上跨規劃河道現澆橋下部結構超深基坑施工關鍵技術

張文龍 楊雪峰 婁志會 萬佳佳 于海亮

北京城建中南土木工程集團有限公司，中國·北京 100124

1 引言

規劃秦淮東河處現狀地面高程約29m 左右，規劃河底高程3.0m，河底寬40m，頂寬約185m。兩側河坡1 ∶2～1 ∶2.5；其上跨預應力混凝土連續箱梁，主跨跨越有混凝土護坡的主河槽，主墩立于主槽坡頂馬道以外，邊墩立于規劃斷面邊灘坡頂，兩岸坡面各設三處平臺（馬道）。根據規劃，需待寧句城際施工運營后，后期再開挖規劃秦淮東河斷面。因此，合理的施工方案對保證超深基坑的開挖安全及周邊環境尤為重要[1,2]。如圖1所示。

圖1 基坑開挖區域平面示意圖

2 工程概況

2.1 水文地質情況

根據工程地質剖面圖和結合現場施工鉆孔灌注樁鉆孔情況，地面以下地質結構層次是雜填土和素土厚度大約3.5m；黏土、粉質黏土部分厚度大約為11.91m；強風化泥質砂巖厚度約為6.6m；中分化泥質砂巖約為5.5m。由于地下水較深，不考慮地下水對建筑及基坑支護結構的影響[3]。

2.2 施工重難點

基坑尺寸小、深度大，隨著基坑開挖深度增加地質情況不斷發生變化，強風化巖層和中風化巖層強度等級8.05～56.7MPa，土方開挖過程中，不能直接取土，需要進行破除后，才能再挖土，工程復雜的地質條件對超深基坑施工提出了更高的要求。

3 深基坑施工關鍵技術

3.1 深基坑施工工藝

管線改移、場地平整→圍護樁施工→橋梁樁基施工→第1 層基坑開挖→冠梁及第1 道混凝土內支撐施工→第2 層基坑開挖→第1 道鋼支撐安裝→重復以上步棸直至第3 道鋼支撐安裝→開挖至基坑底標高→施作承臺及高墩施工。

3.2 圍護結構施工

根據橋梁基坑防護的工程特點及地質條件施工。基坑采用Φ1200@1600，樁長29.8m 鉆孔灌注樁，進行規劃秦淮河深基坑的圍護工作。基坑豎向第1 道采用砼冠梁及混凝土支撐，第2～4 道采用鋼支撐、角部設置角撐。

3.2.1 冠梁、擋墻及混凝土支撐施工

基坑冠梁：1400×800mm（寬×高），第一道砼支撐800×800mm（寬×高），擋墻采用鋼筋砼結構；擋墻寬度200mm，高度1.5m，采用C35 混凝土進行澆筑。

3.2.2 基坑排水方法

本工程根據基坑特點和開挖方式采用分區段設縱橫向匯、排水溝槽和集水坑的坑內水平排水系統，邊開挖邊設置匯水溝、排水溝，及時將明水集結于集水坑內，再由潛水泵抽出坑外，防止基底受水浸泡而受到破壞，并利于下部工序施工。

3.2.3 網噴混凝土施工

①網噴支護施工工序。

網噴支護施工工序：土方開挖施工→樁體處理→掛設鋼筋網片→噴射100mm 厚C25 砼支護。

②噴射混凝土施工。

土方開挖施工：土方開挖嚴格技術交底施工分層開挖，每層噴錨土方開挖高度控制在2m 范圍之內。依次按照施工工序進行施工，直到基坑底標高。

樁體處理：對于凸出的樁體，應將凸出部分鑿至與噴射后混凝土面相平。對于凹進去的樁體，應盡可能保留樁外土，采用人工鏟平到網噴前的位置，減少噴射混凝土數量。

掛設鋼筋網片：樁處理完成以后應立即鋪掛鋼筋網片，采用Φ8@150×150 鋼筋網片與Φ16 固定筋焊接，固定筋的施工可根據現場實際情況進行施工，樁間噴錨鋼筋網片固定示意圖見示意圖。圍護樁間掛鋼筋網采用Φ8@150×150，網片之間搭接100mm，鋼筋應雙向搭焊接，錨固鋼筋采用直徑16mm，L=0.6m，豎向間距2m，預埋入樁內；鋼筋網片外增設2 根橫向拉筋，采用鋼筋直徑16mm通長布置，豎向間距2m。如圖2、圖3所示。

圖2 樁間噴射混凝土

圖3 樁間鋼筋布置

④噴砼施工：噴射砼厚度為100mm，強度等級為C25早強砼。噴混凝土前按照測量交底進行掛線控制噴砼厚度保證結構凈空尺寸。與上部混凝土接茬處應清理干凈，保證接茬密實。噴混凝土后及時進行噴混凝土面的表觀修整，使噴混凝土面表觀順直。噴射混凝土應密實、平整、無裂縫、脫落、漏噴、漏筋、空鼓、滲漏水等現象。平整度允許偏差為30mm。為利于后期防水施工，噴射混凝土在終凝前使用大灰板進行初步搓平。

3.2.4 土方開挖施工

①基坑土方開挖施工方法。

地質勘探揭示：地表以下約10m 范圍為雜填土或黏土，采用普通長臂挖機即可開挖。10m 以下為強風化巖和中風化巖，強度在8.43～56.1MPa。采用炮錘破碎，吊斗垂直提升至基坑外，裝運輸車外運。如圖4所示。

