復雜環境下車站深基坑工程支護及開挖施工技術

劉文勝 梁文新 黃華祥

中建五局土木工程有限公司

1 引言

基坑工程支護通常采用放坡開挖、圍護墻深層攪拌水泥土、高壓旋噴樁、槽鋼鋼板樁、鉆孔灌注樁、地下連續墻、土釘墻、SMW工法（勁性水泥土攪拌樁法）等方法，而深基坑工程支護及開挖則通常采用鉆孔灌注樁、地下連續墻、多級臺階式放坡開挖方法。在城市建設工程施工中，如若采用多級臺階式放坡開挖施工方法勢必會存在：工程施工占地范圍廣導致建筑物拆遷費用增高、土方開挖和外棄數量大造成工程施工費用增高、開挖后邊坡坡面面積大容易遭受雨水沖刷造成基坑邊坡失穩甚至產生塌方事故、水土流失嚴重對周邊環境造成嚴重污染；采用地下連續墻施工方法勢必會增加工程造價且施工要求專用設備等諸多問題。

2 工程概況

降橋站是南寧市軌道交通5號線一期工程從南到北的第16個站，車站附屬B號出入口臨近學校學生宿舍樓，坐落于偏壓地質山坡懸坎壁上且有110kV 架空高壓輸電線路、DN400mm～DN600mm呈直線且上下或左右彎折形狀的給水管道凌駕和橫跨于施工現場上方。為此，工程施工中，尤其是在偏壓地質、地下管線和架空高壓線路受阻環境下，采用鉆孔灌注樁排樁+樁板墻+樁間噴錨+三級內支撐組合支護及開挖施工方法，能克服現有技術中存在的諸多問題。

3 施工方法

3.1 施工工藝流程

施工準備→管線原位防護→圍護樁施工→冠梁及擋墻施工→坑外擋水排水施工→土石方開挖→圍護樁樁間樁板墻施工→圍護樁樁間噴錨施工→腰梁及支撐梁施工→附屬主體結構底板施工→施工監測→結束。

3.2 施工要點

3.2.1 施工準備

工程施工前，須對車站附屬B 號出入口施工區域內的地下管線進行探明和對學校學生宿舍樓結構進行查勘和安全性鑒定。

3.2.2 管線原位防護

（1）對于凌駕附屬B號出入口上方的110kV架空高壓輸電線路，采用就地設置安全距離限高限寬水平防護裝置，并在水平防護裝置上安裝封頂網、LED燈帶和“上方高壓、禁止靠近”警示標識牌；對于橫跨附屬B 號出入口上方的DN400mm～DN600mm 給水管道，采用工字鋼作為懸吊梁、懸空兩端圍護樁頂冠梁及擋墻支撐、懸空中部鋼絲繩懸吊方法進行管線原位防護。

（2）既能在架空高壓輸電線路和在給水管道懸空下方區域能安全順利地完成附屬B號出入口施工，又能縮短施工工期、減少施工工作量、降低施工成本，不干擾片區居民或商家正常生活，又能節省土地資源、防止植被破壞及土地流失污染周邊環境。

3.2.3 圍護樁施工

（1）待110kV架空高壓輸電線路完成原位防護后，按工程施工圖設計放樣和施工圍護樁，圍護樁樁長為5.50m～23.90m。在山坡懸坎壁且高出附屬B 號出入口頂面地段的圍護樁按Φ1000@1200mm 或Φ1200@1500mm 永久性結構鉆孔灌注樁進行施工，其混凝土為C35 水下混凝土；其余地段的圍護樁按Φ800@1100mm 或Φ1000@1200mm 鉆孔灌注樁進行施工，其混凝土為C30 水下混凝土進行施工；因受給水管道所處位置影響而未施工的圍護樁，經設計變更同意后，待基坑土方開挖作業時，同步進行圍護樁樁間樁板墻施工。

（2）當圍護樁混凝土強度達到設計強度70%且不低于15MPa 時，對圍護樁按檢測數量不少于總樁數數量20%且不少于10根的頻率進行樁身完整性檢測。附屬B號出入口圍護樁經現場檢測樁身完整性均為Ⅰ類樁，符合設計要求。

3.2.4 冠梁及擋墻施工

在圍護樁頂面上施作尺寸為1000mm×500mm∕1200mm×500mm 永久性結構冠梁和800mm×800mm 冠梁。當冠梁混凝土強度達到5MPa 時，在其頂面施作永久性混凝土擋墻和擋墻，擋墻頂面均高出學校宿舍樓地面和原地面300mm。永久性結構冠梁和擋墻混凝土強度等級為C35，其余部分冠梁和擋墻混凝土強度等級為C30。

3.2.5 坑外擋水排水施工

擋墻施工完畢，在其墻背進行沙礫土分層回填并夯實，每層壓實度達93%以上，在沙礫土層頂面進行地面混凝土硬化；在擋墻與混凝土地面之間設置寬度300mm、深度200mm 的“凹”型擋水溝，在學校建筑物靠近附屬B號出入口側設置寬度500mm、深度300mm的“U”型排水溝，將地面雨水集中匯流入沉淀池內，經三級沉淀凈化后排入市政污水管網或回收用于灑水降塵。

