臨近密集建筑物工程半蓋挖法深基坑施工技術(shù)

徐京偉

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司，上海 200000）

0 引言

工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，經(jīng)常存在已有建筑物或管線等離施工區(qū)域很近，或跨越施工區(qū)域的問題，部分管線通過遷移避開施工區(qū)域，但依然有一些項(xiàng)目存在臨近密集建筑物，基坑開挖時(shí)稍有不慎，就會(huì)造成周圍路面塌陷、房屋沉降開裂，甚至傾斜倒塌等后果。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了密集建筑物施工項(xiàng)目采取半蓋挖法深基坑施工技術(shù)的成功做法，很好地保證了基坑的安全穩(wěn)定。

1 工程概況

江星路站位于江星路與平河路交叉路口東側(cè)，為地下三層島式站。車站總長168.4m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.1m，標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度約24.111～24.351m，端頭井開挖深度約25.794m，采用半蓋挖順作法施工。

車站基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐（混凝土、鋼）圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系（見圖1）。圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用在1000mm 厚度的地下連續(xù)墻，按照設(shè)計(jì)布局，共有7 道豎向支撐與1 道換撐。其中，第1、5 道支撐屬于鋼筋、混凝土支撐構(gòu)造，第1、2、4、6、7 道支撐東西端頭斜撐各設(shè)置8 根、標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)置50 根Φ609×16 的鋼支撐；第6 道設(shè)置66 根Φ809×20 的鋼支撐；臨時(shí)鋪蓋板采用現(xiàn)澆300mm 厚鋼筋混凝土板。

圖1 江星路車站總平面圖及車站橫斷面

2 工程重難點(diǎn)

2.1 管線橫跨基坑

江星路站周圍分布有較多的管線，在地墻施工前期，大部分管線已進(jìn)行遷改，不影響基坑開挖施工。但仍有4 號(hào)線運(yùn)營11 萬伏高壓電纜難以遷改，且其管線橫跨車站西端頭井?dāng)U大端，寬度為26.8m，在基坑開挖及鋪蓋板施工過程中極易受到破壞。

2.2 寬大基坑

江星路站主體為地下三層雙跨框架結(jié)構(gòu)，其中主體基坑開挖形成端頭井寬27.8m、標(biāo)準(zhǔn)段寬22.1m、全長168.4m 的寬大基坑。基坑開挖面積大，循環(huán)開挖周期長，鋼筋混凝土支撐形成受力體系的時(shí)間較長，鋼支撐長細(xì)比較大，容易發(fā)生彈性變形和撓曲變形，且預(yù)應(yīng)力極易發(fā)生損失，基坑變形比較難控制，對(duì)基坑穩(wěn)定不利。

2.3 基坑與建筑距離近

江星路車站主體南北側(cè)為天筑家園小區(qū)。車站北側(cè)天筑家園3 棟5 層住宅樓（條形基礎(chǔ)），距離車站主體最小水平距離約為6.8m。開挖過程稍有不慎，將會(huì)造成周圍路面塌陷、房屋沉降開裂，甚至傾斜倒塌等后果。

3 施工管控措施

3.1 11 萬伏管線保護(hù)

基坑開挖前，按照冠梁、支撐、連系梁施工順序施工，保證將電纜通道的人工放坡挖至通道的底部區(qū)域，對(duì)于人工鑿除通道區(qū)域，則實(shí)施混凝土包封操作，并確保電纜線已從通道中剝離出來。然后開挖冠梁及連系梁位置的土方至其底標(biāo)高，然后施工冠梁、支撐及連系梁。

電纜線與冠梁、連系梁交叉部位，把電纜線包于連系梁、冠梁的內(nèi)部，并對(duì)上述結(jié)構(gòu)同時(shí)澆筑。在完成支撐施工操作后，還需在北側(cè)的冠梁和連系梁間樹立500mm×300mm 的H 型鋼，使H 型鋼的兩側(cè)能夠和冠梁、連系梁緊密相接，確保固定不動(dòng)搖；對(duì)于其下部的電纜線則需借助吊帶和H 鋼相連并起到保護(hù)作用。南側(cè)鋪蓋下方電纜線，在施工鋪蓋板時(shí)采用雙股32U 型鋼筋懸吊，U 型鋼筋錨入鋪蓋板內(nèi)。高壓電纜下方地連墻采用拼幅施工技術(shù)，以保護(hù)電纜。

