黃 鋒

(中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司,北京 101300)

隨著國(guó)內(nèi)城市公路、軌道交通以及基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，道路工程將會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜情況特別是多條不同類(lèi)型線路立體交叉，而且周邊建筑物情況更趨復(fù)雜[1-3]。大多數(shù)在軟土地層中開(kāi)挖的基坑，按照一般的常用理論對(duì)施工方法、圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性分析即可解決工程建設(shè)中出現(xiàn)的問(wèn)題。

在建深圳機(jī)場(chǎng)站設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程為DK82+949.0，終點(diǎn)里程為DK83+861.0。車(chē)站基坑長(zhǎng)約912 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度為23.34 m，深度為19.9 m，為地下雙層島式車(chē)站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層，采用明挖法施工，現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1所示。

圖1 二號(hào)基坑現(xiàn)場(chǎng)情況

蓄冷水罐影響范圍內(nèi)基坑(以下簡(jiǎn)稱二號(hào)基坑)位于深圳機(jī)場(chǎng)站整體基坑的中部，該基坑?xùn)|臨深圳寶安機(jī)場(chǎng)領(lǐng)航四路(最近距離1.8 m)，西臨機(jī)場(chǎng)能源中心蓄冷水罐(最近距離3.4 m)。二號(hào)基坑全長(zhǎng)152.5 m，里程DK83+244.5～DK83+397。基坑深度約19.9 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度23.34 m，擴(kuò)大段寬度24.86 m(長(zhǎng)約44.4 m)。該區(qū)域共有4組蓄冷水罐，每組蓄冷水罐直徑為26.5 m，高度為30 m，每組運(yùn)行總重為14 500 t。蓄冷水罐距離車(chē)站側(cè)墻最近距離約3 m，其基礎(chǔ)形式為預(yù)應(yīng)力管樁，樁長(zhǎng)30 m左右，進(jìn)入全風(fēng)化不小于3 m，或進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化不小于0.6 m。

二號(hào)基坑比較復(fù)雜，具有其他基坑沒(méi)有的特點(diǎn)，這些因素可能會(huì)使得在基坑開(kāi)挖過(guò)程體現(xiàn)出與其他不具備此特性的基坑的力學(xué)行為特征，而且其作用效果并非僅為簡(jiǎn)單的疊加效應(yīng)，而是有可能成幾何級(jí)數(shù)增加，從而不但大大增加施工過(guò)程的工程本身邊坡穩(wěn)定的不確定性，還嚴(yán)重影響周邊道路及建筑物特別是蓄冷水罐的安全。如何施工才能確?；娱_(kāi)挖安全，是急需要解決的一大難題。

1 工程施工條件難點(diǎn)分析

1.1 地質(zhì)條件極差

工程區(qū)域主要為濱海堆積平原地貌，后成為深圳寶安機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)址為機(jī)場(chǎng)出場(chǎng)路。本場(chǎng)地地表普遍分布人工填土，其構(gòu)成主要有黏性土、砂土以用碎、塊石等三種成份，其性質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散，為不良地基土。

1.2 基坑規(guī)模大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜

深圳機(jī)場(chǎng)站開(kāi)挖基坑長(zhǎng)約912 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度為23.34 m，深度為19.9 m，為地下雙層島式車(chē)站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層，采用明挖法施工。由此可知，開(kāi)挖規(guī)模龐大，尤其值得注意的是，開(kāi)挖后除了會(huì)使基坑及周邊建筑的樁基周?chē)馏w力學(xué)指標(biāo)發(fā)生弱化會(huì)影響諸如蓄冷水罐基礎(chǔ)承載力以外，還會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生蓄冷水罐出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象，進(jìn)一步加重不均勻受力，這給開(kāi)挖施工、結(jié)構(gòu)圍護(hù)、地基穩(wěn)定造成極大影響，稍不注意就難以保證基坑施工和建筑結(jié)構(gòu)的安全。因此對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)提出兩個(gè)要求：第一，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的隔水效果，控制罐體周邊地下水位的穩(wěn)定。第二，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。

1.3 基坑側(cè)向偏壓嚴(yán)重

因砂性土層的滲透系數(shù)較大，將水、土壓力分開(kāi)計(jì)算，土壓力采用朗肯土壓力，水壓力則采用全水壓力，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)[4-5]，計(jì)算如下

Pa=∑rihitg2(45°-φ/2)-2citg(45°-φi/2)

=2×19×tg2(45°-15/2)-2×18×tg(45°-15°/2) +

10×20×tg2(45°-40°/2) =15 kPa

(1)

