何祉健，汪能亮，陳 飛，梅獻(xiàn)忠

浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，浙江杭州310013

0 引 言

為提高深基坑工程出土效率，出土技術(shù)逐漸呈現(xiàn)多樣化，如設(shè)置斜鋼便橋、多出土棧橋與土坡道結(jié)合、坑內(nèi)架設(shè)貝雷橋、移動式鋼絲繩抓斗出土、輸送帶出土等多樣化技術(shù)不斷在狹小深基坑工程中出現(xiàn)。但以上出土技術(shù)也存在一定弊端，如難以應(yīng)用于狹小空間深基坑工程中或在施工進(jìn)度方面難以實現(xiàn)快速出土需求。為滿足鄰近地鐵狹小深基坑出土施工進(jìn)度要求，本項目創(chuàng)新性地在狹小深基坑圍護(hù)樁上開設(shè)洞口，工程車輛直接穿過洞口進(jìn)入基坑底層裝載土方后外運(yùn)，出土效率提升的同時基坑變形得到了良好控制，整體效果較佳。

1 工程概況

余政工出［2019］28號地塊項目位于杭州市余杭區(qū)，總建筑面積60萬m2，地下建筑面積18.7 萬m2，地上建筑面積41.3 萬m2，項目北側(cè)2棟200 m超高層雙子塔緊鄰杭州地鐵3號線龍舟路站（圖1）。雙子塔基坑開挖深度13.60～19.90 m，基坑距地鐵站房最近19.20 m，距地鐵隧道最近30 m。

圖1 余政工出[2019]28號地塊項目效果圖

為減小基坑開挖對地鐵站房和軌道變形影響，本項目基坑分成四個分坑，其中鄰近地鐵側(cè)設(shè)分坑一至分坑三，南面為分坑四（圖2）。分坑一地下結(jié)構(gòu)完成后可開挖分坑二、三，分坑二、三地下結(jié)構(gòu)完成后可開挖分坑四。分坑一、二、三均設(shè)置三道水平支撐，第一道均為鋼筋混凝土支撐，第二、三道除下文描述的圍護(hù)樁開洞部位為鋼筋混凝土支撐外，其他位置均為預(yù)應(yīng)力型鋼支撐。分坑四設(shè)置兩道鋼筋混凝土支撐。

圖2 基坑圍護(hù)工況

2 基坑圍護(hù)體系開洞情況

本項目分坑一至分坑三均位于城市軌道交通控制保護(hù)區(qū)范圍，即地鐵地下車站與隧道結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)50 m內(nèi)［1］，且分坑一距離軌道最近。為確保地鐵盾構(gòu)施工安全，要求地鐵隧道盾構(gòu)前分坑一地下室結(jié)構(gòu)須全部完工，施工進(jìn)度要求較高。分坑一尺寸80 m（長）×50 m（寬），深19.90 m。若在基坑內(nèi)設(shè)置常規(guī)土坡，需滿足1∶7坡度要求，即需滿足土坡高差15.30 m，土坡長度107 m的尺寸要求，該基坑無法滿足常規(guī)土坡方案要求。而采用土方抓斗機(jī)或長臂挖機(jī)無法滿足該深基坑的土方外運(yùn)進(jìn)度要求。

為滿足施工進(jìn)度要求，擬在分坑一東南角圍護(hù)樁上開設(shè)洞口供車輛通行（圖3）。即通過截斷第一道與第二道支撐梁間的連續(xù)幾根圍護(hù)樁，在圍護(hù)體系上形成門洞口，土方施工機(jī)械均由此門洞口進(jìn)出，解決土方開挖技術(shù)難題［2］（圖4）。為確保深基坑整體變形穩(wěn)定，洞口頂部第一道混凝土角撐仍完整保留，洞口上部壓頂梁兼作洞口頂過梁，配筋按豎向受力加強(qiáng)?；油庠O(shè)土坡與洞口相連，基坑內(nèi)設(shè)置1∶7土坡與混凝土角撐棧橋板相連，形成完整土方運(yùn)輸通道，土方車可直接開至基坑底部，以提升土方外運(yùn)效率。

