江通道。

2 基坑工程概況

2.1 工程概況

長沙市漁業路及延伸道路工程位于盛世路與福元路之間，漁業路及延伸工程隧道工程為該工程的一部分。漁業路主線下穿芙蓉北路及京廣鐵路部分分別采用明挖法和蓋挖法、城市淺埋暗挖法進行施工，兩側輔道框架結構采用頂進法施工。其中，明挖段共196 m，基坑深8～11 m，基坑的具體位置如圖1所示。

圖1 漁業路基坑平面位置

2.2 工程地質概況

以第四系地層為主，基巖為白堊系礫巖和中元古界板巖，二者呈角度不整合接觸。根據鉆探揭露順序自上而下分別為雜填土、粉質黏土、中粗砂、圓礫、殘積粉質黏土、強風化礫巖、中風化礫巖、強風化板巖、中風化板巖。其中中粗砂層厚達3～5 m，給基坑的開挖支護帶來很大困難。

2.3 水文地質概況

根據鉆探揭露，按地下水埋藏條件，場區地下水主要表現為上層滯水和孔隙水，場地地表水亦較多。西鄰湘江，地下水資源豐富。地面標高為31.4 m，地下水位標高為27.38 m。

3 重難點分析

施工地段地質條件復雜。根據地勘報告顯示，隧道洞頂覆土為松散雜填土、素填土，結構松散，洞身位于粉質黏土、中粗砂地層，中粗砂層厚達3～5 m，且隧道下穿京廣鐵路施工地段處于湘江、瀏陽河水源豐富地段，地下水豐富，圍巖穩定性極差。

本工程基坑規模大，長度達192 m，寬度為23 m，土方開挖量約4萬m3。基坑周邊環境復雜，工程臨近京廣鐵路、芙蓉北路、湘江、地下管線及地鐵一號線。

基坑開挖過程容易造成坍塌和周邊路基沉降，危及施工及京廣鐵路運營安全，給基坑的開挖支護方案設計提出了很高的要求。

4 主體基坑結構設計

本隧道基坑開挖深度為8～11 m，綜合隧道特點、周邊環境、水文地質條件和工程造價，基坑采用φ800＠1200的鉆孔灌注樁+內支撐（第一道撐為砼支撐；第二道撐為φ609、t＝16 mm鋼支撐）的支護形式，坑外樁間采用φ800＠1200高壓旋噴樁（三重管）止水（見圖2），樁身位于水下的部分均采用C30水下混凝土［4］。

圖2 漁業路基坑剖面

本基坑圍護設計采用鉆孔灌注樁與旋噴樁聯合使用，形成組合式止水帷幕，起到止水和基坑支護雙重效果的作用。

5 基坑施工要點

5.1 基坑降水

基坑開挖前7 d應采用內井點對坑底進行預降水、疏干，以加固坑內土體，基坑降水深度應控制在坑底以下1.0 m，必須保證降水效果。開挖至坑底施工底板時，在井點管位置設置底板泄水孔，然后拆除井點管，待頂板覆土及內部鋪裝層施工完成后方可封孔，泄水孔約每600 m2設置一個。

5.2 基坑開挖

（1）在圍護結構施工前，應查明基坑影響范圍內地下管線的位置、埋深、材質等，并會同相關部門共同協調、研究地下管線的改遷、加固和懸吊方案，確保管線的安全和正常使用。

（2）基坑開挖必須在圍護結構封閉且施作鉆孔灌注樁、旋噴止水樁、冠梁和斜撐達到強度后進行［5-6］。基坑開挖施工時，基坑周邊地面超載不應大于20 kN／m2。鉆孔灌注樁+旋噴止水樁+內支撐支護體系，均為臨時結構。

（3）基坑開挖時，應豎向分層、縱向分段、對稱平衡開挖。對于圍護樁支護段，分層高度不得大于1.5 m，分段長度應小于25 m，以機械開挖為主、人工開挖為輔。坑底及坑壁留不小于300 mm厚土層采用人工開挖找平，分層基坑開挖至支撐中線設計標高下0.5 m時必須停止開挖，及時架設支撐。砼支撐均采用現澆［7-8］。

（4）基坑開挖后，應及時施作坑內排水溝和集水井，并通過水泵排出，防止坑內積水。

5.3 支撐系統

（1）支撐的穩定性是控制整個基坑穩定的重要因素之一，支撐的架立必須準確到位。支撐安裝前應在地面上試拼。

（2）支撐結構的安裝與拆除、換撐應與基坑支護結構的設計計算工況一致，支撐應隨挖隨撐。在開挖土體至相應支撐底面位置時，開槽安裝支撐，施加預應力。

（3）所有鋼支撐端部支托和連接構造都要具備防止因碰撞而移動脫落的功能。第一道支撐應采取可靠措施防止因壓力消減造成的支撐端部移動脫落。

（4）當利用主體結構換撐時，主體結構的底板或頂板混凝土強度應達到設計強度的70%。

（5）同層鋼支撐中心標高偏差不應大于30 mm；支撐兩端的標高差不應大于20 mm；支撐水平軸線偏差不應大于30 mm；支撐初始撓曲度不應大于支撐長度的 1／1 000。