3.2 土方開挖控制

（2）基坑土方開挖步驟。一半土方采用明挖法開挖，利用標(biāo)準(zhǔn)臂挖掘機(jī)和抓斗機(jī)直接開挖；一半位于鋪蓋板下，用標(biāo)準(zhǔn)臂挖掘機(jī)翻倒土方至明挖部分，直至基坑見底。半鋪蓋開挖前，需規(guī)劃好挖機(jī)取土點(diǎn)，灑上白灰，首先，取中間碼頭吊位置，再取南側(cè)鋪蓋，最后取北側(cè)位置的土方，這樣可以提前在鋪蓋下方進(jìn)行鋼支撐安裝架設(shè)準(zhǔn)備工作，減少基坑變形及暴露時(shí)間。開挖步驟見圖2。

圖2 基坑土方開挖施工步驟

（3）施工管理制度。在基坑開挖施工過程中，嚴(yán)格執(zhí)行基坑開挖管理制度，主要有：開挖任務(wù)單制度、掏槽檢縫制度、基坑24h 巡視制度、鋼支撐安裝記錄制度、領(lǐng)導(dǎo)帶班制度與每天“碰頭會(huì)”制度。項(xiàng)目工程部技術(shù)員、安質(zhì)部安全員全過程、24h 進(jìn)行基坑巡查、記錄，落實(shí)基坑開挖各項(xiàng)管理制度。

3 鋼支撐架設(shè)

3.1 鋼支撐預(yù)留孔布置

在鋼支撐架設(shè)前，需根據(jù)鋼支撐布置圖，在鋪蓋上預(yù)留后期支撐施工吊裝孔，孔位大小為15cm，與鋼支撐中心偏差30cm 左右，離鋼支撐端頭約3m，以便后期鋼支撐拆除時(shí)分解吊裝。

3.2 軸力伺服系統(tǒng)的使用

鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)包含軟件與硬件設(shè)備，屬于先進(jìn)的智能化基坑水平位移控制裝置，在基坑開挖期間，如果基坑的側(cè)壁出現(xiàn)變形等情況，使用該系統(tǒng)能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過動(dòng)態(tài)調(diào)整軸力，對(duì)基坑提供全方位多重安全保障[1]（見圖3）。

圖3 軸力伺服系統(tǒng)

支撐頭總成和鋼支撐相連，主要將其安裝至圍護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域，并借助油管、線纜與數(shù)控泵站連接。支撐頭總成內(nèi)部包含千斤頂，用以對(duì)鋼支撐施加軸力。

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江星路站第6 道鋼支撐采用自動(dòng)軸力伺服系統(tǒng)[2]，具體施工如下：

（1）伺服鋼支撐應(yīng)采用一端固定端-端伺服端型式，軸力補(bǔ)償系統(tǒng)和鋼支撐應(yīng)在地面進(jìn)行預(yù)拼裝。

（2）伺服鋼支撐安裝后需按鋼支撐預(yù)壓力控制值初步施加預(yù)壓力，鋼支撐兩端應(yīng)設(shè)置防脫落措施。

（3）按照要求在中央監(jiān)控系統(tǒng)中合理設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的上下限報(bào)警值、軸力設(shè)計(jì)值等。

（4）按照設(shè)定好的軸力極限值，合理設(shè)置液壓動(dòng)力控制系統(tǒng)中的游流閥安全值及軸力報(bào)警值，應(yīng)小于材料承載力極限值及軸力設(shè)計(jì)值。

3.3 新型保載活絡(luò)端頭鋼支撐的使用

3.3.1 活絡(luò)端頭鋼支撐結(jié)構(gòu)

為克服傳統(tǒng)鋼支撐承插式楔形塊和軸力伺服系統(tǒng)的不足（成本高、維護(hù)難，不適用于大面積，且液壓系統(tǒng)易發(fā)生油路爆管，致使支撐軸力衰減），該車站第2、3、4、7 道鋼支撐，均采用Φ609 新型保載活絡(luò)端頭鋼支撐結(jié)構(gòu)（見圖4）。

