張朝朋

[西安世園投資（集團(tuán)）有限公司，陜西 西安 710024]

1 工程概況

西安浐灞生態(tài)區(qū)錦堤六路（歐亞四路）灞河隧道工程，西起灞河西岸的廣運(yùn)潭大道，東至灞河?xùn)|岸的香槐六路，主線設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度約2.9 km。自西向東依次下穿興泰北路、灞河西路、灞河、灞河?xùn)|路、華文路后上跨世博大道和香槐六路。興泰北路至華文路段為下穿隧道，長(zhǎng)度為1 458 m。其中過(guò)灞河段設(shè)置了緊急逃生通道和綜合管廊，長(zhǎng)度為660 m?？偲矫鎴D如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目總平面示意圖

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)、灞河水文資料和通航現(xiàn)狀等，各方對(duì)常規(guī)的隧道施工工藝如盾構(gòu)法、明挖法、沉管法等進(jìn)行比選后，確定本工程采用明挖法的實(shí)施方案。其中，灞河段通過(guò)設(shè)置土石圍堰進(jìn)行導(dǎo)流的方式分兩期進(jìn)行施工。

隧道結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，隧道普通段凈寬26.5 m，基坑開(kāi)挖寬度約30 m；過(guò)河管廊段凈寬30 m，基坑開(kāi)挖寬度約34 m。隧道內(nèi)凈高6.5 m，灞河河道段結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度約3 m，考慮頂板、底板厚度，基坑開(kāi)挖深度約13 m。

2 周邊環(huán)境和工程地質(zhì)條件

2.1 周邊環(huán)境條件

河道段基坑下游80 m處有一橡膠壩，基坑開(kāi)挖邊線距離橡膠壩基礎(chǔ)大于3 倍基坑開(kāi)挖深度，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工和土方開(kāi)挖等對(duì)橡膠壩的影響較小。

2.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

河道段基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)的地層自上至下主要包括：

（1）淤泥②1。深灰色，飽和，呈泥流態(tài)，以粉質(zhì)黏土為主，結(jié)構(gòu)松散。該層層厚1.70～3.90 m。

（2）淤泥②2。深灰色，飽和，呈軟塑～ 流塑狀態(tài)，以粉質(zhì)黏土為主，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散，局部含砂粒。該層層厚0.30～5.60 m，層底深度為4.30～11.50 m。

（3）粗礫砂⑤?；尹S～灰褐色，飽和，密實(shí)，主要為粗砂、礫砂。實(shí)測(cè)標(biāo)貫錘擊數(shù)20～40 擊。夾卵石⑤1雜色，密實(shí)，飽和，一般粒徑3～5 cm，最大10 cm，亞圓形，中等風(fēng)化。該層最大厚度3.6 m。圓礫⑤2雜色，密實(shí)，飽和，一般粒徑1～3 cm，亞圓形，中等風(fēng)化。該層最大厚度4.6 m。粉質(zhì)黏土⑤3淺灰色，硬塑，飽和。該層層厚4.70～19.30 m，層底深度為15.20～27.60 m。

（4）粉質(zhì)黏土⑥。黃褐色～灰褐色，硬塑，飽和。該層層厚3.00～16.20 m，層底深度為28.80～33.50 m。

（5）中細(xì)砂⑦。淺灰色，飽和，密實(shí)。最大揭露厚度11.20 m，最大鉆探深度40.00 m。

（6）粉質(zhì)黏土⑧?；液稚伤?，飽和。含少量鈣質(zhì)結(jié)核、鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)[1]。

本項(xiàng)目勘察地層的三軸固結(jié)不排水剪（CU）試驗(yàn)成果和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，對(duì)②2層（泥炭質(zhì)土）進(jìn)行了固結(jié)系數(shù)測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，其固結(jié)系數(shù)與推薦值見(jiàn)表2。

表1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表2 固結(jié)系數(shù)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)與建議值

該場(chǎng)地地下水類型主要為第四系沖積和沖洪積地層中的潛水和承壓水。潛水含水層為粗礫砂⑤層及粉質(zhì)黏土④層及其夾層。粉質(zhì)黏土⑥層為相對(duì)隔水層，但其中的砂夾層透鏡體含水，中細(xì)砂⑦層在整個(gè)場(chǎng)地中分布連續(xù)，為含水層。受上部相對(duì)隔水層（粉質(zhì)黏土⑥層）影響，該層水具有承壓特性，屬承壓水，承壓水水頭標(biāo)高可按368.30 m考慮。

3 基坑支護(hù)方案選型

3.1 本工程河道段基坑特點(diǎn)

（1）基坑呈長(zhǎng)條形，斷面大，基坑深度較深。

（2）周邊環(huán)境條件相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)重要建（構(gòu)）筑物。