5.4 基坑回填

（1）回填土在頂板防水層施工完成后立即施作，材料宜用黏土或粉土，不得含有垃圾、腐殖物等雜質。

（2）填土應分層夯實，每層厚度為250～300 mm。填土壓實密度應滿足路面下600 mm內不小于0.95，600 mm以下不小于0.93；對于作為市政道路路基填方的，應符合相關規定。

（3）結構兩側需要回填土方的，應在兩側同時回填。

5.5 施工要點

（1）從路基坡腳外2 m放坡開挖工作坑。為保證路基安全，工作坑邊坡采用噴錨混凝土進行防護。工作坑底應設置集水井，及時抽排積水。

（2）隧道明挖段即長沙市地鐵一號線施工區間段圍護樁樁底標高和中立柱樁底標高不得大于標高線。

（3）嚴禁雨季施工。施工前要加強安全措施，防止基坑和路基坍塌，并作好防洪準備，嚴禁基坑在水中浸泡。

6 基坑施工監測

6.1 監控量測布置

測點布置見圖3～圖4。

圖3 測點布置平面（單位：m）

圖4 測點布置縱斷面

現場監控量測目的是對現場隧道圍巖及周邊土體的穩定性、判斷隧道支護襯砌設計是否合理、圍護結構是否安全、輔道頂進是否按照設計要求和施工方法是否正確進行檢驗。

監測基準點設于變形影響區（基坑邊外30 m）外，每測區不少于3個，以便相互校核；對于其他測點，應加強保護，保證監測數據的連續與完整［9-10］。

6.2 監控量測結果

（1）地表沉降控制標準

地表沉降控制標準:地表最大下沉量為30 mm，隆起量為10 mm；管線差異沉降最大值按有關地下管線部門的要求確定［11］。

（2）基坑周邊地點沉降

圖5為地表沉降實測曲線，所測地表測點最大沉降點為18 mm。距離基坑邊距離越近，沉降越大，影響范圍約為11 m，影響范圍外地表幾乎不受基坑開挖影響。

圖5 地表沉降曲線

（3）圍護結構水平位移

圖6a為明挖段起點測斜孔水平位移實測曲線。澆筑底板混凝土后位于基坑標準段的測斜孔水平位移逐漸趨于穩定，最大水平位移值為30 mm，方向朝向基坑內側。

圖6b為明挖段中點測斜孔水平位移實測曲線。在澆筑底板混凝土后位于基坑標準段的測斜孔水平位移逐漸趨于穩定，最大水平位移值為32 mm，方向朝向基坑內側。

圖6c為明挖段終點測斜孔水平位移實測曲線。在澆筑底板混凝土后位于基坑標準段的測斜孔水平位移逐漸趨于穩定，最大水平位移值為34 mm，方向朝向基坑內側。

由圖6可以看出:水平位移隨開挖深度的增加逐漸增大，最大位移發生的深度也隨開挖逐漸向下移動，基本位于當前工況的開挖面處，位移隨深度分布曲線呈兩頭小中間大的形狀，待主體結構澆筑底板混凝土后，變形逐漸趨于穩定。由此可知:及時安裝支撐、嚴格控制超挖、盡量減小坑底土體暴露時間是減小圍護結構變形的有效措施。

（4）立柱隆沉

立柱隆起變形隨時間變化曲線如圖7。結構柱的隆沉變形對整個支撐體系的受力和基坑的穩定影響較大。監測數據顯示:在基坑開挖階段，受土體卸載作用，立柱不斷隆起，最大隆起變形9.9 mm；隨著內部結構混凝土的澆筑，立柱隆起值略有減小，各測點累計變形量差異很小。

圖6 測斜管水平位移曲線

圖7 立柱隆起變形隨時間變化曲線

基坑的水平位移小于40 mm；地表最大下沉量為18 mm，小于30 mm，隆起量小于10 mm，管線差異沉降最大值均小于地下管線部門的要求［12］。

7 結論

大量工程實踐表明，在基坑開挖過程中，須對基坑變形進行有效地控制，否則將會影響到鄰近建筑物的結構安全和正常使用，也會破壞周圍交通干道以及各種地下管線，對工程安全造成巨大隱患。本文基于漁業路隧道明挖段深基坑支護結構的設計與施工監測數據分析，得出如下結論:主體基坑地表最大下沉量為18 mm，地下連續墻水平位移實測值約為30 mm，隆起最大變形不超過10 mm，均滿足相關規范變形控制標準。基坑支護體系的變形及內力均在可控范圍內，所選施工方法有效地克服了富水厚砂復雜地質條件，基坑變形得到了有效控制。在確保基坑工程本身安全性和穩定性的條件下，也保證了鄰近建筑物和周圍交通干道及各種地下管線的結構安全和正常使用，支護結構選型合理，設計方法正確。