軟土地段深基坑施工方案探討

陳學(xué)新 上海鐵路局上海大修段

杭州重工路公鐵立交工程位于杭州市下城區(qū)，下穿宣杭鐵路老線，采取預(yù)制箱涵頂進(jìn)法施工。該地段土質(zhì)較差，地下水位較高，以淤泥質(zhì)粘土為主，最大承載力為70 kPa，且不透水，因此土質(zhì)的含水量較大，土質(zhì)較軟，基坑開(kāi)挖深度為7.95 m，并且周圍施工的空間有限，東側(cè)臨近鐵路，北側(cè)有房屋，南側(cè)有施工道路，不能滿足于基坑放坡的要求，因此在開(kāi)挖基坑時(shí)涉及鐵路路基穩(wěn)定的安全、房屋沉陷倒蹋的安全，同時(shí)也涉及到道路上走行車輛的安全，屬于Ⅰ級(jí)基坑的施工。因此必須采用較為詳盡可靠的深基坑方案來(lái)確保深基坑施工的安全性。

1 軟土地質(zhì)對(duì)深基坑施工安全較難控制

由于土質(zhì)為淤泥質(zhì)粘土，透水系數(shù)較小，因此降水困難，普通的降水方法起不到降水的效果，會(huì)使得基坑開(kāi)挖出來(lái)之后，土體含水量較大，使得側(cè)壓力增大，從而增加維護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷的情況；而且，由于基坑邊坡土質(zhì)容易下沉，造成基坑隆起的可能性較大，使得基坑頂部地面下沉，影響地面結(jié)構(gòu)物的安全，基坑底部隆起，對(duì)造成維護(hù)樁上浮影響維護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，也會(huì)使基坑底部土體抬高，二次清土的情況，特別是基坑封底墊層或者結(jié)構(gòu)底板剛灌注完混凝土后，強(qiáng)度不夠時(shí)，會(huì)被土體隆起頂裂的情況，對(duì)軟土地段深基坑的施工影響的因素較多，變化較多，施工安全較難控制。

2 軟土地質(zhì)開(kāi)挖時(shí)土體變化分析

軟土是淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱。主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少置腐殖質(zhì)所組成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、靈敏度高、擾動(dòng)性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。因此在軟土地段，降水困難，土體內(nèi)含水量較大，土體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，容易變化，土體側(cè)壓力對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)水平作用較大，造成維護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移較大，并且由于基底土質(zhì)較軟，無(wú)法抵抗維護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移，基底處維護(hù)結(jié)構(gòu)支點(diǎn)的位移，消弱了維護(hù)結(jié)構(gòu)自身樁底抵抗力的作用，使維護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆，在樁體受力后，會(huì)壓縮基底土體使樁體傾斜，使得樁體的平衡支點(diǎn)不斷變化，當(dāng)平衡支點(diǎn)變化到一定范圍時(shí)，會(huì)使樁頂可能侵入到制作的結(jié)構(gòu)面，使結(jié)構(gòu)無(wú)法施工，或者使樁體的長(zhǎng)度增長(zhǎng)不經(jīng)濟(jì)；遇有巖層比較高的處所，若入巖深度過(guò)小，則可能造成樁頂位移過(guò)大，由于懸臂端過(guò)長(zhǎng)，在樁內(nèi)側(cè)土體抵抗力不足的情況下，當(dāng)支點(diǎn)位移一定程度時(shí)，將可能導(dǎo)致樁體折斷，從而破壞維護(hù)結(jié)構(gòu)。軟土地質(zhì)條件下，由于土體自重的作用和維護(hù)結(jié)構(gòu)的限制，會(huì)使得土體下沉，當(dāng)基坑開(kāi)挖出來(lái)之后，由于基底面出現(xiàn)了自由面，基坑內(nèi)外的土體的高差作用使得土體壓力失去平衡，基坑外部的土體壓力沿著維護(hù)結(jié)構(gòu)底部傳遞到基底，使基底內(nèi)部土體隆起，造成基坑外部地面下沉，內(nèi)部土體的隆起對(duì)結(jié)構(gòu)物的破壞。

