異型深基坑施工技術(shù)

紀(jì) 鐵

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)已成為公共交通的必然選擇，但隨著軌道交通建設(shè)的增加，新舊線結(jié)構(gòu)交叉越來(lái)越多，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)越來(lái)越深，施工場(chǎng)地周邊環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。明挖基坑不僅存在自身結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)，而且對(duì)臨近重要建筑物的影響已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了基坑本身風(fēng)險(xiǎn)，如何能在保證結(jié)構(gòu)自身及周邊建筑物安全的情況下順利完成施工，已成為城市軌道交通建設(shè)不得不面臨的重要課題。

以往關(guān)于緊鄰建筑物的基坑施工方面的研究及工程實(shí)踐主要為標(biāo)準(zhǔn)基坑，文獻(xiàn)［1］介紹了標(biāo)準(zhǔn)基坑緊鄰建筑物采取的一種加固方法，文獻(xiàn)［2］介紹了關(guān)于異型深基坑的施工方法，上述研究大多是針對(duì)單一方面進(jìn)行研究，并未對(duì)異型深基坑緊鄰建筑物施工進(jìn)行針對(duì)性研究。

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況采取了旋噴樁土體加固、深淺基坑樁體連接及開(kāi)挖控制等方式進(jìn)行處理，較好地控制了建筑物沉降，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明是一種合理可行的措施。

1 工程概況

朝陽(yáng)門(mén)站1號(hào)換乘廳位于朝陽(yáng)門(mén)十字路口西北角，1號(hào)換乘廳為深淺結(jié)構(gòu)的異型基坑，基坑長(zhǎng)度為53.1 m，基坑寬度為 23.4 m 和 20.4 m，淺基坑深約16.7 m，深基坑深約31.2 m，頂板覆土3.36 m，采用明挖法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用圍護(hù)樁+鋼支撐+網(wǎng)噴支護(hù)體系。

1號(hào)換乘廳基坑西側(cè)鄰近中海油大廈(地上19層，地下3層，地下結(jié)構(gòu)埋深為16.2 m)地下室，基坑距離其結(jié)構(gòu)最近距離為4.5 m。中海油大廈基坑采用土釘墻護(hù)坡支護(hù)，放坡坡度為1∶0.2，基坑肥槽按1m留設(shè)。朝陽(yáng)門(mén)站1號(hào)換乘廳結(jié)構(gòu)剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 朝陽(yáng)門(mén)站1號(hào)換乘廳結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.1 Structural profile of No.1 exchanging hall of Chaoyang station

2 施工難點(diǎn)分析

1)如何能在確保結(jié)構(gòu)自身安全的前提下完成基坑施工是本工程的難點(diǎn)。由于本基坑屬于深淺異型基坑，且結(jié)構(gòu)深度較深，周邊場(chǎng)地狹小，如果施工過(guò)程中控制不到位將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

2)如何確保明挖基坑周邊建筑物安全是本工程的難點(diǎn)。由于1號(hào)換乘廳緊鄰中海油大廈，如果在開(kāi)挖及支撐過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力出現(xiàn)問(wèn)題，將導(dǎo)致中海油大廈沉降超標(biāo)及結(jié)構(gòu)傾斜，造成大廈結(jié)構(gòu)變形，且由于中海油大廈基坑周邊為肥槽回填，如果肥槽處理不當(dāng)將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傾斜，造成變形。

3 施工方案

3.1 施工總體安排

為確?；幼陨矸€(wěn)定及中海油大廈結(jié)構(gòu)安全，在施工過(guò)程中采取如下步驟及措施進(jìn)行控制。

1)施作圍護(hù)樁，包括深淺基坑內(nèi)的圍護(hù)樁，使基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)提前形成。對(duì)基坑圍護(hù)樁與中海油大廈地下室之間肥槽及土體進(jìn)行加固，保證該部位土體能夠承受基坑?xùn)|側(cè)的受力。

