潘周展

(福建泉州勘測設(shè)計院有限公司 福建泉州 362000)

0 引言

中國城鎮(zhèn)化率不斷提高，人口向城市流動造成城市人口驟增，交通出行壓力變大。城市軌道交通在公共交通運輸方式中效率最高，解決城市出行問題的最佳方式之一即建設(shè)城市軌道交通，未來城市軌道在城市公共交通中的作用會越來越大，城市軌道客運量在公共交通客運總量中的占比越來越高。由于軌道交通的便利和快捷，使得地鐵沿線房價不斷攀升，同時，也促使地鐵沿線附近房屋工程建設(shè)越來越多，但工程建設(shè)(主要是地下部分)稍有不慎，會對地鐵造成嚴(yán)重影響。因此，只要城市有地鐵建設(shè)，政府就會及時出臺地鐵保護政策。周邊工程建設(shè)對地鐵產(chǎn)生影響主要為樁基施工和基坑開挖，尤其是基坑工程，由于基坑開挖，周邊土體會產(chǎn)生變形，若支護結(jié)構(gòu)破壞，將造成嚴(yán)重后果。因此，基坑支護不僅要確?；影踩?，還要嚴(yán)格控制土體變形，只有土體變形得到有效控制，才能降低對臨近地鐵的影響。而基坑的變形非常復(fù)雜，控制變形的難度很大，須針對工程條件場地地質(zhì)條件與地鐵的距離等采取相應(yīng)的工程措施。本文通過工程實例，在基坑支護中，通過綜合措施，控制了支護結(jié)構(gòu)和土體變形，對地鐵隧道起到了有效的保護，可為類似工程提供借鑒。

1 工程實例

福州某建筑為2棟10～11層辦公樓和4座3～4層為商業(yè)用途，采用樁基，設(shè)置3層連體地下室。場地原為民房，已拆遷整平形成現(xiàn)有較平坦場地。其北側(cè)為空地(規(guī)劃河道)，南側(cè)為空地及內(nèi)河，距離約18m,西側(cè)約10m為內(nèi)河，東側(cè)為街道，街道道路下為地鐵區(qū)間隧道，地下室外墻距離地鐵隧道最外側(cè)邊線的凈距離為17.2m，地鐵已經(jīng)正式運行。場地條件如圖1所示。

基坑開挖面積約24 610.0m2，基坑平面形狀呈梯形，基坑開挖深度15.05m，基坑工程安全等級一級，周長約670m，其中，場地東側(cè)沿地鐵隧道邊長約205m，地鐵隧道拱頂埋深約9.28m～12.30m，隧道底部埋深約15.48m～18.50m，坡率為14.655‰，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑5.6m，外徑6.2m，襯砌采用厚度300mm的預(yù)制混凝土管片?；?xùn)|側(cè)與地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)外邊線凈距小于50m，屬于地鐵保護范圍，屬于二級保護，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，該基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)圍護樁頂部位移≤20mm，圍護樁深層位移≤25mm(非地鐵控制保護區(qū)內(nèi)≤40mm)；

(2)隧道絕對水平位移與豎向位移≤10mm。

圖1 擬建工程場地條件

2 基坑支護設(shè)計方案

場地土層自上而下依次為：雜填土粉質(zhì)粘土淤泥粉質(zhì)粘土淤泥質(zhì)土粘土粗砂全風(fēng)化巖砂土狀強風(fēng)化花崗巖，巖土層參數(shù)如表1所示。

表1 主要巖土層計算參數(shù)表

場地地下水主要為上層滯水孔隙承壓水及基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙承壓水。

上層滯水：賦存于①雜填土層中，主要接受大氣降水及河道水補給，以地面蒸發(fā)和滲透形式排泄，透水性一般，富水性一般，水量較小。

孔隙承壓水：賦存于⑥粗砂層中，屬強透水層，富水性好，基巖風(fēng)化孔隙裂隙(承壓)水：賦存于⑦全風(fēng)化花崗巖及⑧強風(fēng)化花崗巖中，為弱透水性含水層，富水性貧乏。地下水補給來源主要為大氣降水和含水層側(cè)向逕流補給，與⑥粗砂含水層水力聯(lián)系緊密。

對基坑開挖有影響的地下水為賦存于①雜填土層中的上層滯水，地下水位4.29m～6.53m。深部⑥粗砂含水層及⑦全風(fēng)化花崗巖及⑧強風(fēng)化花崗巖含水層由于埋藏較深，經(jīng)驗算，承壓水不會產(chǎn)生坑底突涌，對基坑影響不大。

