重要結(jié)構(gòu)物附近復雜基坑施工技術(shù)

劉國彥

(武漢橋梁建筑工程監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430063)

0 引言

近年來，隨著上海經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展、人口的膨脹及城市功能的拓展，上海的市政建設持續(xù)發(fā)展，并因此造就了大量的復雜基坑工程。基坑自身的穩(wěn)定性及對周邊環(huán)境的保護等問題，使得復雜基坑工程成為我國土木領(lǐng)域中的熱點和難點問題之一，正引起廣泛的關(guān)注。

1 工程概況

嘉閔高架路(南段)新建工程是上海市迎“世博”的重大工程建設項目，該標段東臨滬昆鐵路，上跨蒲匯塘河道、滬淞公路、地鐵九號線、小淶港河道，由主線，P1，P2匝道組成。主線起點樁號:K12+957.00，終點樁號:K14+854.50(不含對應墩及伸縮縫)，總長1 897.5 m，在本標段紅線范圍內(nèi)的河道工程與主體工程施工同時實施。

小淶港圍護工程屬于嘉閔高架路(聯(lián)明路—徐涇中路)道路新建工程紅線范圍內(nèi)的配套河道圍護改造工程的一部分，圍護體施工完成后對紅線兩側(cè)的既有滬昆鐵路、地鐵九號線試車線進行防護，以保證河道基坑施工過程中列車的行車安全。其中小淶港在該范圍內(nèi)為南北走向，改建目標是把小淶港東岸原防汛墻結(jié)構(gòu)拆除，并退后7 m距離施工新防汛墻。河道改建施工與嘉閔高架橋施工同步進行，同時新建防汛墻后10 m～15 m范圍內(nèi)為滬昆鐵路線、地鐵試車線，如何在圍護設計中協(xié)調(diào)河道改造及保護滬昆鐵路線、地鐵試車線(見圖1)，成為本次河道基坑圍護施工中重點考慮的問題。

圖1 典型斷面圖

2 工程難點

新建防汛墻位于老防汛墻后7 m左右，為了施工新防汛墻，需對河道岸邊進行圍護設計施工。現(xiàn)河道岸邊地坪標高為+4.50 m，新建防汛墻底板頂標高為－1.00 m，防汛墻底板厚700 mm，下面鋪有100 mm厚素混凝土墊層。由此可知，本次基坑開挖深度為6.3 m，考慮到滬昆鐵路線、地鐵試車線在基坑開挖兩倍范圍之內(nèi)，故按一級基坑設計。

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，本次地面最大沉降量及圍護墻水平位移控制要求如下:1)地面最大沉降量不大于0.2%H;2)圍護墻最大水平位移不大于0.2%H。

由于河道內(nèi)部沒有可以立支撐的地方，故本次圍護考慮采用攪拌樁重力壩的形式。由于基坑開挖深度已經(jīng)超過了攪拌樁重力壩圍護的極限深度，又要嚴格控制圍護墻體的側(cè)向位移值，如何進行基坑圍護體的設計成為本項工程的難點。

3 方案選擇

由于基坑圍護墻體后10 m～15 m范圍內(nèi)為滬昆鐵路線、地鐵試車線，故現(xiàn)場沒有開挖放坡的空間，這種方案被否決。同時為了避免高架承臺的移位，圍護的支撐體系不能作用在高架橋承臺處，這種方案也被否決。通過綜合考慮分析，最終采取SMW工法加攪拌樁重力壩的圍護形式，并且設置一道鋼支撐，支撐一端作用在圍護墻體上，另一端作用在原防汛墻底板處。

按照原先的設想，應拆除原防汛墻結(jié)構(gòu)，再施工新建防汛墻處圍護，最后施工新防汛墻。但是考慮到基坑施工控制變位的困難性，必須在圍護墻體上設置一道支撐，通過現(xiàn)場分析考察，這道支撐作用的最好位置便是原防汛墻底部。接下來的施工工序便是先施工圍護墻體，再施工新防汛墻，最后待新防汛墻施工完畢并覆土后再拆除原防汛墻。

