緊鄰地鐵沿線深基坑工程施工技術(shù)研究

趙川，宋岳，崔建鵬

（中國二十二冶集團有限公司，天津 300000）

1 前言

隨著城市化進程的不斷發(fā)展，國有土地發(fā)展空間變得越來越緊湊，因此開始逐步由地上空間不斷向地下空間發(fā)展，在發(fā)展的進程中不斷衍生出大量的深基坑工程。因城市地下空間發(fā)展的復雜性，基坑開挖、支護等面臨復雜的場地環(huán)境，施工難度越來越大。根據(jù)不同的地質(zhì)條件和基坑特點，合理選擇組合支護系統(tǒng)，保證施工安全，降低施工成本，已成為工程專業(yè)人員共同關(guān)注的問題。

國內(nèi)學者對深基坑工程的設(shè)計與施工進行了大量的研究，馮龍飛等以廣州地鐵側(cè)方典型深基坑工程為例，介紹了內(nèi)撐式和雙排樁2 種常用支護體系的特點及其工程應(yīng)用情況，為地鐵沿線附近深基坑工程提供設(shè)計和施工參考。余敦猛以上海某深基坑工程為例，采取混凝土支撐與鋼支撐結(jié)合的支撐體系對基坑開挖進行支護，有效控制樁體水平位移。田賀維等對天津津塔深基坑采用地下連續(xù)墻、雙圓環(huán)鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系、高壓旋噴樁做止水帷幕保障基坑的安全穩(wěn)定。褚人猛針對場地受限的深基坑施工工程，采用“上翻下穿”開挖新工藝，解決土方開挖外運問題。目前，在復雜環(huán)境工況下，深基坑支護組合形式還不夠成熟，還需要大量的工程實踐進行合理優(yōu)化，應(yīng)因地制宜選擇合理的支護體系。本文以天津市北辰區(qū)地鐵沿線附近深基坑工程為例，對地鐵沿線附近深基坑施工技術(shù)進行了研究。

2 工程概況

2.1 工程概況

本項目位于北辰區(qū)宜興埠鎮(zhèn)宜白路與均富路交口東北側(cè)，緊鄰地鐵張興莊站。該地塊基坑周長約804m，面積約24300m2，基坑東西長77.5 ～87m，南北長303.5m，基坑開挖深度4.76 ～7.71m。工程北側(cè)為市政道路宜白路，基坑上口線段距離道路主路約為23m，路面標高略高于場內(nèi)地坪，存在雨水場外倒灌風險。南側(cè)為鐵路軌道，地下臨近地鐵3 號線，處于地鐵50m 保護線內(nèi)，周邊環(huán)境復雜，對支護要求較高。西側(cè)為已建道路均富路，基坑上口距離道路主路最短距離為107m，路面標高與場平高度近乎一致。東側(cè)為空置地塊，場地標高比本地塊略低。

2.2 工程地質(zhì)及水文條件

根據(jù)《天津市巖土工程勘察規(guī)范》(DB/T 29-247-2017)、《天津市基土序列劃分技術(shù)規(guī)程》(DB/T 29-191-2009)及實測資料，在埋深50.00m 范圍內(nèi)，基土按成因年代可劃分為以下8 層，如表1 所示。

表1 場地土層分布

初見水位埋深0.60 ～1.50m，靜態(tài)水位埋深0.10～1.00m，地表水為潛水型，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排出，水位隨季節(jié)變化，年變化一般在0.50 ～1.00m。根據(jù)調(diào)查期間的地下水位觀測值、天津地區(qū)地下水位的變化幅度，結(jié)合場地周邊道路標高的綜合分析，可認為場地的抗浮設(shè)計水位為1.80m 標高。場地地下水位較淺，無公害土壤分布。

3 基坑支護

3.1 基坑支護

（1）工程北側(cè)及東西側(cè)局部部位均采用預應(yīng)力混凝土管樁+ 樁錨組合形式，管樁長11.5m，樁間距700mm，樁頂標高（相對）-2.70m，管樁上部設(shè)置800×500mm 冠梁，旋噴樁錨總長15m，樁徑350mm（擴孔處500mm）水平間距1.4m，水泥摻量30%。管樁加固東側(cè)長度為262.7m，西側(cè)長度為160.1m，北側(cè)長度為81.5m，整體長度為504.3m，具體位置如圖1 所示。

