魏東 上海鐵路局合肥鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

復(fù)雜周邊環(huán)境條件下高層建筑深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

魏東 上海鐵路局合肥鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

如何在鄰近鐵路線及建筑物的包圍下，在狹小的空間里開挖深基坑，對鐵路行車和周邊建筑物安全不造成影響，支護(hù)方案的選擇很重要。通過對合肥站行包綜合樓工程實(shí)例的介紹，分析支護(hù)方案的選擇，闡述基坑圍護(hù)施工要點(diǎn)，可為類似工程提供參考和借鑒。

深基坑支護(hù)；復(fù)雜環(huán)境；懸臂樁

1 工程概況

合肥站行包綜合樓工程位于合肥站東南側(cè)，用地面積2123.8m2，工程主體為12層的綜合樓，框架結(jié)構(gòu)，采用筏板基礎(chǔ)，設(shè)一層地下室，基坑平面尺寸為64×44（m），基坑開挖深度為5.05m至7.3m?；觽?cè)壁安全等級為二級，局部為一級?；泳嚯x合肥站Ⅰ道11.7m，距離合肥給水公司4層辦公樓1.9m，地下管線比較復(fù)雜，工程場地狹小。

2 土質(zhì)條件

基坑開挖深度影響范圍內(nèi)的土層自上而下依次為第1層雜填土，第2層粘土，第3層粘土。地下水類型主要為粘土裂隙潛水，且埋深、流向等均無固定規(guī)律，屬上層滯水，水量較小，水位埋深3～5（m）。該場地地下水對砼無侵蝕性，對鋼筋無腐蝕性。土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

3 施工難點(diǎn)

基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)和施工主要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）確?；余徑ㄖ锛暗叵略O(shè)施的使用安全。調(diào)查周邊建筑物的基礎(chǔ)形式及埋深，周邊地下設(shè)施的位置、大小及埋深。

（2）工程位于市區(qū)，施工用地狹小，大型機(jī)械設(shè)備作業(yè)困難；鄰近鐵路，基坑圍護(hù)施工作業(yè)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）地下管線纜復(fù)雜。鐵路沿線存在許多通信、信號、電力、給排水等管線纜，隱蔽設(shè)施無法提供準(zhǔn)確位置必須采用“人工開挖探溝”的方法，探明管線數(shù)量及線路走向，制定合理的遷改方案。保證鄰近的地下纜線管溝的不受基坑開挖的影響。

綜上所述，周邊環(huán)境條件復(fù)雜，應(yīng)嚴(yán)格控制基坑變形，而施工場地狹小、土質(zhì)差，距離建筑物、鐵路又較近，如何控制好周圍建筑物的變形和沉降，同時(shí)要保證既有線的運(yùn)行，成為本工程的難點(diǎn)。

表1 基坑工程土層物理力學(xué)指標(biāo)

4 圍護(hù)方案的選擇和確定

4.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本型式

（1）樁墻結(jié)構(gòu)。

樁墻結(jié)構(gòu)是指在基坑開挖前，沿著基坑邊緣施工成排的樁，或者地下連續(xù)墻，并使其底端嵌入到基坑底面以下的結(jié)構(gòu)。在基坑的分層向下開挖的過程中，就需要在樁墻的表面設(shè)置好支點(diǎn)，在選擇支點(diǎn)型式時(shí)，可以根據(jù)工程的需要而確定，一般可以采用內(nèi)支撐，也可以采用錨桿。

（2）土釘墻結(jié)構(gòu)。

最常用的土釘墻結(jié)構(gòu)，主要是在分層分段挖土的情況下，分層分段施做土釘和配有鋼筋網(wǎng)的噴射混凝土面層。在這過程中必須要保證每一施工階段基坑的穩(wěn)定性，同時(shí)需要保證挖土與土釘施工是交叉作業(yè)。一般而言，要把土釘?shù)乃脚c豎向間距，控制在l～2（m）之間。其基本的受力特點(diǎn)是通過斜向土釘對基坑邊坡土體的加固，來進(jìn)一步增加邊坡的抗滑力矩和抗滑力，以便能夠完全滿足基坑邊坡穩(wěn)定的要求。

（3）重力式結(jié)構(gòu)。

重力式結(jié)構(gòu)可以滿足該結(jié)構(gòu)的抗滑移和抗傾覆要求，因?yàn)槠淇梢栽诨觽?cè)壁形成一個(gè)具有相當(dāng)厚度和重量的剛性實(shí)體結(jié)構(gòu)，這樣就可以通過其重量來抵抗基坑側(cè)壁土壓力。這種結(jié)構(gòu)通常會采用水泥土攪拌樁，但是有時(shí)也會選擇采用旋噴樁，讓樁體相互搭接形成塊狀，或者格柵狀等連續(xù)實(shí)體的重力結(jié)構(gòu)。