3.2.6 土石方開挖

（1）高出附屬B號出入口頂面地段土石方開挖。待附屬B號出入口基坑開挖條件驗收通過后，即可開挖冠梁底部至第一道混凝土支撐腰梁（兼附屬B號出入口頂板壓頂梁）6.0m范圍的土石方，開挖采用機械分層開挖方式，每層開挖深度為1.0m，共分6層進行開挖。

（2）附屬B號出入口地段基坑土石方開挖。待附屬B號出入口基坑開挖條件驗收通過后，即可進行基坑土石方開挖。開挖時，須縱橫向放坡分段、分層、分區、對稱開挖，不得超挖，每層開挖深度為1.0m，嚴禁大鍋底開挖；在第一層土石方開挖時，每一段的開挖長度為12.0m，在各道支撐處土石方開挖時，每小段開挖長度為6.0m，支撐中心與土石方開挖面距離為500mm；土石方開挖至基底以上300mm 時停止開挖，須進行基底承載力檢測和基底驗槽，驗收合格后改用人工開挖至基底并及時進行厚度為100mmC15混凝土墊層封底，盡量減少對基底土的擾動。

3.2.7 圍護樁樁間樁板墻施工

因受給水管道所處位置影響而未施工的圍護樁，經設計變更為樁板墻；在第一層土石方開挖時，就開始施工圍護樁間樁板墻直到基坑底。施工時，首先破除圍護樁外側100mm 至混凝土界面，人工開挖清除圍護樁間樁板墻位置處的土層，開挖深度為250mm；在樁板墻左右側圍護樁上沿高度方向從冠梁底部至基坑底分別鉆孔植入相同等距HRB40014mm 熱軋帶肋鋼筋，作為樁板墻橫向受力鋼筋，采用HRB40012mm 熱軋帶肋鋼筋作為樁板墻豎向鋼筋，安裝綁扎鋼筋，安裝模板，采用與圍護樁混凝土相同等級C35∕C30混凝土澆筑成型樁板墻，拆模后采用土工布潤濕養護樁板墻混凝土7天。

3.2.8 圍護樁樁間噴錨施工

（1）土石方每開挖1.0m，人工開挖清除圍護樁間深度為100mm 土石層，破除圍護樁與噴錨層相交100mm 保護層至混凝土界面，扳出一端已焊接在圍護樁鋼筋籠上HRB40012mm 熱軋帶肋鋼筋與鋼筋網片上鋼筋焊接連接，焊縫長度為120mm（10d，d 為鋼筋直徑），在鋼筋網片表面施作噴錨層至基坑底，其混凝土強度等級為C20噴射混凝土，在高出附屬B號出入口頂面地段噴錨層混凝土強度等級為C35 噴射混凝土，噴錨層厚度均不小于100mm。

（2）人工開挖清除圍護樁間土石層后，使用空氣鉆在樁間土石層表面斜向上鉆取深度500mmΦ60mm泄水孔洞，安裝前端裹有土工無紡布長度500mmΦ50mmPVC泄水管。泄水管安裝后在噴錨層上呈2200mm×1500mm交錯布設，其尾端須外露出噴錨層50mm 入土450mm，其土石層前端高于外露尾端呈5%坡度。噴射時，使用錐形木楔堵塞泄水管外露管口，防止混凝土噴射入泄水管內。

（3）鋼筋網片采用HPB300φ8.0mm 熱軋光圓鋼筋加工焊接成單層雙向網格尺寸為150mm 網片。安裝時，在初噴一層混凝土后進行鋼筋網鋪掛，直撐布置處采用單掛點，斜撐布置處和高出附屬B 號出入口頂面地段采用雙掛點，鋼筋網片間搭接采用綁扎連接，搭接長度不小于200mm（30d，d為鋼筋直徑）且不小于1個網格長邊尺寸。

（4）噴射混凝土采用濕噴工藝、分兩層噴射作業，噴射作業區的氣溫不低于5℃，第一層噴射混凝土終凝且鋪掛完鋼筋網片后再進行第二層混凝土噴，第二層噴射混凝土須全部覆蓋鋼筋網片，噴錨層混凝土終凝后須灑水養護7d。噴射混凝土混合料須隨拌隨噴，噴射混凝土回彈物不得重新用作噴射混凝土材料。

（5）噴錨層外觀質量：經施工現場實測實量檢測，附屬B 號出入口地段噴錨層表面平整密實，無鋼筋凸出，個別突入主體結構為70mm；高出附屬B號出入口頂面地段噴錨層作為永久外露面，表面平整密實，平整度均小于10mm，垂直度均小于5mm，符合施工技術規范規定要求。