式中：ri為地下水位以上的土層用天然重度，地下水位以下的土層用浮重度，kN/m3；

hi為各層土的厚度，m；

ci為各層土的粘聚力， kPa；

φi為各層土的內(nèi)摩擦角，°。

水壓力：地下水位穩(wěn)定的地下結(jié)構(gòu)物的側(cè)向水壓力可按靜水壓力確定,水壓力強(qiáng)度根據(jù)帕斯卡定理計(jì)算：

pw=hwγw=9.8×10=98 kPa

(2)

式中：pw為側(cè)向靜水壓力的強(qiáng)度值；

hw為水頭高度，即地下水位到計(jì)算點(diǎn)的垂直距離；

γw為水的重度。

附加荷載為：

基底附加壓力：

p0=P/A=39181/(12.5×8.2)=382.25 kPa

(3)

附加土壓力：

=(20+382.25×0.5/20)×12×

tg2(45°-15/2)-2×18×tg(45°-15°/2)

=181.2 kPa

(4)

基坑側(cè)向土壓力：p=15+98+181.2 =294 kN

通過(guò)理論計(jì)算，計(jì)算基坑開(kāi)挖條件下，不同支護(hù)參數(shù)的支護(hù)效果，提出合理的支護(hù)方案。

1.4 砂卵地層降水及流沙條件下的強(qiáng)度損失

基坑降水過(guò)程中，很可能對(duì)蓄冷水罐一側(cè)造成流沙現(xiàn)象的發(fā)生，使持力層強(qiáng)度損失，罐體沉降增加。因此，需要控制基坑單側(cè)降水時(shí)對(duì)另一側(cè)的影響，避免流沙現(xiàn)象的發(fā)生，保證持力層的強(qiáng)度，減少蓄冷水罐沉降量。

2 基坑降排水施工

2.1 基坑頂截水施工

2.1.1 基坑頂截水布置原則

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，做好基坑頂?shù)呐潘ぷ?，在雨季施工時(shí)準(zhǔn)備足夠的抽水設(shè)備，并做好基坑外的排水、截水工作。

為防止地表水流入基坑，擋土墻高出地面0.3 m，基坑?xùn)|側(cè)頂部高于領(lǐng)航四路，設(shè)置擋土墻高于地面30 cm，雨水經(jīng)過(guò)沉淀后排入領(lǐng)航四路市政管道。

在地表的四周沿施工便道環(huán)形設(shè)置明排水溝300 mm×300 mm(深×寬)，并經(jīng)過(guò)三級(jí)沉淀池(尺寸為1 000 mm×1 000 mm)沉淀后，集中排入市政污水管線內(nèi)?；游鱾?cè)在便道外側(cè)設(shè)置截水溝，地表雨水流入西側(cè)沿著便道設(shè)置的排水明溝，在施工圍擋東西兩端各設(shè)置一組三級(jí)沉淀池，將截水先排至沉淀池使基坑內(nèi)排水經(jīng)過(guò)三級(jí)沉淀后，排入市政污水管網(wǎng)中。

2.1.2 截水溝構(gòu)造及施工方法

按照深圳市相關(guān)氣象記錄，日降雨量(12 h)超過(guò)140 mm，即為特大暴雨計(jì)算。

排水溝斷面尺寸0.3 m×0.3 m，采用磚砌，墻厚0.1 m。沉淀池采用三級(jí)沉淀的形式，尺寸9.96 m×4.48 m×1.5 m。墻體采用磚砌，厚度為0.24 m，蓄水量36 m3。沉淀池與雨水管的出水連接管采用d500雙壁波紋管。

2.1.3 坑外排水及防止基坑灌水措施

為了保證基坑支護(hù)的安全，確保正常施工，雨期施工前，需進(jìn)行以下措施：

(1) 完善施工場(chǎng)地的排水系統(tǒng)，保證排水通暢，并采取良好的擋水措施，以阻止地面水流入基坑內(nèi)。

(2) 基坑導(dǎo)墻施工時(shí)施做截水溝，防止雨水進(jìn)入坑內(nèi)，隔一定距離設(shè)置沉淀池，基坑四周匯集過(guò)來(lái)的水經(jīng)過(guò)截水溝流入沉淀池，再由沉淀池排至雨污水管網(wǎng)系統(tǒng)。

(3) 在雨期期間，加強(qiáng)值班及收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào)，下雨之前清理集水坑及排水溝，預(yù)備好潛水泵等抽水工具，雨后及時(shí)組織人力、物力進(jìn)行坑內(nèi)抽、排水工作及基坑四周積水的疏通工作。