2)向下開(kāi)挖基坑土體至淺基坑底，及時(shí)施作臨時(shí)鋼圍檁及鋼支撐，防止結(jié)構(gòu)變形。

3)加固淺基坑部位土體，并在淺基坑部位施作深淺基坑連接板，保證淺基坑兩側(cè)圍護(hù)樁能夠共同受力。

4)繼續(xù)向下開(kāi)挖至深基坑底，及時(shí)架設(shè)鋼支撐。

5)由下至上順序施作結(jié)構(gòu)，并順序拆除鋼支撐。

3.2 圍護(hù)樁施工及土體加固處理

1)圍護(hù)樁施工。由于本基坑為異型基坑，故基坑圍護(hù)樁共設(shè)置3種型號(hào)的樁體，其中基坑西側(cè)距離中海油大廈較近的A型圍護(hù)樁樁徑為0.8 m，基坑內(nèi)的B型圍護(hù)樁及基坑?xùn)|側(cè)的C型圍護(hù)樁樁徑為1.0 m。

由于中海油大廈的基坑土釘及錨索已經(jīng)侵入基坑范圍內(nèi)，圍護(hù)樁施工前需要采用人工挖孔將土釘錨索進(jìn)行清除，而后再采用機(jī)械進(jìn)行成孔。

2)土體加固處理。為保證基坑自身及中海油大廈安全，在基坑開(kāi)挖前對(duì)基坑與中海油大廈之間肥槽及淺基坑底進(jìn)行土體加固處理，土體加固采用二重管旋噴樁，旋噴樁單樁直徑按二重管法施工時(shí)最小成樁能力確定，能夠起到更好的加固效果，單樁加固有效直徑為800 mm，兩樁相互重疊150 mm，每個(gè)孔位中心間距為650 mm，梅花形布置。旋噴樁布置形式見(jiàn)圖2。

圖2 旋噴樁布置示意圖Fig.2 Layout of jet grouting pile

肥槽加固深度為18 m，即超出中海油大廈及淺基坑底2 m左右，以保證該部位土體能夠承受基坑?xùn)|側(cè)傳遞的側(cè)向壓力。淺基坑底加固深度為8 m，加固后可使淺基坑兩側(cè)圍護(hù)樁能夠形成共同受力的效果，更好地提高基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的承受能力。

3.3 深淺基坑連接板施工

為保證淺基坑兩側(cè)圍護(hù)樁能夠更好的達(dá)到共同受力的目的，在淺基坑頂設(shè)置連接混凝土板，混凝土板厚300 mm;其中一端與基坑內(nèi)B型樁樁頂冠梁連接，另一端與A型圍護(hù)樁主筋相連，使其成為整體。深淺基坑連接混凝土板形式見(jiàn)圖3。

圖3 深淺基坑連接混凝土板示意圖Fig.3 Sketch of deep and shallow foundation pits connect the concrete board

3.4 基坑土方開(kāi)挖及鋼支撐架設(shè)

1)土方開(kāi)挖。由于場(chǎng)地條件限制，基坑上部8 m土方分層分段進(jìn)行開(kāi)挖，采用由南向北的順序放坡開(kāi)挖，坡度控制在1∶2以?xún)?nèi)，直接將土方進(jìn)行外運(yùn)。

下部土方采用挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，鏟車(chē)運(yùn)輸，將土方放置在提升料斗內(nèi)，最后采用走行式龍門(mén)架進(jìn)行垂直提升。挖掘機(jī)開(kāi)挖時(shí)，首先在基坑一端斜撐三角區(qū)范圍內(nèi)開(kāi)挖出1個(gè)渣土提升區(qū)域，而后在基坑中部鋼支撐下開(kāi)挖1條寬3～4 m的縱向渣土運(yùn)輸通道，運(yùn)輸通道兩側(cè)按1∶1比例進(jìn)行放坡，最后由一端向另一端順序開(kāi)挖。運(yùn)輸通道開(kāi)挖樣式見(jiàn)圖4。

圖4 運(yùn)輸通道開(kāi)挖示意圖Fig.4 Excavation sketch of transportation tunnel

施工中需注意的問(wèn)題:

①土方開(kāi)挖至鋼支撐下0.5 m時(shí)需要及時(shí)架設(shè)鋼支撐，防止基坑變形。

②基底開(kāi)挖面以上0.3 m的土方采用人工開(kāi)挖，控制超挖并防止擾動(dòng)基底。

2)樁間噴混凝土。樁間網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，自上而下，隨挖隨噴，每層不大于1 m，其支護(hù)形式為連接筋+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土。鋼筋網(wǎng)采用φ6.5@150 mm×150 mm，與φ20水平加強(qiáng)筋焊接，水平加強(qiáng)筋與圍護(hù)樁位的主筋焊接牢固，噴射混凝土為100 mm厚C20混凝土。具體形式見(jiàn)圖5。

