李新,黃健,樊海元,陶金海,李昊雨,楊凡林
(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 徐州 221116;2.徐州市水利工程建設(shè)有限公司,江蘇徐州 221006;3.中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司,西安 710065;4.中國核能電力股份有限公司,北京 100045;5.長江委陸水試驗(yàn)樞紐管理局,湖北 赤壁 437302)
隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,地下空間充分開發(fā)已成為一種必然趨勢[1],深基坑得到越來越廣泛的應(yīng)用。且場地條件、地質(zhì)條件日趨復(fù)雜,周邊建筑物的保護(hù)要求越來越高,對基坑圍護(hù)設(shè)計、工程施工等都提出了更高的要求,相關(guān)技術(shù)也得到迅速發(fā)展[2,3]。由于施工、設(shè)計或地質(zhì)、地下水等原因造成事故、險情的情況時有發(fā)生[4~9],相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了深入的研究。在濱海電站中,為滿足取排水要求,基坑通常深埋于地下,由于項(xiàng)目臨近海域,存在豐富地下水、淤泥層等情況。在項(xiàng)目擴(kuò)建階段,又同時存在施工場地臨近運(yùn)行區(qū)、建筑物保護(hù)、場地狹窄等問題,本文主要針對上述問題的深基坑圍護(hù)技術(shù)及工程應(yīng)用進(jìn)行研究。
某濱海電站一期工程1、2 號機(jī)組已投產(chǎn)發(fā)電,二期擴(kuò)建緊鄰一期工程,其中工作井(盾構(gòu)工作井)基坑深近20 m,虹吸井、工作井基坑為鄰近錯接,高差近10 m,虹吸井為地下永久結(jié)構(gòu),屬于排水構(gòu)筑物,工作井為臨時結(jié)構(gòu),主要用作本期項(xiàng)目2 條排水隧洞盾構(gòu)始發(fā)。基坑?xùn)|側(cè)為在運(yùn)電廠高壓出線站,西側(cè)為物資倉庫、2F 辦公樓,距基坑最近距離約5 m,由于工程為濱海項(xiàng)目,地下水較為豐富,場地條件較為復(fù)雜。項(xiàng)目平面布置見圖1。
圖1 某濱海電站項(xiàng)目平面布置
1)基坑區(qū)域場地狹窄,東側(cè)存在電廠一期運(yùn)行區(qū)高壓出線站,西側(cè)存在物資倉庫、辦公樓,同時由于項(xiàng)目地處濱海,基坑深度較大(最深處近20 m),存在豐富地下承壓水,安全風(fēng)險較大。
2)虹吸井基坑為永久結(jié)構(gòu),工作井基坑為臨時結(jié)構(gòu),且為鄰近錯接(高差近10 m),需做好二者的有效銜接,又由于工作井為排水隧洞盾構(gòu)始發(fā)井,還需做好工作井預(yù)留洞門與盾構(gòu)的銜接。
3)由于工作井較虹吸井基坑深近10 m,常規(guī)的基坑內(nèi)支撐分層布置困難,且在布置完內(nèi)支撐后,內(nèi)凈空尺寸需滿足盾構(gòu)機(jī)入井吊裝及始發(fā)掘進(jìn)要求。
4)盾構(gòu)機(jī)吊裝過程存在較大側(cè)壓力,且存在隧洞管片周轉(zhuǎn)及堆載,工作井為臨時結(jié)構(gòu),需處理好基坑安全與方案經(jīng)濟(jì)性的問題。
從場地環(huán)境和空間布局考慮,基坑圍護(hù)方案的整體原則包括:安全性與經(jīng)濟(jì)性并重,永久結(jié)構(gòu)與臨時工程兼顧,上游工程與下游項(xiàng)目銜接。主要強(qiáng)調(diào)的是在狹窄空間場地范圍內(nèi),項(xiàng)目布置應(yīng)當(dāng)滿足使用功能,在強(qiáng)透水、軟弱地層條件下,基坑的整體穩(wěn)定性、周圍建筑物的安全性符合要求,作為臨時項(xiàng)目的基坑工程經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較好,且上游構(gòu)筑物(虹吸井)與下游盾構(gòu)隧洞通過工作井的銜接較好。
4.2.1 方案思路
針對復(fù)雜場地條件及鄰近錯接難點(diǎn),提出采用多種(6 種)工藝措施相結(jié)合的綜合支護(hù)結(jié)構(gòu)。考慮后續(xù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工需求,不宜布置內(nèi)支撐及立柱等支護(hù)體系,虹吸井基坑?xùn)|側(cè)第一層按照1∶1 放坡至+2.0 m,+2.0 m 以下采用鉆孔灌注樁+ 高壓旋噴土錨+ 高壓旋噴樁+ 止水帷幕的支護(hù)形式。為滿足盾構(gòu)吊裝、初始掘進(jìn)要求,有效克服強(qiáng)滲透水壓,工作井東西側(cè)、南側(cè)兩級放坡分別至+2.0 m、+0.0 m,坡比均為1∶1,+0.0 m 以下采用鉆孔灌注樁+ 高壓旋噴土錨+ 下部混凝土支撐+ 坑外高壓旋噴樁+ 止水帷幕+ 混凝土內(nèi)襯墻的支護(hù)形式?;又ёo(hù)典型剖面示意(縱剖面)見圖2。