3.2.9 腰梁及支撐梁施工

在高出附屬B號出入口頂面地段冠梁底部向下6.0m位置處施作第一道混凝土支撐腰梁（兼附屬B號出入口頂板壓頂梁）和第一道混凝土支撐梁，再往下3.0m或6.0m位置處施作第二道鋼支撐或混凝土支撐梁和第二道混凝土腰梁，鋼支撐采用Φ609mmt=16。第一道支撐腰梁和混凝土支撐梁采用C35 混凝土，第二道支撐腰梁和混凝土支撐梁采用C30混凝土。

3.2.10 附屬主體結構底板施工

待墊層混凝土強度達到設計規定要求時，在其表面上鋪設規格為P1.2∕1.5 40 預鋪式（非瀝青基）高分子自粘膠膜防水卷材；在防水卷材表面上施作厚度為100mmC20 細石防水混凝土保護層。待保護層防水混凝土強度達到設計規定要求時，安裝鋼筋和澆筑厚度為700mmC35P8高性能混凝土結構底板。底板混凝土終凝后采用土工布潤濕養護樁板墻混凝土14天。待底板混凝土強度達到設計規定要求時，按工程施工圖設計進行附屬B號出入口主體結構施工。

3.2.11 施工監測

由于距離附屬B 號出入口基坑較近且建設年代較長、基礎較淺的4層學校宿舍樓，在基坑開挖時容易出現不均勻沉降、傾斜及裂縫等情況；由于附屬B 出入口基坑開挖深度為13.5m，其基坑監測等級按一級進行施工監控。

（1）基坑工程施工監測內容。包括為日常巡視、周邊地下管線沉降變形監測、基坑周邊地表沉降監測、地下水位監測、樁體深層水平位移（測斜）監測、樁頂豎向位移、圍護樁頂水平位移監測、支撐軸力監測、臨時立柱位移、周邊建（構）筑物變形（沉降、傾斜、裂縫）及土體深層水平位移。

（2）監測項目和測點數量。附屬B 號出入口基坑監測項目和測點數量：周邊地下管線沉降數量16點、基坑周邊地表沉降數量22點、地下水位數量3點、樁體深層水平位移數量14點、樁頂沉降數量14點、樁頂水平位移數量14點、支撐軸力數量6點、周邊建（構）筑物沉降數量12點、周邊建（構）筑物傾斜數量7點、土體深層水平位移數量2點及周邊建（構）筑物裂縫監測和臨時立柱沉降等。

（3）監測方法。地下管線沉降監測、臨時立柱沉降采用天寶DiNi03電子水準儀配合銦剛尺進行測量；地表沉降、樁頂沉降監測、建（構）筑物沉降監測采用天寶DiNi03電子水準儀配合因瓦條碼水準尺進行測量；地下水位監測采用鋼尺水位計進行監測；樁體深層水平位移監測采用江蘇海巖生產的CX-921H 型智能測斜儀進行測量；樁頂水平位移監測，根據降橋站附屬結構現場條件建立獨立坐標系，選擇徠卡TS30全站儀使用坐標法進行監測；支撐軸力監測采用頻率儀讀取各元器件的頻率進行監測；建（構）筑物傾斜監測采用差異沉降法進行監測；建（構）筑物裂縫監測采用游標卡尺對裂縫進行觀測；土體深層水平位移監測方法及技術要求同樁體深層水平位移。

（4）監測頻次。自附屬B號出入口基坑開挖開始監測持續至主體結構上方回填土施工完成為止，監測頻次詳見表1 監測頻率表。

表1 監測頻率表

（5）監測預警值。根據設計單位提出的監控量測控制指標，將施工過程中監測點的預警狀態按嚴重程度由小到大分為三級：黃色監測預警、橙色監測預警和紅色監測預警。

（6）監測數據及時預警。每天對監測數據及時進行綜合整理分析，當監測數據發生異常時，應立即進行復測，并追查原因；當監測數據達到控制值的70%時，須及時通知現場施工負責人，上報監理、建設單位等相關單位，并提出預警。

4 應用效果

本車站附屬B 號出入口深基坑工程支護及開挖，通過采用鉆孔灌注樁排樁+樁板墻+樁間噴錨+三級內支撐組合支護及開挖施工方法，克服了采用多級臺階式放坡開挖方法、地下連續墻施工方法存在的諸多問題，對臨邊建筑物沒有造成沉降、開裂、傾斜工程事故，也沒有增加新裂縫數量，原有裂縫寬度、長度沒有發生明顯變化，具有節省土地資源、防止植被破壞、土地流失污染、施工工藝簡單容易操作、施工安全可靠性高的有益效果。

5 結束語

城市地鐵工程屬于國家民生基礎設施工程，其建設期間既要保證工程安全施工的同時，又要保證工程施工不對臨邊原有建筑物的正常使用產生影響，又要防止水土流失對周邊環境造成嚴重污染。在工程建設中，我們需要不斷地總結施工經驗、改進施工工藝，以達到最優安全控制技術措施，為城市綠色環保建設多做些貢獻。