（4）拱墻結(jié)構(gòu)。

拱墻結(jié)構(gòu)主要是通過把基坑開挖成弧形平面，如圓形、橢圓形等，同時(shí)沿基坑側(cè)壁分層逆作鋼筋混凝土拱墻，充分發(fā)揮拱的作用把垂直于墻體的土壓力轉(zhuǎn)換成拱墻內(nèi)的切向力，這樣就可以充分利用墻體混凝土的受壓強(qiáng)度。因?yàn)閴w內(nèi)力主要是壓應(yīng)力，所以可以把墻體厚度做薄些，因?yàn)樵诤芏鄷r(shí)候，不用錨桿或內(nèi)支撐就完全可以滿足承載力和穩(wěn)定的要求。一般這種結(jié)構(gòu)都會采用分層分段施工的現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱墻結(jié)構(gòu)。

（5）放坡。

放坡是把基坑開挖成一定坡度的人工邊坡，如果基坑較深，就可以考慮分級放坡，同時(shí)保證邊坡自身能夠穩(wěn)定，但最主要驗(yàn)算的還是邊坡的圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性。一般坡體需要選擇某種形式的護(hù)面進(jìn)行保護(hù)。如果坡體存有地下水，那就必須要在坡面設(shè)泄水孔，以便能夠減少水壓力對邊坡的不利影響。在完成放坡后，其基坑開挖范圍會加大，那就是說只有在周邊場地許可的情況下才能采用。

4.2 應(yīng)掌握的基本技術(shù)資料

在確定方案之前，需要對設(shè)計(jì)和施工需要掌握的技術(shù)資料進(jìn)行分析研究，通過資料分析保證技術(shù)選擇的正確性。在深基坑支護(hù)施工中需要掌握的基本技術(shù)資料有：工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況；基坑周邊環(huán)境情況；擬建的建筑相關(guān)要求；施工條件；相關(guān)技術(shù)規(guī)范、規(guī)程和當(dāng)?shù)毓芾聿块T的有關(guān)規(guī)定；類似工程的調(diào)研等。

以下主要對工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境情況、擬建工程建筑、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的相關(guān)要求這三個(gè)方面進(jìn)行探討。

（1）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。

地質(zhì)勘察單位在現(xiàn)場勘察、室內(nèi)試驗(yàn)和編制勘察報(bào)告工作中，不僅需要滿足主體結(jié)構(gòu)的勘察，還需要對具體的基坑支護(hù)工程的特殊要求進(jìn)行勘察。應(yīng)根據(jù)開挖深度及場地的巖土工程條件確定勘察范圍，排除環(huán)境限制無法實(shí)施的因素，需要在開挖邊界外，按照開挖深度的l～2倍范圍布置勘探點(diǎn)，如果是軟土層，那就需要擴(kuò)大勘察范圍。如果遇到開挖邊界外無法布置勘探點(diǎn)，那就需要通過調(diào)查取得相應(yīng)的地質(zhì)資料。

如果遇到地下水，那就必須要查明各含水層的水位分布、性質(zhì)和各含水層的補(bǔ)給排瀉條件和水力聯(lián)系。分析施工過程中水位變化對支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑周邊環(huán)境的影響，要以試驗(yàn)得到各含水層的滲透系數(shù)和影響半徑。

（2）基坑周邊環(huán)境情況。

基坑開挖極有可能會引起地面沉降和水平位移，此時(shí)將會對道路和地下管線，特別是對周建筑物造成極大的影響，而且地下管線、周邊建筑物地下室和基礎(chǔ)等，也會對支護(hù)結(jié)構(gòu)施工帶來很大的影響，比如說在錨桿或土釘成孔時(shí)，可能會遇到周邊建筑物地下室、基礎(chǔ)或地下管線，此時(shí)就不能繼續(xù)成孔。

周邊環(huán)境調(diào)查的內(nèi)容主要是包括以下幾個(gè)方面：①支護(hù)結(jié)構(gòu)影響范圍內(nèi)建筑物的距離、層數(shù)、結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)型式和埋深、建筑物荷載和結(jié)構(gòu)使用狀況；②基坑周邊所有的地下設(shè)施，包括供水管線、電力電訊管線、燃?xì)夤芫€、污水雨水管線和熱力管線等的位置尺寸和使用性狀；③場地周邊范圍內(nèi)的地表水匯流和排瀉情況，原有地下水管滲漏情況等；④基坑周邊道路的距離和車輛載重情況。