（3）工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

a.灞河河床區(qū)域分布有較厚的淤泥質(zhì)土，力學(xué)性質(zhì)極差。

b.隧道基坑開(kāi)挖深度影響范圍內(nèi)主分布有粗礫砂層，該層為中密～密實(shí)狀態(tài)，混圓礫、卵石顆粒。

c.地下水位豐富且埋深較淺，基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)分布有卵石層及中粗砂層，透水性強(qiáng)。

3.2 基坑支護(hù)體系比選

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到基坑開(kāi)挖和周邊環(huán)境的安全，還直接影響土方開(kāi)挖和地下結(jié)構(gòu)的施工成本。結(jié)合本項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)和場(chǎng)地特點(diǎn)，確定本次圍護(hù)方案選型考慮重點(diǎn)如下：

（1）結(jié)合本地成熟經(jīng)驗(yàn)的支護(hù)形式，優(yōu)先考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性、可行性和適宜性。

（2）控制基坑開(kāi)挖和地下結(jié)構(gòu)施工期間對(duì)周邊環(huán)境的影響。

（3）方便施工，工期短。

（4）盡量節(jié)約工程造價(jià)。

結(jié)合大量類似工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此類深基坑工程，可采用的圍護(hù)體系主要包括鉆孔灌注樁+止水帷幕、地下連續(xù)墻、SMW工法、咬合樁等板式支護(hù)。

3.2.1鉆孔灌注樁+止水帷幕

鉆孔灌注樁+止水帷幕有如下特點(diǎn)：

（1）剛度較大，且可根據(jù)基坑深度、工程地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件選用不同樁徑以滿足變形控制要求。

（2）成樁工藝成熟，質(zhì)量易保證。

（3）整體強(qiáng)度、穩(wěn)定性可靠。

（4）受周邊環(huán)境限制，圍護(hù)體占地寬度較大，約2.0 m。

（5）對(duì)場(chǎng)地要求高，需要有鋼筋加工場(chǎng)地及泥漿處理設(shè)備。

（6）工程投資相對(duì)較少。

（7）止水帷幕可結(jié)合地層條件靈活選用水泥攪拌樁、等厚水泥土攪拌墻或高壓旋噴樁等。

（8）市場(chǎng)成樁設(shè)備種類較多、數(shù)量多，可根據(jù)地層特點(diǎn)選用適用的機(jī)械，并可大面積分段同步施工，節(jié)約工期。

現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖2。

圖2 鉆孔灌注樁支護(hù)

3.2.2地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻有如下特點(diǎn)：

（1）地連墻既可擋土又可止水。

（2）常規(guī)地連墻厚度為800 mm 及1 000 mm，側(cè)向抗彎剛度大，有利于變形控制。

（3）成墻工藝成熟，質(zhì)量易保證。

（4）整體強(qiáng)度、穩(wěn)定性可靠。

（5）圍護(hù)體占地寬度較小，僅為墻厚。

（6）地連墻可作為地下結(jié)構(gòu)外墻使用，“兩墻合一”。

（7）對(duì)地墻接縫位置增加高壓旋噴樁止水。

（8）對(duì)場(chǎng)地要求高，需要硬化路面、鋼筋加工場(chǎng)地及泥漿處理設(shè)備。

（9）工程投資相對(duì)較高。

3.2.3SMW工法

SMW工法為三軸深攪樁插入型鋼組成的既可擋土又止水的一種支護(hù)形式。其特點(diǎn)有：

（1）施工速度較快。

（2）需要占用的空間較小，尤其適用于施工空間狹小的區(qū)段。

（3）本身具有止水作用，不需另設(shè)止水帷幕。

（4）造價(jià)受施工工期影響。

（5）剛度一般，變形相對(duì)較大，對(duì)周邊環(huán)境影響相對(duì)較大。

（6）內(nèi)插型鋼可進(jìn)行回收重復(fù)利用，節(jié)省造價(jià)。

（7）在密實(shí)砂層、卵石層或較硬黏土層成樁難度較大，需采取引孔措施，工效較低。同時(shí)，卵石層插入型鋼難度大。

現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖3。

圖3 常規(guī)SMW工法

3.2.4咬合樁

咬合樁是在樁與樁之間形成相互咬合排列的一種基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。樁的排列方式為一條不配筋，并采用超緩凝素混凝土樁（A 樁）和一條鋼筋混凝土樁（B樁）（采用全套管鉆機(jī)施工）間隔布置。咬合樁具有如下特點(diǎn)：

（1）既可擋土，又可防水。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)占用的空間較小。

（3）同鉆孔灌注樁，剛度較大，且可根據(jù)基坑深度、工程地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件選用不同樁徑以滿足變形控制要求。