圖1 管樁+樁錨區(qū)域分布圖

（2）工程南側(cè)局部部位采用混凝土灌注樁+樁錨組合形式，灌注樁上部設(shè)置1000×600mm 冠梁，旋噴樁錨總長18/24m，樁徑350mm（擴孔處500mm），水平間距2.2m，水泥摻量30%。灌注樁加固東側(cè)長度為36.8m，西側(cè)長度為137.5m，南側(cè)長度為77.1m，整體長度為251.4m，具體位置如圖2 所示。

圖2 灌注樁+樁錨區(qū)域分布圖

（3）工程東側(cè)及南側(cè)部分區(qū)域采用立柱樁+鋼格構(gòu)柱支撐形式，立柱樁樁徑700mm，樁長14m，樁頂標高-7.00m，頂部預埋上部鋼格構(gòu)柱角鋼，預埋深度不小于2m；在墊層澆筑前，角鋼根部需設(shè)置止水片，上部鋼格構(gòu)柱柱長7.5m，采用4 根L140×12 角鋼；角鋼外側(cè)焊接300×400×12mm 鋼綴板，與角鋼搭接部位三面滿焊，鋼綴板設(shè)置間距800mm，頂層間距650mm；角鋼頂部500mm 需埋入冠梁，埋入冠梁部分角鋼外側(cè)以同方法設(shè)置鋼綴板，鋼綴板外側(cè)每側(cè)焊接4 根直徑25mm 鋼筋；鋼格構(gòu)柱間通過上部冠梁相連形成整體，冠梁截面尺寸1000×700mm（圖3）。

圖3 立柱樁+鋼格構(gòu)柱區(qū)域分布圖

3.2 地下水控制

本工程采用雙軸水泥攪拌樁作為基坑止水帷幕，局部采用雙排雙軸水泥攪拌樁，個別部位采用高壓旋噴樁。基坑降水采用基坑大口井降水和盲溝明渠降水相結(jié)合的方法進行。當基坑開挖至基坑底部標高時，沿基坑側(cè)面和基坑豎向側(cè)面設(shè)置寬300mm、深300mm 的盲石溝。盲溝與坑側(cè)水池相連，形成排水系統(tǒng)。基坑積水排水措施采用排水溝結(jié)合集水井組合方式，并使用潛污泵強排至場外降水集水坑，集水坑應(yīng)設(shè)置在場外位于地下水流向上游位置處。基坑底部及頂部在拐角處和適當區(qū)域設(shè)集水井，坑內(nèi)匯水通過集水井抽排至坑頂排水溝后經(jīng)三級沉淀池沉淀后排入市政雨水系統(tǒng)。

4 土方開挖技術(shù)

本工程基坑周長約804m，面積2.43 萬平方米，場地內(nèi)現(xiàn)狀地坪相對標高約-2.240m，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計資料，地下一層車庫墊層相對標高-7.000m，局部相對標高-9.950m，基坑開挖深度為4.76 ～7.71m。局部電梯井集水坑最大開挖深度達9.91m，需進行局部開挖，總挖土方量約12 萬平方米。項目基坑周邊荷載按15kN/㎡考慮，距離坡頂不小于3m。荷載寬度不大于6m。

土方開挖前應(yīng)平整場地，清除場地地上、地下障礙物，待圍護結(jié)構(gòu)達到設(shè)計強度后方可進行土方開挖。土方開挖的順序和方法須符合設(shè)計條件，遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則。土方開挖應(yīng)按照“對稱、均衡、適時”的原則。土方開挖過程中加強對支撐以及鋼格構(gòu)的保護，在距離圍護樁間35cm 范圍內(nèi)應(yīng)采取人工清除樁面土體，防止機械碰撞。為防止超挖及對坑底土體和工程樁的擾動，機械挖土至距坑底30cm 左右時，采取人工挖除剩余土方。基坑開挖期間，應(yīng)控制施工動態(tài)坡度不陡于1:1，土方開挖休止期應(yīng)及時修坡，嚴禁在基坑周圍堆放建筑施工材料，運土通道需要遠離坡頂，出土口及運土通道位置應(yīng)鋪設(shè)鋼板，必要時應(yīng)進行局部加強。基坑開挖至設(shè)計標高后，應(yīng)及時鋪設(shè)墊層和澆筑底板，并頂實圍護樁；基礎(chǔ)施工完成后，按規(guī)范要求及時進行土方回填，分層夯實，保證其密實度。