2.2 基坑內(nèi)降水施工

基坑開(kāi)挖前20天應(yīng)采取內(nèi)井點(diǎn)對(duì)坑底進(jìn)行預(yù)降水、疏干，以加固坑內(nèi)土體，基坑降水深度應(yīng)控制在坑底以下1.5 m。本段基坑范圍內(nèi)降水井施工參數(shù)參照相鄰1#基坑降水井，井內(nèi)降水設(shè)備采用4 kW潛水泵，揚(yáng)程38 m。降水與基坑開(kāi)挖同步，分層降水。

2.2.1 降水井位置及數(shù)量設(shè)計(jì)

根據(jù)合同文件提供的地質(zhì)資料得知深圳機(jī)場(chǎng)站需要布置109口降水井，其中二號(hào)基坑需布置17口降水井，機(jī)場(chǎng)站降水井平面布置見(jiàn)圖2所示。

圖2 降水井平面布置

2.2.2 降水井施工

2.2.2.1 結(jié)構(gòu)尺寸

鋼筋籠內(nèi)徑采用φ400 mm鋼筋籠，外包鐵絲網(wǎng)和60目尼龍網(wǎng)2層，并用12#低碳鋼絲扎緊；井管底部用數(shù)條鋼筋焊死，并包兩層鐵絲網(wǎng)。主筋與箍筋、加強(qiáng)箍筋之間點(diǎn)焊，連接成骨架。濾管與井壁間用粒徑5～15 mm的圓形、亞圓形砂卵石濾料填放至距地面500 mm后，用水沖洗，以保證濾料下沉密實(shí)。深井深度基本在基坑底板下1.5 mm，必須保證降水效果。井口500 mm范圍內(nèi)用黏土回填夯實(shí)。降水井管井安裝及構(gòu)造如圖3所示。

圖3 降水井管井安裝及構(gòu)造

2.2.2.2 施工工藝

(1)定井位：根據(jù)降水設(shè)計(jì)方案提供的井位圖、地下管線分布圖的位置，在保證降水效果的情況下，對(duì)井位和井間距做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。正常情況下井位偏差不大于50 mm，若遇特殊情況(比如地下障礙、地面或空中障礙)需調(diào)整井位時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。為保證安全，定井位后挖探坑以查明井位處有無(wú)地下管線、地下障礙物，深度以挖(或釬探)到地層原狀土為準(zhǔn)。

(2)埋設(shè)護(hù)筒：為避免鉆進(jìn)過(guò)程中循環(huán)水流將孔口回填土沖塌，鉆孔前埋設(shè)鋼護(hù)筒。深度視地層情況而定。在護(hù)筒上口設(shè)進(jìn)水口，并用黏土將護(hù)筒外側(cè)填實(shí)。護(hù)筒必須安放平整，護(hù)筒中心即為降水井中心點(diǎn)，當(dāng)上部回填土顆粒較大時(shí)，則采用人工挖孔護(hù)壁，防止鉆孔內(nèi)漿液的流失，保證鉆進(jìn)正常進(jìn)行。

(3)鉆機(jī)就位、調(diào)整：鉆機(jī)就位時(shí)調(diào)整鉆機(jī)的平整度和鉆塔的垂直度，對(duì)位后用機(jī)臺(tái)木墊實(shí)，以保證鉆機(jī)安裝平穩(wěn)。

(4)鉆孔：在鉆孔過(guò)程中保證孔內(nèi)泥漿液面高度與孔口平，嚴(yán)防塌孔。在地層條件允許的情況下，盡量使用地層自造泥漿成孔，若鉆孔通過(guò)易塌孔的流砂層或泥漿漏失嚴(yán)重的地層時(shí)，采用人工造漿護(hù)壁鉆進(jìn)，泥漿比重調(diào)至1.1～1.3。

(5)換漿：鉆孔至設(shè)計(jì)深度以下0.5 m左右，將鉆頭提高0.5 m，然后用清水繼續(xù)反循環(huán)操作替換泥漿。

(6)下鋼筋籠：鋼筋籠下方前檢查鋼筋籠是否已按設(shè)計(jì)要求包纏尼龍紗網(wǎng)和鐵絲網(wǎng)，以防地層中細(xì)砂層流失，造成地面下沉。鋼筋籠確保在井孔居中不歪斜。

(7)填濾料：填料從井四周均勻緩慢填入，避免造成孔內(nèi)架橋現(xiàn)象，洗井后如發(fā)現(xiàn)濾料下沉及時(shí)補(bǔ)充濾料，填料高度嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。減壓井井點(diǎn)從井底向上至濾水管頂部均填濾料；在濾水管以上采用優(yōu)質(zhì)粘土，并做好井口封閉工作。

(8)洗井： 采用壓風(fēng)機(jī)洗井，當(dāng)井內(nèi)存水不夠時(shí)及時(shí)注入清水。對(duì)于不同含水段采用雙隔離塞水氣方法沖洗，達(dá)到水清砂凈為止。