一般情況下，地鐵附近深基坑圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，但該工程無對基坑開挖有影響的強透水含水層，故可采用灌注樁排樁[1]，排樁直徑φ1000mm(φ1100)@1300mm，排樁外側(cè)采用φ650mm@450mm三軸水泥攪拌樁擋土止水，與地下連續(xù)墻相比，經(jīng)濟效益顯著。由于場地淺部為軟土，基坑開挖深度大，且東側(cè)道路下為地鐵隧道，無法采用錨桿(索)，只能采用內(nèi)支撐形式，或采用逆作法，利用主體結(jié)構(gòu)樓板作為支撐體系，由于逆作法出土困難工期較長造價高，建設(shè)單位不同意采用。該基坑工程采用三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，基坑支撐平面布置如圖2所示。

內(nèi)支撐式支護結(jié)構(gòu)安全可靠，但由于支撐梁長度大，支護結(jié)構(gòu)變形大小主要受支撐體系控制，經(jīng)計算對比，當(dāng)采用相同的支撐體系時，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻與采用排樁，支護結(jié)構(gòu)變形相差不大，深部最大變形均超過35mm，對于地鐵隧道一側(cè)，均達(dá)不到要求，因此，必須采取專項的保護措施。

圖2 基坑支護結(jié)構(gòu)平面布置圖

3 對地鐵隧道的專項保護措施

基坑位于地鐵保護范圍(≤50m)，地鐵一側(cè)需考慮基坑工程施工的影響，為此，圍護樁采用對周邊影響較小的旋挖樁，對地鐵隧道的保護，除了要確保支護結(jié)構(gòu)安全外，主要是要控制基坑開挖產(chǎn)生的變形，重點控制支護結(jié)構(gòu)的變形土體變形，確保變形能夠控制在允許范圍內(nèi)，為了嚴(yán)格控制變形，采用如下措施。

3.1 加大基坑?xùn)|側(cè)支護樁樁徑和樁長并增設(shè)雙排樁

采用φ1100mm大直徑旋挖灌注樁，樁中心距1300mm，根據(jù)多次驗算對比，樁徑越大，圍護結(jié)構(gòu)剛度越大，變形越小，樁端進(jìn)入強風(fēng)化巖不少于1m，樁長不小于37m(雙控)，樁端進(jìn)入強風(fēng)化巖等性質(zhì)較好的地層，能夠增強圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并控制坑內(nèi)土體隆起，安全系數(shù)均大大提高(大于2.5)。該排樁外側(cè)增設(shè)樁徑φ1000mm@3900mm支護樁，形成雙排樁，排距3000mm，采用雙排樁是一種增強措施，可確保圍護結(jié)構(gòu)萬無一失(雙保險)，進(jìn)一步增強擋土結(jié)構(gòu)剛度，控制擋土結(jié)構(gòu)變形，經(jīng)驗算，與單排樁相比，雙排樁變形可減少3mm～5mm。

3.2 基坑?xùn)|側(cè)雙排樁之間與坑內(nèi)被動土采用水泥土攪拌樁加固

淺部為淤泥層，土層性質(zhì)較差，雙排樁之間的主動土采用φ650mm@450mm多排三軸水泥攪拌樁加固，能夠增強雙排樁效果，并確保排樁之間間隙不發(fā)生流土流泥?？觾?nèi)被動土(淤泥分布區(qū))采用φ650mm@600mm多排三軸水泥攪拌樁加固，深度從第二道支撐開始至下層淤泥質(zhì)土(粉質(zhì)粘土)，以改善基坑內(nèi)軟土性質(zhì)，特別是增強被動土強度，考慮到分層開挖是個過程，故坑內(nèi)開挖側(cè)也進(jìn)行加固，根據(jù)已有經(jīng)驗[3]，對淤泥采用水泥土攪拌樁加固后，可有效控制支護樁變形。

3.3 支撐梁上加板，提高支撐剛度

該基坑設(shè)置三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，支撐采用角撐和對撐型式，受力明確，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，東側(cè)及主要支撐梁上澆筑鋼筋混凝土板，形成梁板結(jié)構(gòu)，可大大提高支撐結(jié)構(gòu)的剛度，控制支撐體系的變形。

3.4 控制開挖順序，提前完成支撐梁彈性壓縮變形，縮短基坑?xùn)|側(cè)支護樁暴露時間[2]