圖3 分坑一圍護(hù)樁開洞工況模擬

圖4 分坑一圍護(hù)樁開洞三維效果

3 圍護(hù)體系開洞方案策劃及實施

3.1 圍護(hù)樁開洞方案

本項目土方車型號為“聯(lián)合卡車C&CU420 重卡”，外形尺寸6.87 m （長） ×2.55 m（寬）×3.65 m（高）。擬開設(shè)洞口底標(biāo)高同第二道支撐頂標(biāo)高（-7.10 m），洞口頂標(biāo)高同第一道支撐底標(biāo)高（-2.80 m），即洞口高度為7.10-2.80=4.30 m＞3.65 m。擬將圖5 所示4 根圍護(hù)樁截除，則洞寬為4×1.0+5×0.2=5.0 m＞2.55 m（考慮車輛后視鏡外伸寬度和左右兩側(cè)安全距離）。

圖5 分坑一圍護(hù)樁開洞平面示意

洞口底部第二道水平支撐局部設(shè)置加強(qiáng)板作為工程車輛行駛的棧橋板使用。棧橋板底部支撐梁交叉位置增設(shè)格構(gòu)柱以滿足豎向承載要求。格構(gòu)柱截面尺寸480mm×480mm，格構(gòu)柱角鋼4×L180×16，綴板規(guī)格420 mm×220 mm×12 mm，綴板中心間距400 mm。

3.2 開洞部位圍護(hù)體系加強(qiáng)方案

3.2.1 洞口部位圍護(hù)樁加強(qiáng)方案

圍護(hù)樁開洞處理后，在其外部3 m處增設(shè)3根頂標(biāo)高相同的圍護(hù)樁，兩排樁之間通過樁頂壓頂梁和之間的鋼筋混凝土連系梁進(jìn)行剛性連接形成整體，以減小圍護(hù)樁受到土方車水平?jīng)_擊荷載作用后的位移（圖6）。

圖6 第一道支撐局部（東南角）加強(qiáng)示意

因洞口外側(cè)還須進(jìn)行坑外放坡，基坑外側(cè)土方局部被挖空，無可靠傳力媒介，基坑整體性受到破壞，穩(wěn)定性受到削弱。為保證洞口部位荷載傳遞可靠性，在洞口外部兩側(cè)分別設(shè)置6根補(bǔ)強(qiáng)圍護(hù)樁（圖6），確保可靠傳力。12根補(bǔ)強(qiáng)圍護(hù)樁與基坑其他圍護(hù)樁通過壓頂梁、連系梁、加強(qiáng)板連成整體。

3.2.2 混凝土角撐加強(qiáng)方案

為減小基坑變形，在開洞部位的三道鋼筋混凝土支撐上設(shè)加強(qiáng)板（圖6），以增強(qiáng)該部位混凝土支撐整體剛度。因第二道混凝土支撐局部作棧橋板使用，所以在該部位原支撐上設(shè)置300 mm厚C30混凝土加強(qiáng)板，板內(nèi)設(shè)置16@150 雙層雙向鋼筋網(wǎng)片，板面標(biāo)高同梁面，施工期間控制使用荷載不大于40 kPa。棧橋板下方補(bǔ)強(qiáng)或增設(shè)格構(gòu)柱，格構(gòu)柱可與工程樁結(jié)合使用（須經(jīng)設(shè)計單位受力驗算并滿足要求），將棧橋板的豎向荷載傳遞至下部持力層。

3.3 坑外坡道施工方案

在基坑外側(cè)擬設(shè)置4 000 mm寬坡道與洞口連接，以形成完整運(yùn)輸通道。坑外地面相對標(biāo)高-2.00 m，洞口底標(biāo)高-7.10 m，坑外坡道高差5.10 m。為確保土坡兩側(cè)邊坡安全，須對該區(qū)域圍護(hù)方案進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計。