5 施工技術(shù)參數(shù)

5.1 高壓旋噴樁施工

高壓旋噴樁采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，單樁水泥摻量不得小于30%，水灰比為1.0，可適當添加早強劑，提升速度應(yīng)控制在10cm/min 以內(nèi)。施工前應(yīng)對井架進行檢查，擴散直徑不小于600mm，須與水泥土攪拌樁形成閉合止水帷幕，鉆孔位置與設(shè)計位置的偏差不得大于50mm，樁體垂直偏差不大于0.5%。高壓旋噴樁在正式成樁前，需進行試成樁工藝，以確定合理的施工工藝參數(shù)(壓力、水泥漿量、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度等)，確保施工質(zhì)量。噴射管分段提升的搭接長度不得小于100mm。高壓旋噴樁28 天的無側(cè)限抗壓強度應(yīng)達到1.2MPa 以上。當旋噴樁鉆進困難時，需要用水泥漿充填濕液，以幫助鉆頭下沉。為了保證旋噴樁的質(zhì)量，在施工完成并達到設(shè)計強度之前，基坑不應(yīng)進行預降水。在高壓旋噴樁與水泥攪拌樁接頭處，應(yīng)先施工水泥攪拌樁，再施工高壓旋噴樁，以保證接頭不漏水。

5.2 錨桿施工

錨索施工前，必須進行錨索的基本試驗，基本實驗中的最大試驗荷載不應(yīng)小于預估破壞荷載，錨索承載力設(shè)計值需根據(jù)錨索基本試驗數(shù)據(jù)進行復核、確定，復核后方可進行該層錨索施工。施工前，應(yīng)弄清基坑外側(cè)建筑物基礎(chǔ)和管線位置，錨索施工應(yīng)避開基礎(chǔ)和管線位置。錨桿成孔應(yīng)采取隔孔跳打施工順序，每根錨桿成孔后應(yīng)及時注漿，嚴禁多根錨桿成孔后集中注漿。旋噴錨桿為加筋水泥土錨桿，高壓旋噴樁成樁，圍檁采用雙拼20a槽鋼；錨桿成孔、注漿、張拉等施工過程中應(yīng)對周邊環(huán)境加強觀測，如遇異常情況應(yīng)立即停止施工，并采取應(yīng)急措施。

5.3 管樁施工

施工前應(yīng)做好物探工作，查清地下管線及地下障礙物提前進行處理，施工現(xiàn)場達到“三通一平”標準，滿足施工機械及運輸車輛通行需求。樁基施工不能影響附近建構(gòu)筑物的正常使用和安全，必要時應(yīng)采取有效措施，樁的施工順序應(yīng)考慮相互影響，采用現(xiàn)場試驗確定施工順序；應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、貫入度、設(shè)計樁長等綜合確定沉樁控制深度，以高程控制為主。當采用靜壓法沉樁時，樁體應(yīng)同樁帽一起起吊，定位打樁機，將樁尖插入樁位，垂直度偏差控制在0.5%以內(nèi)，當垂直度偏差大于0.5%時，應(yīng)采取糾偏措施。管樁不宜截樁，截樁嚴禁使用大錘硬砸，沉樁完成后應(yīng)對樁頭高出地表部分進行妥善保護，并應(yīng)隨時將孔洞填平。

5.4 鉆孔灌注樁施工

鉆孔灌注樁的混凝土設(shè)計強度等級在水下為C30，主鋼筋保護層厚度50mm，當樁身混凝土在水下澆筑時，可采取提高孔內(nèi)混凝土強度等級的施工措施，以確保能滿足樁身混凝土強度等級的要求；鉆孔灌注樁施工垂直偏差應(yīng)不大于1/200；鋼筋籠采用焊接搭接時，單面焊接長度為10d，同一斷面接頭不得超過50%；施工方應(yīng)詳細了解工程范圍內(nèi)的土層情況，在灌注樁施工中，采取有效的施工措施，確保灌注樁不縮徑、不塌孔，滿足設(shè)計及規(guī)范要求；施工過程中應(yīng)做好排漿工作，減少對環(huán)境影響。