圖2 基坑縱剖面示意圖
4.2.2 圍護(hù)樁布置
鉆孔灌注樁布置形式為φ1 200 mm @1 500 mm,虹吸井東側(cè)及西側(cè)各布置1 排,工作井東側(cè)、西側(cè)、南側(cè)各布置2 排(中心間距3.6 m),其中,南側(cè)第二排位于排水隧洞洞門部位的2 處灌注樁取消(2×5=10 根),主要是避免在盾構(gòu)洞門鑿除時難以實(shí)施。虹吸井南側(cè)、工作井北側(cè)基坑錯接部位布置1排,各排灌注樁頂部采用1 400 mm×1 000 mm 壓頂圈梁進(jìn)行連接;高壓旋噴樁水泥摻量30%,水灰比1∶1~1.5∶1,布置形式為φ700 mm @500 mm,分布在虹吸井東側(cè)、西側(cè)以及工作井東側(cè)、西側(cè)、南側(cè)、2 排灌注樁之間。
4.2.3 旋噴土錨布置
虹吸井東西側(cè)各布置3 排高壓旋噴土錨,錨頭與樁體間布置25#雙拼工字鋼腰梁(圍檁),采用后張拉法分級施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行鎖定。工作井圍檁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),施工中在錨孔相對應(yīng)的位置預(yù)留孔,使得錨索通過該孔穿越圍檁,然后使用錨具將張拉的錨索固定于鋼筋混凝土圍檁上。鋼絞線總長度22~26 m,水平間距1.5 m,垂直間距2.5 m,直徑0.5 m,拉力設(shè)計值360~400 kN,傾角30°。工作井東側(cè)及西側(cè)各布置5 排、南側(cè)布置1 排高壓旋噴土錨,鋼絞線總長度17~28 m,水平間距1.5 m(或3 m),垂直間距2.3~4 m,直徑0.5 m,拉力設(shè)計值390~610 kN,傾角30°。
4.2.4 內(nèi)撐結(jié)構(gòu)
工作井豎直方向布置3 排鋼筋混凝土圍檁及內(nèi)撐,第一排圍檁尺寸為800mm×800 mm,第二排、第三排尺寸為1 000 mm×800 mm,其中,第一排支撐(尺寸為800 mm×800 mm)斜向布置,從南側(cè)的-6.8 m 傾斜到北側(cè)的-8.5 m,第二排、第三排支撐(尺寸為1 000 mm×800 mm)分層水平布置,同時在4 個角設(shè)置角撐(尺寸為3 000 mm×3 000 mm 或2 500 mm×2 500 mm);為防止鋼筋混凝土內(nèi)撐傳力至虹吸井側(cè)(軟基區(qū))產(chǎn)生變形,同時為平衡盾構(gòu)初始掘進(jìn)的反向推力,工作井北側(cè)虹吸井內(nèi)至工作井高低錯接區(qū)域8 m 范圍采用φ700 mm@500 mm 高壓旋噴進(jìn)行地基處理。
為提高基坑受力的整體性,在工作井內(nèi)四周設(shè)置鋼筋混凝土內(nèi)襯墻,其中北側(cè)內(nèi)襯墻厚度為1 100 mm,東側(cè)、西側(cè)、南側(cè)內(nèi)襯墻厚度為400 mm,且需在南側(cè)排水隧洞洞口預(yù)留洞門,提前預(yù)埋鋼套筒等埋件,工作井南側(cè)設(shè)置300 mm厚C30 鋼筋混凝土蓋板用作盾構(gòu)吊裝荷載應(yīng)力擴(kuò)散,同時盾構(gòu)機(jī)吊裝站位區(qū)采用φ1000 mm @800 mm 高壓旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
高壓旋噴施工過程中,在-8.1~-18 m 作業(yè)時,旋噴鉆孔內(nèi)噴出高度約20 cm 水柱,結(jié)合勘察資料,發(fā)現(xiàn)在-17~-24.88 m區(qū)間含有承壓水砂層。在工作井四周布置4 口降水井,在基坑中部布置1 口觀測井。降水井孔徑400 mm,采用DN250 mm PVC 管材,壁厚≥5 mm,濾管外側(cè)采用乙烯網(wǎng)片、不銹鋼絲網(wǎng)包裹。
沿一級邊坡(+2.0 m)坡腳及二級邊坡(+0.0 m)坡腳各設(shè)置閉合式的排水溝,排水溝斷面尺寸為300 mm×300 mm,每隔30 m 及轉(zhuǎn)角處設(shè)集水井,排水溝和集水井內(nèi)側(cè)M10 水泥砂漿抹面。
深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)除需滿足使用功能、整體穩(wěn)定安全外,還應(yīng)將安全性與經(jīng)濟(jì)性、永久結(jié)構(gòu)與臨時工程、上游工程與下游項(xiàng)目統(tǒng)籌考慮。對于深基坑,可采用灌注樁、高壓旋噴土錨、混凝土支撐等多種工藝相結(jié)合的綜合支護(hù)結(jié)構(gòu),重點(diǎn)是要因地制宜,并將圍護(hù)結(jié)構(gòu)與接口工程一并考慮,如盾構(gòu)掘進(jìn)、盾構(gòu)吊裝等。