（3）擬建工程建筑、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的相關(guān)要求。

在進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，有必要考慮建筑物地下室的情況和相關(guān)要求。盡量避免完成支護(hù)結(jié)構(gòu)施工后，才發(fā)現(xiàn)與主體結(jié)構(gòu)之間的矛盾，造成事后處理的被動(dòng)的局面出現(xiàn)。設(shè)計(jì)前應(yīng)該考慮的因素主要包括這幾個(gè)方面：①基坑邊緣尺寸應(yīng)保證建筑物地下室外墻、底板和承臺邊緣的尺寸及外墻模板安裝空間的要求；②應(yīng)該考慮外墻防水作法來處理基坑邊緣與地下室外墻距離；③支撐、錨桿和腰梁的標(biāo)高應(yīng)考慮與地下室各層樓板的關(guān)系、是否利用樓板結(jié)構(gòu)作為支撐、是否拆除錨桿和腰梁、拆除時(shí)間與樓層施工的關(guān)系等問題；④支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)受力條件是否受靠近基坑邊的基礎(chǔ)或樁基的施工影響；⑤地下室內(nèi)外管線接口位置的標(biāo)高是否與支護(hù)結(jié)構(gòu)有矛盾；地下室車道出入口的支護(hù)措施。

4.3 圍護(hù)方案的選擇和確定

根據(jù)各種支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、適用條件、周邊環(huán)境情況以及開挖深度，本工程設(shè)計(jì)方案選擇采用上部放坡土釘墻，下部懸臂樁，樁頂設(shè)冠梁。由于受場地大小限制，放坡土釘墻放坡最大深度為2m，坡度1∶1。懸臂樁采用鉆孔灌注樁，施工周期短。因錨桿較長，會對周邊地下纜線造成破壞，影響行車及周邊建筑物的安全，故不能采用。

樁間止水采用旋噴樁或者土釘墻，對這兩種方案比較如下：

（1）旋噴樁。適用于地層中含軟弱夾層，有利于基坑穩(wěn)定。本工程基坑深度范圍內(nèi)主要為粘土，不宜采用，且工藝復(fù)雜、造價(jià)高。

（2）土釘墻。粘土透水性較差，降低深度后土釘墻滿足止水要求。

5 基坑圍護(hù)施工要點(diǎn)

5.1 懸臂灌注樁

遇到雜填土且地下水較豐富時(shí)，應(yīng)采用埋設(shè)鋼護(hù)筒，以防止土體坍塌掉入孔中；長螺旋鉆機(jī)機(jī)長應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，隨時(shí)調(diào)整鉆機(jī)水平度，使之垂直度偏差不大于0.5%；必須要確保鉆機(jī)的穩(wěn)定，防止鉆機(jī)侵入鐵路一側(cè)；采用跳樁施工，防止穿孔；鉆機(jī)取出的棄土采用小型挖掘機(jī)及時(shí)挖除；為了確保冠梁的整體受力均衡，冠梁混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。

5.2 土釘墻

在灌注樁樁身和冠梁混凝土強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后方可進(jìn)行土方開挖。根據(jù)本工程支護(hù)的特點(diǎn)及邊坡穩(wěn)定性要求，基坑支護(hù)土方開挖按照分段分層進(jìn)行開挖，每層開挖深度不超過1.5m，每段開挖的長度為10～20（m），開挖后作業(yè)面暴露時(shí)間不超過24h，上層噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可進(jìn)行下層土方的開挖。在每層開挖支護(hù)時(shí)，應(yīng)按照施工順序：土方開挖、修坡、編制鋼筋網(wǎng)、焊連接筋、噴射面層砼的工序進(jìn)行快速施工。坡頂施工荷載不能超過設(shè)計(jì)值20kPa。

6 基坑、線路變形監(jiān)測

（1）為確?；?、周邊建筑物及地下纜線的安全，在基坑開挖前，基坑監(jiān)測單位必需按設(shè)計(jì)要求在冠梁、周邊建筑、基坑外側(cè)土體設(shè)置控制點(diǎn)，并及時(shí)進(jìn)行變形觀測，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對可能的變化趨勢作出判斷并提出警示，如局部位置出現(xiàn)變形過大，應(yīng)立即停止該段土方開挖，并及時(shí)回填部分土方，再由設(shè)計(jì)單位及時(shí)調(diào)整方案，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)部位如高70m的通信鐵塔等處要加強(qiáng)觀測頻率。

（2）按照《上海鐵路局營業(yè)線施工安全管理實(shí)施細(xì)則》（上鐵運(yùn)發(fā)〔2012〕586號文），本項(xiàng)目屬于鄰近營業(yè)線施工范圍，要對線路、路基進(jìn)行位移觀測。

7 結(jié)束語

為了保證建筑的安全和施工的安全，在建筑施工中需要采用合理的深基坑支護(hù)技術(shù)，需要綜合實(shí)際情況，因地制宜選定有效的施工方案。對于合肥站行包綜合樓工程，周邊有大量變形較為敏感的淺基礎(chǔ)，采用土釘墻和懸臂樁復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)有效地控制了基坑位移，保證了鐵路行車和周邊建筑物的安全，且是最經(jīng)濟(jì)、最符合現(xiàn)場施工條件的方案。

責(zé)任編輯：萬寶安 朱繼東
來稿日期：2013-11-28