(9)安裝潛水泵及管路系統(tǒng)：安裝前檢查電機(jī)和泵體，確認(rèn)完好無(wú)誤后方可安裝，潛水電機(jī)、電纜和接頭的絕緣安全可靠，并配有保護(hù)開(kāi)關(guān)控制，以確保安全運(yùn)行。注意在抽水過(guò)程中電纜與管道系統(tǒng)不被挖掘機(jī)、吊車(chē)等碾壓、碰撞損壞，現(xiàn)場(chǎng)在這些設(shè)備上進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

(10)試抽：洗井后，對(duì)降水井進(jìn)行單井試抽，如有異常情況，重新洗井，并再次進(jìn)行抽水試驗(yàn)。洗井結(jié)束后，待水位恢復(fù)可按設(shè)計(jì)下泵，下入深度宜在濾水管下半部分，以保證足夠的降深。排水管道及電源線路一定要先連接好，試抽3 h，測(cè)定井內(nèi)水位及觀測(cè)孔水位變化，安裝水表測(cè)流量，預(yù)估降水試驗(yàn)運(yùn)行途徑，等水位恢復(fù)后，進(jìn)行抽水試驗(yàn)，確定降水能力、降水速度。

2.2.2.3 基坑內(nèi)排水

由于降水不可能將土層中所有地下水均疏干，所以在車(chē)站明挖施工時(shí)，每個(gè)集水井配備一臺(tái)水泵，保證做到隨集隨排，排水溝、集水井如圖4所示。

圖4 排水溝、集水井布置

3 土方開(kāi)挖及支護(hù)

基坑開(kāi)挖采用明挖法，開(kāi)挖要在蓄冷水罐保護(hù)加固及圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行。開(kāi)挖過(guò)程中始終堅(jiān)持分層、分塊、對(duì)稱、平衡、限時(shí)開(kāi)挖、隨挖隨撐的原則，盡可能減少基坑開(kāi)挖面上圍護(hù)結(jié)構(gòu)的無(wú)支撐暴露時(shí)間及變形。

(1) 土方開(kāi)挖和支撐架設(shè)方案根據(jù)基坑周邊環(huán)境允許的變形限度來(lái)控制。

(2) 根據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”的原理來(lái)確定基坑開(kāi)挖與支撐架設(shè)采用分層、分步、對(duì)稱、平衡、隨挖隨支的施工方案，盡可能減少開(kāi)挖過(guò)程中土體擾動(dòng)的范圍以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)支撐暴露的時(shí)間。

(3) 基坑開(kāi)挖施工為二號(hào)基坑施工中一個(gè)最重要的工序，施工中必須嚴(yán)格按照施工規(guī)范操作，在開(kāi)挖過(guò)程中掌握好“分層、分步、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”五個(gè)要點(diǎn)，遵循“豎向分層、縱向分區(qū)分塊、隨挖隨支”的施工原則。

(4)基坑開(kāi)挖從上到下分層、分段、分塊進(jìn)行。分層開(kāi)挖厚度以各道支撐深度方向的間距和抽槽機(jī)械最小限高為依據(jù)，分塊長(zhǎng)度根據(jù)土方開(kāi)挖能力及支撐安裝速度確定。

4 結(jié)論

深圳機(jī)場(chǎng)站工程項(xiàng)目是一個(gè)典型的在復(fù)雜地質(zhì)地層中修建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的綜合型工程，由于地質(zhì)條件復(fù)雜且偏弱、施工空間狹小以及施工工期等因素影響?；诖?，結(jié)合本工程開(kāi)挖的地質(zhì)、工程本身結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境等工程實(shí)際情況，運(yùn)用地下工程、基坑開(kāi)挖與圍護(hù)理論及方法，所得結(jié)論如下：

(1) 工程處于含水軟土地層，地下水對(duì)基坑開(kāi)挖施工有很大不利影響，采用旋噴樁不僅隔水效果好，而且兼做圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，且首次在軟土地層使用，對(duì)以后類(lèi)似工程地質(zhì)施工有借鑒意義。

(2)基于特殊條件和鄰近敏感建筑的安全標(biāo)準(zhǔn)，滿足大規(guī)模基坑明挖施工要求的降排水技術(shù)非常復(fù)雜且困難，一旦處理不當(dāng)則會(huì)加大土層不均勻沉降造成高敏感建筑結(jié)構(gòu)損傷或運(yùn)營(yíng)不安全。

(3)由于工程施工工況條件復(fù)雜，施工難度大，自身穩(wěn)定及周邊建筑物保護(hù)要求高，對(duì)工程施工過(guò)程技術(shù)還有待于今后進(jìn)一步研究。

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