坡道深度范圍土質(zhì)為雜填土、黏土和粉質(zhì)黏土，根據(jù)土力學(xué)計算，將坡道開挖深度按0～1.50 m、1.50～3.00 m、3.00～5.10 m三個深度范圍進(jìn)行邊坡圍護(hù)設(shè)計（圖7）。0～1.50 m開挖深度范圍，在坡道兩側(cè)設(shè)置坡度1∶1.5的土坡；1.50～3.00 m開挖深度范圍，采用放坡噴錨+拉森鋼板樁的復(fù)合圍護(hù)方式，即在頂部1.50 m 深度范圍的坡道兩側(cè)設(shè)坡度1∶1.5 土坡并設(shè)鋼筋混凝土噴錨層，剩余高度用9 m 長SP-U400×170×15.5拉森鋼板樁進(jìn)行圍護(hù)；3.00～5.10 m開挖深度范圍，坡道兩側(cè)采用雙排（間距6 m）拉森鋼板樁互相拉結(jié)的圍護(hù)方式。其中拉森鋼板樁長度9 m，型號SP-U400×170×15.5。雙排鋼板樁頂設(shè)置600 mm×400 mm鋼筋混凝土壓頂梁，雙排壓頂梁之間用500 mm×500 mm鋼筋混凝土連系梁拉結(jié)。

圖7 坑外坡道平面示意

坡道地面做法：基層土體整平壓實后鋪設(shè)500 mm厚塘渣或碎石整平壓實，面層澆筑300 mm厚鋼筋混凝土板，混凝土面層掃毛或作其他防滑處理。坡道排水措施應(yīng)合理，避免冬季結(jié)冰影響行車安全。

3.4 基坑監(jiān)測方案

圍護(hù)樁開洞對分坑一圍護(hù)體系造成局部削弱，對基坑變形存在不利影響，須對開洞部位和鄰近地鐵一側(cè)基坑變形進(jìn)行全過程跟蹤監(jiān)測。結(jié)合“監(jiān)測項目應(yīng)能夠反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)以及周邊環(huán)境受影響的程度”原則［3］，控制變形的監(jiān)測項目主要含基坑邊深層土體水平位移（CX）、棧橋部位立柱樁沉降和開洞部位混凝土角撐軸力（ZL）監(jiān)測。如圖8所示，CX監(jiān)測點(diǎn)共設(shè)5處，其中洞口西側(cè)圍護(hù)樁轉(zhuǎn)角位置1 處（2#CX），洞口東側(cè)1處（3#CX），基坑南側(cè)對撐與角撐交接位置1處（1#CX），基坑北側(cè)設(shè)2處監(jiān)測點(diǎn)（4#CX、5#CX）。其中2#、3#監(jiān)測點(diǎn)用于洞口區(qū)域變形監(jiān)測，4#、5#監(jiān)測點(diǎn)用于鄰近地鐵一側(cè)變形監(jiān)測，1#監(jiān)測點(diǎn)用于基坑日常變形監(jiān)測。同時2#、3#監(jiān)測點(diǎn)可與1#、4#、5#監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，以分析圍護(hù)樁開洞對基坑變形的影響大小。開洞位置上方門梁和該部位第一道支撐梁上分別設(shè)置1#～4#軸力（ZL）監(jiān)測點(diǎn)，在第二道支撐棧橋板下方設(shè)1個立柱樁沉降監(jiān)測點(diǎn)，以監(jiān)測土方車輛行駛過程中對棧橋板的沉降影響。