圖5 樁間噴射混凝土施工示意圖Fig.5 Sketch of grouting among the piles

3)鋼圍檁及鋼支撐架設(shè)。本基坑上至下共設(shè)置6道鋼支撐，其中上部2層采用φ609鋼支撐，下部4層采用φ800鋼支撐;第1層鋼支撐設(shè)置在冠梁上，其余部位設(shè)型鋼圍檁，并在二次襯砌作業(yè)時(shí)設(shè)置了1道倒撐。

除基坑轉(zhuǎn)角及變截面處支撐為斜撐外，其余均為對(duì)撐，縱向間距為2.3～2.7 m。為保證斜撐受力，在斜撐對(duì)應(yīng)處的鋼圍檁上設(shè)置三角形剪力塊，確保受力面與斜撐正交。

具體施工方法如下:

①主要工藝流程:支撐編號(hào)—對(duì)號(hào)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)—焊三角形鋼板托架—鋼圍檁就位—鋼管支撐就位校正—施加預(yù)應(yīng)力—緊固鋼楔—拆除液壓千斤頂—鋼管支撐與鋼圍檁連接。

②鋼牛腿三角托架采用L75×10 mm角鋼加工焊接制作而成，上部每根樁用2個(gè)00型花籃螺絲(1.3螺旋扣號(hào)碼)斜拉。斜拉吊點(diǎn)采用240 mm長(zhǎng)L80×10 mm角鋼制作，采用膨脹螺絲固定在圍護(hù)樁上，三角架由2個(gè)膨脹螺栓固定在樁身上。

③鋼圍檁采用2根I45c工字鋼加綴板焊接而成。先將腰梁部位鑿毛，用C25細(xì)石混凝土抹平，使樁與鋼圍檁緊密連接。鋼圍檁采用走行式龍門(mén)吊就位，安放在鋼圍檁上。

④鋼支撐軸力分2次施加，第1次施加預(yù)加軸力的70%，待應(yīng)力穩(wěn)定后，繼續(xù)預(yù)加軸力至設(shè)計(jì)值。

⑤拆除時(shí)應(yīng)避免瞬間預(yù)加應(yīng)力釋放過(guò)大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部變形、開(kāi)裂。主體結(jié)構(gòu)的墻板或底板混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可拆除。

施工中需注意的問(wèn)題:由于開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)力變化，經(jīng)常導(dǎo)致鋼支撐軸力減小，需要根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)對(duì)支撐軸力進(jìn)行調(diào)整。

3.5 監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

1)通過(guò)監(jiān)測(cè)可及時(shí)了解各階段施工所造成的基坑變形情況及中海油大廈的沉降與傾斜情況，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋用以指導(dǎo)各個(gè)工序施工，從而有效地控制了施工沉降。

2)采取以上方法及措施施工，中海油大廈最大沉降值為8.15 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的15 mm?；觾?nèi)收斂變形最大值為3.42 mm，主要位于基坑南端與2號(hào)風(fēng)道已開(kāi)挖完成的上層小導(dǎo)洞部位。

4 結(jié)論與體會(huì)

1)施工過(guò)程中加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整施工進(jìn)度，及時(shí)調(diào)整支撐軸力的必要措施。

2)采取旋噴樁地層加固及深淺基坑連接等措施后，能夠有效地控制周邊建筑物的沉降與變形，并能夠保證結(jié)構(gòu)自身安全，是一種可行的施工方法。

［1］ 阮艷妹.復(fù)雜條件下深基坑施工對(duì)臨近建筑的影響及加固設(shè)計(jì)［J］.甘肅科技，2009(11):91－93.

［2］ 邱錫宏，張銘.東方藝術(shù)中心工程施工技術(shù)［J］.上海建設(shè)科技，2004(2):51 － 54.(QIU Xihong，ZHANG Ming.The construction technique of orientatron art center project［J］.Shanghai Coustruction Science and technology，2004(2):51 －54.(in Chinese))