5.5 雙軸水泥土攪拌樁施工

攪拌樁采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，如無特別說明，水泥摻量為15%，水泥漿液水灰比為0.55，施工前先做比重測試，經(jīng)測試確定后，具體施工時，控制標準以比重計測試為準。如水灰比在0.55 時仍難以施工，則需加水泥重量0.2%的木質(zhì)素磺酸鈣。如樁位處曾有地基處理后回填，回填部分及以下1.0m 段水泥摻量加大到20%。施工前必須測量平臺高度，控制樁底標高，樁底標高誤差應(yīng)小于5cm，樁底標高應(yīng)以兩個攪拌頭的中線為基準，樁位定位誤差應(yīng)小于5cm，樁的垂直偏差小于0.5%。現(xiàn)場進行第一批樁施工時，要嚴格把關(guān)水泥用量、水灰比、比重、泵送時間、攪拌頭啟動時間、到達地面時間、標高垂直控制方法。

6 基坑支護監(jiān)測

依據(jù)項目施工圖設(shè)計及規(guī)范要求，擬對基坑支護結(jié)構(gòu)、坑外水位、3 倍基坑深度范圍內(nèi)的重要道路、地表等進行監(jiān)測。具體監(jiān)測項目如下：樁頂、坡頂水平位移監(jiān)測；樁頂、坡頂豎向位移監(jiān)測；樁體深層水平位移監(jiān)測；支撐豎向及水平位移監(jiān)測；周邊地表垂直位移監(jiān)測；周邊管線監(jiān)測；坑外水位監(jiān)測；周邊支護及環(huán)境巡視。

樁頂、坡頂?shù)乃轿灰票O(jiān)測，沿基坑外側(cè)圍護樁頂部帽梁布置，每隔15 ～20m 左右布設(shè)監(jiān)測點，每邊監(jiān)測點數(shù)目不應(yīng)少于3 個，圍護樁周邊中部、陽角處應(yīng)布置監(jiān)測點。監(jiān)測點應(yīng)易于設(shè)置，便于觀察，不易損壞，并能真實反映基坑支護結(jié)構(gòu)頂部的側(cè)向變形。

樁頂和邊坡頂?shù)呢Q向位移監(jiān)測與樁頂和邊坡頂?shù)乃轿灰票O(jiān)測布置在同一點。樁深水平位移監(jiān)測點沿基坑四周布置，與相應(yīng)的樁頂水平位移監(jiān)測點在同一截面上。支護豎向位移監(jiān)測點應(yīng)布置在基坑中部的立柱上、多個支護相交處及地質(zhì)條件復雜的地方。支架垂直位移監(jiān)測點與支架水平位移監(jiān)測點布置在同一點上。

在基坑周邊布設(shè)地表及道路沉降監(jiān)測斷面，斷面線垂直于基坑邊線，每個斷面5 個測點，各斷面距坑邊及各點間相對距離為2m、4m、5m、7m、9m，監(jiān)測范圍約27m，覆蓋3 倍基坑深度范圍，共布置監(jiān)測點位60 個。

基坑開挖和降水會引起基坑周圍地下管線的變形甚至破壞。地下管道按其材料性質(zhì)和接頭結(jié)構(gòu)可分為剛性管道和柔性管道。煤氣管道和水管是剛性壓力管道，是監(jiān)測的重點，但電力電纜和重要的通信電纜也不能忽視。因此，基坑施工時，應(yīng)對距基坑3 倍基坑深度以內(nèi)的市政管線（并結(jié)合實際情況）進行沉降監(jiān)測。

7 結(jié)語

（1）復雜環(huán)境條件下的深基坑工程，應(yīng)根據(jù)變形控制要求和場地周邊環(huán)境進行設(shè)計和施工，綜合考慮場地條件、環(huán)境因素、經(jīng)濟效益和安全穩(wěn)定等因素。

（2）在地鐵沿線附近的深基坑工程支護設(shè)計施工中，采取立柱樁+鋼格構(gòu)柱支撐形式可有效控制基坑變形，有效保證基坑穩(wěn)定和周邊地鐵等結(jié)構(gòu)物安全。

（3）在土方開挖及基坑降水施工過程中，應(yīng)加強工序控制，嚴格按照設(shè)計要求進行布井、監(jiān)測、封井等工作，確保土方開挖時達到設(shè)計降水效果。

（4）深基坑支護施工受多方面因素影響，各部門應(yīng)相互協(xié)調(diào)配合，以安全為第一要素，提高施工過程質(zhì)量監(jiān)控，加強基坑及周邊環(huán)境監(jiān)測，保證基坑安全穩(wěn)定。