圖8 基坑監(jiān)測點(diǎn)位布置

3.5 洞口封堵方案

該基坑負(fù)一層結(jié)構(gòu)樓板（-6.25 m）位于洞口高度范圍，負(fù)一層結(jié)構(gòu)樓板澆筑并換撐完成后可拆除第一道支撐。為確保樓板在洞口部位可靠換撐傳力，減小樓板局部受力不均導(dǎo)致的變形或開裂，在負(fù)一層結(jié)構(gòu)板澆筑前需對洞口采取可靠封堵措施。經(jīng)計算，本項目采取400 mm厚C35鋼筋混凝土墻對洞口進(jìn)行封堵，墻內(nèi)設(shè)16@150 雙層雙向鋼筋網(wǎng)，墻體上下左右鋼筋均采用化學(xué)植筋方式與上下側(cè)壓頂梁、左右側(cè)圍護(hù)樁進(jìn)行連接。

4 實施效果

4.1 基坑變形情況

根據(jù)監(jiān)測方案對分坑一從土方開挖至地下室結(jié)構(gòu)結(jié)頂（換撐完成）期間每日基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄。本文對三道水平支撐安裝及拆卸完成、土方開挖到底、底板施工完成共8個時點(diǎn)的深層土體水平位移（CX）數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄（圖9），洞口兩側(cè)2#、3#CX的數(shù)據(jù)最大值分別為34.38、34.52 mm，1#、4#、5#CX 數(shù)據(jù)最大值分別為40.48、39.14、44.65 mm。分坑一整體水平位移變形數(shù)據(jù)均在限值50 mm 范圍內(nèi)，對地鐵側(cè)變形影響也較小，整體變形可控，圍護(hù)樁開洞未對整體變形造成較大影響。且根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，洞口兩側(cè)的變形明顯小于其他部位。

圖9 分坑一深層土體水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

如圖10，棧橋立柱樁最大沉降值為6.24 mm（設(shè)計限值為35 mm），開洞附近混凝土支撐梁最大軸力監(jiān)測值為2 424 kN（限值5 000 kN），均在限值范圍內(nèi)。表明洞口兩側(cè)圍護(hù)體系加強(qiáng)和棧橋底部增設(shè)立柱樁等起到了良好的加固作用，圍護(hù)樁開洞及過程中工程車輛動荷載未對基坑整體變形產(chǎn)生較大影響。

圖10 開洞部位棧橋板底立柱樁沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.2 開洞后土方外運(yùn)效率分析

分坑一和分坑二第二道支撐以下土方均為4.08 萬m3。分坑一第二道支撐以下土方外運(yùn)，土方車直接通過洞口開至裝土點(diǎn)的方式出土，土方外運(yùn)（不含支撐安裝）持續(xù)時間為24日歷天，日均外運(yùn)土方量1 700.00 m3/d。分坑二第二道支撐以下土方常用長臂挖機(jī)在基坑外側(cè)地面掏土的方式進(jìn)行開挖，土方開挖外運(yùn)（不含支撐安裝）持續(xù)時間為38日歷天，日均外運(yùn)土方量1 073.68 m3/d。經(jīng)對比，通過圍護(hù)樁開洞的方式進(jìn)行土方外運(yùn)，效率大幅提升。分坑一出土工期比原計劃提前14 d，在地鐵盾構(gòu)施工前順利完成分坑一地下室結(jié)構(gòu)施工。

5 結(jié) 語

本項目分坑一屬狹小深基坑，通過采取在圍護(hù)樁上開洞及水平支撐體系局部加強(qiáng)這一技術(shù)措施，有效提高了基坑出土效率，且開洞部位、鄰近地鐵一側(cè)和基坑整體的深層土體水平位移等變形均得到了合理控制，避免了鄰近地鐵一側(cè)土體水平位移超出限值，從而為地鐵盾構(gòu)安全施工提供了保障。該技術(shù)在本項目深基坑工程中應(yīng)用效果良好，在工程進(jìn)度方面體現(xiàn)出較大應(yīng)用價值，可為后期其他類似狹小深基坑的土方外運(yùn)施工提供案例借鑒。