圖4 新型活絡(luò)端頭剖面圖

新型活絡(luò)端頭通過螺栓固定方法來鎖定鋼支撐軸力，在活絡(luò)端頭左右兩側(cè)，各有一個(gè)鎖緊的螺栓，用以降低偏轉(zhuǎn)力矩，又可適度調(diào)節(jié)基座的偏轉(zhuǎn)角度，使其和圍護(hù)結(jié)構(gòu)相貼合，避免使用階段因受到偏轉(zhuǎn)力矩導(dǎo)致的彎曲現(xiàn)象，盡可能降低挖土期間因機(jī)械碰撞導(dǎo)致軸力損失情況發(fā)生。活絡(luò)端頭的安裝和調(diào)試操作按以下步驟進(jìn)行：

（1）預(yù)加軸力的計(jì)算，需結(jié)合不同位置的實(shí)際要求，確保滿足鋼支撐構(gòu)建特征需求。

（2）軸力預(yù)加要充分結(jié)合相應(yīng)的規(guī)格、泵站等構(gòu)造，按照三次加壓的方法滿足規(guī)定要求。另外，在加壓期間，要緊密觀察鋼支撐構(gòu)建狀況，加壓至一定程度后，再認(rèn)真觀察數(shù)值趨于穩(wěn)定后的構(gòu)建情況。

（3）在將螺栓鎖緊以后，還需使用加力桿將活絡(luò)端頭鎖定，利用螺母緊固時(shí)，應(yīng)保證兩側(cè)共同加力，整個(gè)加力桿要保證充分插入到鎖緊孔中。同時(shí)，在鎖緊期間，還要合理控制螺母鎖定長度，保證活絡(luò)端頭和地下連續(xù)墻緊密相貼，且使兩側(cè)的絲線桿達(dá)到受力均勻的狀態(tài)。

3.3.2 新型、傳統(tǒng)支撐基坑圍護(hù)性能對(duì)比分析

統(tǒng)計(jì)匯星路站與采用傳統(tǒng)工藝的盤胥路站的墻體測(cè)斜變化值如表1 所示。

表1 墻體測(cè)斜累計(jì)最大值統(tǒng)計(jì)

通過表1 數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相近工況下,新工藝條件下的最大累積位移變形量明顯小于傳統(tǒng)工藝，上述結(jié)果反映出在應(yīng)用新型鋼支撐端頭時(shí)，可以合理控制基坑開挖期間的坑壁變形狀況，保證施工環(huán)境安全。

3.3.3 新型、傳統(tǒng)支撐基坑外圍地表沉降分析

結(jié)合表2 分析可知，在新支撐工藝條件下，地表沉積量沒有特別大的差異，這反映出基坑壁相對(duì)穩(wěn)定，并且它的變化情況和其它側(cè)壁相近。而在新支撐工藝下，各個(gè)工況會(huì)出現(xiàn)明顯的地面沉降增量，尤其在工況間隙時(shí)通常會(huì)發(fā)生蠕變效應(yīng)。對(duì)比上述兩種支撐工藝的地表沉降最大累計(jì)變形量數(shù)值，能夠發(fā)現(xiàn)，新工藝條件下的變形量值明顯較小，傳統(tǒng)工藝周圍地表沉降變形量增加顯著，最大沉降累計(jì)變化量達(dá)到-19.67mm，說明應(yīng)用新型鋼支撐端頭技術(shù)，可以合理控制基坑開挖期間的周圍地表沉降，保障施工安全[3]。

表2 地表沉降累計(jì)最大值統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

江星路站基坑開控采取相關(guān)措施后，在施工影響范圍內(nèi)，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)均穩(wěn)定可控，周邊建筑物沉降控制在20mm 以內(nèi)，地墻墻體測(cè)斜控制在28mm 以內(nèi)，土體測(cè)斜控制在33mm 以內(nèi)，對(duì)基坑周邊建筑未產(chǎn)生較大影響，促進(jìn)了工程有序、安全地進(jìn)行。