由于該工程基坑范圍較大，支撐梁長度大，最長可達(dá)120m，支撐梁受力后，彈性變形可達(dá)45mm以上，這就達(dá)不到對地鐵一側(cè)圍護結(jié)構(gòu)的變形控制要求。為消除或減少支撐系統(tǒng)彈性變形的影響，應(yīng)提前完成支撐的彈性變形，在地鐵一側(cè)的基坑尚未開挖時，支撐體系就產(chǎn)生受力變形，利用土方開挖順序的前后，可以達(dá)到目的，即土方開挖順序自西(遠(yuǎn)離地鐵隧道)向東(靠近地鐵隧道)退土，西側(cè)首先開挖后，西側(cè)支護樁受力變形，對支撐梁產(chǎn)生壓力，支撐梁產(chǎn)生(壓縮)彈性變形。此時東側(cè)尚未開挖或開挖深度較小，東側(cè)雙排樁加上土體已加固，擋土結(jié)構(gòu)剛度大，不會產(chǎn)生變形或變形很小，這樣，支撐梁彈性壓縮變形提前完成，可最大限度地減少支撐梁彈性變形對東側(cè)支護樁的影響，從而大大減少東側(cè)支護樁的變形。

土方開挖嚴(yán)格按照(退臺式)分層開挖要求，開挖順序必須自西向東退土，確?；?xùn)|側(cè)(靠近地鐵隧道)土方每層都是最后開挖，縮短了東側(cè)基坑支護樁暴露時間，基坑暴露時間越短，其變形就越小。

該工程基坑開挖深度大，基坑范圍大，按照常規(guī)的支護結(jié)構(gòu)設(shè)計(排樁加內(nèi)支撐)，變形只能控制在40mm以內(nèi)，采取上述措施后，地鐵一側(cè)的圍護結(jié)構(gòu)頂部位移小于15mm，深部位移可控制在20mm以內(nèi)，滿足地鐵保護方面的規(guī)定。

基坑?xùn)|側(cè)(靠近地鐵隧道側(cè))基坑支護的典型剖面如圖3所示。

圖3 基坑?xùn)|側(cè)(靠近地鐵一側(cè))基坑支護剖面圖

非靠近地鐵隧道位置的基坑支護典型剖面如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)離地鐵側(cè)典型基坑支護剖面

4 基坑工程信息化施工

地下室基坑支護結(jié)構(gòu)安危關(guān)系到該工程的安全，還關(guān)系到附近建筑物城市管線道路設(shè)施與城市軌道交通設(shè)施的保護等，一旦基坑發(fā)生事故，其直接損失和社會影響將遠(yuǎn)大于一般的土建工程。因此，對于該基坑工程，必須確保支護結(jié)構(gòu)安全，嚴(yán)格控制支護結(jié)構(gòu)和土體變形，確保地鐵隧道安全。在施工中采用風(fēng)險管理的科學(xué)方法，實施全過程全方位監(jiān)測監(jiān)控，實時分析判斷支護結(jié)構(gòu)和周邊的安全穩(wěn)定性，處置各種風(fēng)險因素，確保工程安全。

5 支護結(jié)構(gòu)與地鐵隧道變形特征

各工況地鐵隧道側(cè)的圍護樁位移及地鐵隧道變形結(jié)果如表2所示。

表2 各工況圍護樁位移與地鐵隧道變形 mm

東側(cè)(靠地鐵側(cè))基坑圍護結(jié)構(gòu)頂部最大位移8.56mm≤20mm，深部最大水平位移約為12.99mm≤25mm，滿足要求。

靠近基坑的左線隧道的最大水平位移約為7.96mm，右線隧道的最大水平位移約為4.47mm。

左線隧道的最大豎向位移(沉降)約為5.36mm，右線隧道的最大豎向位移(沉降)約為3.33mm，地鐵隧道變形均≤10mm，滿足要求。

離地鐵隧道50m以外的圍護結(jié)構(gòu)變形較大。

西側(cè)基坑圍護墻最大水平位移為33.30mm，北側(cè)基坑圍護墻的最大水平位移約為32.26mm，南側(cè)基坑圍護墻的最大水平位移約為27.20mm，圍護結(jié)構(gòu)變形均≤40mm，滿足一般圍護結(jié)構(gòu)的變形要求。

6 結(jié)論

(1)該基坑工程針對場地條件，基坑支護采用排樁加內(nèi)支撐支護形式，其工藝成熟支護效果好，并采用三軸水泥土攪拌樁加固控制開挖順序等措施，有效控制支護結(jié)構(gòu)變形和地鐵隧道變形，確保支護結(jié)構(gòu)和地鐵隧道安全。

(2)施工順序應(yīng)按照設(shè)計方案進(jìn)行嚴(yán)格控制，在保證施工質(zhì)量的前提下，合理安排施工開挖步驟，才能保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)以及軌道的安全。