圖4 基坑開挖平面示意

基坑分層開挖，鋼支撐及時支護并施加預應力，分層開挖見下表1。

表1 土方分層開挖表

②土方開挖區域劃分。

具體開挖分層和開挖順序詳見開挖區域平面圖。如圖5所示。

圖5 基坑開挖區域平面示意圖

對于樁基周圍巖石用空壓機進行破除，已避免采用機械破除對圍護樁的影響。

③土方開挖安排。

另外，利用劑量效應也可以間接推測抗原，例如：抗Dib抗體與雜合子反應比純合子弱，根據反應強度差別可以推測紅細胞是否攜帶Dib抗原。

第一層土方開挖地質情況為雜填土，開挖長度為17.15m，寬度為13.4m，深度為1.9m，本層土方量為436.6m3。挖機進入基坑范圍內開挖、裝車。開挖至冠梁以下0.15m 后即完成第一層土方開挖，施工冠梁及第一道內支撐。

第二層土方開挖地質情況為素土和黏土、粉質黏土，開挖長度為：14.75m，寬度為11.0m，深度為6.75m，本層土方量為：1095.2m3。本層土方開挖在第一道鋼筋砼支撐梁砼強度達到設計要求后進行。采用豎向分層、平面分區域進行土方開挖，開挖順序為先進行支撐中間區域1 平面土方開挖，每層開挖厚度不超過2m，然后在進行基坑四周邊角區域平面2 土方的開挖工作，平面中間區域1 范圍采用卡特短尾328D 型號挖機進行土方開挖，平面四周四角范圍2 采用15 型微挖機挖出大挖機不能取土的部位，使得圍護樁基工作面達到可以進行掛網噴錨要求；同時，坑隨著開挖深度的逐漸加深，坑內挖機無法將土棄于坑外，此時坑內挖機負責挖、堆積土，采用地面液壓抓斗取土。開挖深度達10m 后，地層進入強風化，坑內挖機加裝炮錘破碎巖石并堆積破碎石，由坑外抓斗繼續取土。直至本層土方開挖完成到第二道鋼筋砼支撐底面標高以下0.15m，施工第二道內支撐。

第三層至第五層，按照同樣的方法，完成所有土方開挖。

3.2.5 基坑鋼支撐架設

①鋼支撐布置及構造。

基坑共設4 道鋼支撐，其中一道為鋼筋混凝土支撐，第二至第四道為鋼支撐，支撐采用Φ800mm t=20mm，腰梁為雙拼工63c 型鋼。

②施工工藝流程。

圖6 鋼支撐布置斷面圖

3.2.6 基坑監測技術

基坑工程主要影響區為基坑周邊0.7H 范圍內，一般影響區為基坑周邊0.7～2.0H 范圍內，可能影響區為基坑周邊2.0H 范圍外，H 為基坑設計深度（m）。基坑工程監測范圍應根據工程影響分區，結合設計要求、施工工法、支護結構形式、地質條件、周邊環境條件等綜合確定，并包括主要影響區和一般影響區。綜合考慮，該深基坑監測范圍取值為3.0H（H 表示基坑深度）。

依據當地規程及設計文件，深基坑開挖深度超過20m屬于一級監測等級。如表2所示。

表2 監測項目

3.3 基坑開挖安全控制

基坑施工期間的組織安排和施工過程控制、基坑圍護結構的變形與穩定性監測十分重要，但安全開挖的措施也是基坑安全順利施工的關鍵。

基底30cm 采用人工開挖時，2 人操作的間距應大于3m，不得對頭挖土，挖土面積較大時，每人的工作面積應不小于6m2；基坑挖土嚴禁無關人員進入場地，挖掘機工作半徑范圍內不得站人或進行其他作業，必須確保支撐體系的安全可靠性，再向下開挖，以確保基坑穩定。在基坑內進行電焊作業時，應做好個人的絕緣防護工作，嚴禁將電線盒用電設備浸泡在水中，以防漏電。基坑頂部嚴禁堆放重物，作業人員進場必須登記，開挖過程中，隨時觀測周圍建筑物及路面。開挖過程中設1 處逃生通道，設1 處應急爬梯。

4 實施效果

①基坑在施工中沒有出現明顯的滲水現象，表明實施上述關鍵技術的可靠性。

②施工監測表明施工中未出現預警，地表沉降、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、建筑物沉降、支撐軸力、深層水平位移等監測數據在整個開挖期間處在可控范圍內，證明基坑變形和施工工況密切相關。

5 結論

①根規定超過5m 的基坑屬于危險性較大的深基坑，本基坑深約27m，因此深基坑開挖的安全性是首要考慮的，特別是對于本工程超深基坑，施工關鍵技術的選擇直接決定了開挖的風險，本基坑第一道采用砼支撐+3 道鋼支撐+樁間噴錨的關鍵施工方案選擇，通過實踐證明須技術可行性和安全性可靠。

②通過城際地鐵上跨規劃河道現澆橋下部結構超深基坑施工關鍵技術的綜述，以南京城際地鐵寧句線為例，從圍護支撐、土方開挖、排水、安全控制等方面分析超深基坑施工的關鍵技術，可為城際地鐵施工超深基坑的施工提供新的思路。

③該超深關鍵技術的施工實施，通過過程監測和施工安全得到了檢驗上述方案的實施，保證了施工過程中的安全。基坑施工期間的組織安排和施工過程控制、基坑圍護結構的變形與穩定性監測、安全開挖的措施是基坑安全順利施工的關鍵。