4 設計深化

方案確定以后，接下來便是深化設計。本次設計的思路是大部分墻后土壓力由攪拌樁重力壩承擔，其余部分由前端支撐來承擔。顯而易見，圍護墻體的厚度與深度和支撐的軸力大小成反比，即圍護墻體寬度越小，深度越淺，傳到支撐上的力就越大，反之亦然。而根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查可知，原防汛墻底板頂標高為1.40 m，底板厚500 mm，下有兩排300×300×10 000@1 000 mm的鋼筋混凝土方樁，底板上部的覆土已經(jīng)挖除，即防汛墻底板上的側(cè)向推力只能靠底板下的方樁來承擔。一旦支撐傳遞的軸力過大，可能導致防汛墻發(fā)生側(cè)向位移，從而導致圍護墻體發(fā)生側(cè)移，圍護效果將會很不理想。所以必須在兩者之間選擇一個合理點，既能保證支撐軸力不引起原防汛墻發(fā)生過大的側(cè)移，又能有效的減小圍護墻體的寬度和深度，從而達到既安全又經(jīng)濟的效果。

通過計算分析，原防汛墻在承受小于200 kN/m推力的前提下可以滿足較小的變位。以控制此數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用相關(guān)基坑軟件對基坑圍護進行模擬分析，計算得出本次圍護重力壩墻體寬度為4.7 m，深度為14.3 m，通過計算結(jié)果可知:

圍護墻頂?shù)淖畲笏轿灰茷?1.7 mm，小于規(guī)定的開挖深度的0.2%限值，即12.6 mm，滿足要求，同時計算軸力為175 kN/m，小于先前規(guī)定的200 kN/m的限值。墻后地表最大沉降值為16.8 mm，由于滬昆鐵路線離開圍護墻體的距離在10 m～15 m之間，基坑開挖對鐵路線的影響較小。

如果沒有前端支撐，同樣攪拌樁寬度為4.7 m，墻體水平位移將達到61.7 mm;攪拌樁寬度增加至6.3 m時，墻體水平位移還是大于40.0 mm。由此可知，前端支撐(即使是弱支撐)對于控制圍護墻體水平位移的作用非常明顯。

除此之外，基坑圍護的所有其他參數(shù)均滿足規(guī)范要求。同時為了保證圍護墻體有更好的整體穩(wěn)定性，在第一排攪拌樁內(nèi)插入H型鋼，隔一插一，頂部用鋼筋混凝土頂圈梁連接。

5 基坑圍護施工

原防汛墻駁岸的穩(wěn)定對本工程的變位控制非常關(guān)鍵，必須保證原防汛墻不發(fā)生大的位移，所以在項目施工前，必須對原防汛墻的抗側(cè)移能力進行試驗分析，可以利用千斤頂?shù)葍x器對原防汛墻底板施加推力，推力大小可取為支撐的計算軸力，并設置觀測點進行觀察，觀測的結(jié)果可以作為施工的依據(jù)，為接下來的工作提供安全保障。

施工工藝流程如下:

測量放樣→平整施工場地→攪拌樁加固基坑周圍土體→間隔插打H型鋼→鋼筋混凝土頂圈梁施工→輕型井點降水至設計水位→第一階段挖土→施工鋼管支撐→分層開挖基坑至基坑底→鋼筋混凝土方樁施工→新建防汛墻施工→灌漿回填拆除鋼支撐→拆除原防汛墻。

本工程采用“SMW工法樁+水泥攪拌樁”作為圍護的主要受力結(jié)構(gòu)，同時利用鋼支撐將圍護體與既有駁岸連接在一起，保證了整個圍護體的剛度，在施工過程中實測水平變形為3 mm～10 mm＜12 mm(2%H)，地面沉降為5 mm＜12 mm(2%H)。

6 結(jié)語

本工程場地條件非常惡劣，首先，基坑兩倍開挖深度范圍內(nèi)有滬昆鐵路線、地鐵試車線，屬于重點保護對象;其次，要同時破除原防汛墻，施工新防汛墻以及高架橋承臺，施工情況較為復雜;最后，基坑內(nèi)部為小淶港河道，較難設置支撐作用點。本次施工綜合考慮上述情況，通過改變施工工況，并把基坑內(nèi)支撐作用點設置在原防汛墻底板上的辦法，較好地控制了基坑的變位值，確保了滬昆鐵路線和地鐵試車線的安全運營。同時又能有效地減小圍護墻體的寬度和深度，從而達到既安全又經(jīng)濟的效果。

[1] JGJ 120-99，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].

[2] DBJ 08-61-97，基坑工程設計規(guī)程[S].

[3] 龔曉南.深基坑工程設計施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[4] 王洪新.基坑施工對緊鄰的正在運營的地鐵車站的影響及其相應的變形控制技術(shù)研究[D].上海:同濟大學，2003.

[5] 曾 遠，李志高，王毅斌.基坑開挖對鄰近地鐵車站影響因素研究[J].地下空間與工程學報，2005，8(4):642-645.