（4）工程所在地成樁設(shè)備較少，需引進(jìn)，對(duì)工期不利。

現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖4。

圖4 鉆孔咬合樁工法

3.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)總體方案

考慮基坑周邊環(huán)境條件相對(duì)較好，對(duì)基坑變形控制要求不高。因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)可采用剛度相對(duì)較小的鉆孔灌注樁、工法樁等，并可根據(jù)基坑深度靈活選用樁徑，在保證安全的同時(shí)降低工程造價(jià)。

本區(qū)域地下水相對(duì)豐富，水位較高，基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)廣泛分布有中粗砂及卵石層，透水性較強(qiáng)，需采取合理的降、止水措施以滿足基坑開(kāi)挖要求。目前常用的止水帷幕主要包括水泥土攪拌樁和高壓旋噴樁，以及地下連續(xù)墻、咬合樁（擋土加止水）等。其中，止水效果相對(duì)較好的水泥土攪拌樁在本地區(qū)成樁難度大、工效較低，地連墻及咬合樁造價(jià)相對(duì)較高。因此，本工程止水帷幕考慮采用高壓旋噴樁[2]。

綜上分析，在滿足基坑安全和周邊環(huán)境要求的條件下，推薦本基坑周邊圍護(hù)體采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水帷幕的設(shè)計(jì)方案，坑外增加水位觀測(cè)井兼作備用降水井。

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 整體施工工況

本工程穿越的灞河水流量較大，無(wú)法全斷面截流，因此采用設(shè)置土石圍堰、分期實(shí)施的整體施工順序。河道內(nèi)隧道明挖基坑按照?qǐng)D5 至圖8 所示工況進(jìn)行實(shí)施。

圖5 工況一（一期基坑支護(hù)施工、土方開(kāi)挖及隧道主體結(jié)構(gòu)施工）

圖6 工況二（拆除一期圍堰并修筑二期圍堰）

圖7 工況三（二期圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、鑿除分界位置支護(hù)樁）

圖8 工況四（二期主體結(jié)構(gòu)施工、拆除圍堰、恢復(fù)河道）

4.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

4.2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容

依據(jù)上述分析，結(jié)合具體地層并按照規(guī)范計(jì)算后，河道區(qū)域采用的設(shè)計(jì)方案為φ1 000@1 300 鉆孔灌注樁+雙排φ600 高壓旋噴樁止水帷幕+兩道水平支撐。灌注樁嵌固深度為6.5～6.9 m，滿足穩(wěn)定性計(jì)算要求[3]。止水帷幕進(jìn)入基底以下6.5 m，隔斷第⑤礫砂層，進(jìn)入相對(duì)隔水層（粉質(zhì)黏土層）?；迂Q向設(shè)置兩道水平支撐，均按照對(duì)撐的平面布置形式；考慮淺層淤泥層較厚，為保證安全，同時(shí)加快施工速度并降低工程造價(jià)，采用了鋼筋混凝土支撐與鋼支撐組合的形式。具體支護(hù)形式詳見(jiàn)圖9 至圖11。

圖9 基坑支護(hù)剖面圖

圖10 河道內(nèi)基坑支護(hù)剖面圖

圖11 河道內(nèi)基坑支護(hù)俯視圖

4.2.2計(jì)算結(jié)果

依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012），對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用增量法進(jìn)行變形和內(nèi)力計(jì)算[4]。其中，黏性土采用直剪快剪指標(biāo)、水土合算，粉土及砂性土采用固結(jié)快剪指標(biāo)水土分算，參數(shù)詳見(jiàn)表3，圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁身水平變形最大值為25 mm。

表3 各土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（建議值）

本工程開(kāi)挖面以下為硬塑狀黏性土，抗剪強(qiáng)度高，基坑抗傾覆（K=1.6）及坑底抗隆起（K=2.5）計(jì)算均能滿足規(guī)范要求。

5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

依據(jù)信息化施工的原則，本工程在基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形（樁身測(cè)斜）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖12）可知，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形相對(duì)較小，基坑開(kāi)挖至基底標(biāo)高后的最大水平變形約20 mm，滿足基坑安全和環(huán)境控制要求[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，本基坑工程已按上述方案實(shí)施完成，除部分區(qū)段因礫砂層中圓礫石較多導(dǎo)致旋噴樁止水效果相對(duì)較差外，其他狀況良好，整體上能滿足土方開(kāi)挖和主體結(jié)構(gòu)施工。對(duì)止水效果較差區(qū)段采用了坑外加設(shè)降水井或注漿措施，以保證坑內(nèi)滲漏水可控。

圖12 典型樁身測(cè)斜曲線

由此可見(jiàn)，類似地層下的深基坑工程的止水、降水設(shè)計(jì)方案和施工工法是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵因素，前期方案階段在進(jìn)行全方位的比選后，建議有條件的地區(qū)進(jìn)行原位試驗(yàn)以確保設(shè)計(jì)方案合理可行。