3 軟土地質(zhì)條件深基坑施工方案

通過(guò)軟土地質(zhì)條件下土體變化分析認(rèn)為，制訂軟土地質(zhì)條件下深基坑施工方案需要首先解決維護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和基坑底部隆起的問(wèn)題。由于鉆孔樁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為彈性體，可以承受較大的水平位移，在設(shè)計(jì)樁體長(zhǎng)度時(shí)，可按經(jīng)驗(yàn)考慮懸臂端與地下錨固端的比例按1:2 控制，然后在樁頂采用冠梁互相進(jìn)行連接成整體，增加樁體抵抗力。

對(duì)于基底土質(zhì)抵抗力較弱的問(wèn)題，建議在基底的維護(hù)樁邊（俗稱被動(dòng)區(qū)）增加土體的抵抗能力，使土體形成剛體，從而抵抗樁體在基底處支點(diǎn)的位移，可通過(guò)密打高壓旋噴樁改良土體增加土體的剛度，使維護(hù)樁在受力后，基底支點(diǎn)不會(huì)移動(dòng)，可安全的保證結(jié)構(gòu)的施工；在遇有巖層比較高的處所，維護(hù)樁必須入巖，且入巖深度不宜小于3 m，否則的話，采取上述在被動(dòng)區(qū)改良土體的方案進(jìn)行施工。

對(duì)于樁內(nèi)側(cè)地基隆起的問(wèn)題，除了采用上述入巖和增加被動(dòng)區(qū)改良土體之外，還應(yīng)該在鉆孔樁的外側(cè)采用深層攪拌樁或者高壓旋噴樁增加止水維幕，改良土體，防止樁間隙的土體掉落，使得地面土體下沉，同時(shí)可防止基坑外側(cè)的地下水滲入基坑內(nèi)側(cè)，也起到增加維護(hù)樁抵抗力的作用。

4 工程案例

4.1 工程概況

杭州重工路公鐵立交工程下穿既有宣杭鐵路老線，單線，非電氣化區(qū)段，為無(wú)縫線路。下穿鐵路部分分別由四孔1×5.5+2×8+1×5.5 m 的箱涵組成，宣杭老線箱涵軸線與線路中心線斜交角度為82.5°，采用頂進(jìn)法施工，頂進(jìn)工作坑設(shè)在宣杭老線的西側(cè)，工作坑前口距線路中心16.58 m，工作坑范圍原地面標(biāo)高為5m，與鐵路路肩齊平，工作坑基底標(biāo)高為-2.95 m，開(kāi)挖深度7.95 m，工作坑施工范圍內(nèi)有地方上10 kV 高壓線電桿，工作坑開(kāi)挖需要在電桿遷移后方可施工，附近沒(méi)有其他的重要建筑物。本次深基坑施工的部位為宣杭線頂進(jìn)工作坑、兩線間U 形槽基坑、L12U 形槽基坑、閥門井位置基坑。

4.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)設(shè)計(jì)勘察結(jié)果，擬建場(chǎng)地地層地質(zhì)情況為：

①-1 層耕土：灰褐色，軟塑，含植物根須、瓦礫。層厚0.40～0.80 m。

①-2 雜填土：灰～灰褐色，稍濕，稍密，主要以粘質(zhì)粉土或粉質(zhì)粘土充填。全場(chǎng)大部分分布。層厚0.3-0.5 m。

①-3 素填土：灰黃色，稍濕，稍密，局部場(chǎng)區(qū)分布。層厚0.2-2.2 m。

②-1 層粉質(zhì)粘土：灰黃色，飽和，軟塑、可塑，全場(chǎng)大部分布，局部缺失。層厚0.3-5 m。

②-2 層粘質(zhì)粉土：灰黃色，濕、稍密。全場(chǎng)大部分布。層厚0.5-4.6 m。

③-1 層淤泥質(zhì)粘土：灰色，飽和，流塑，含腐植物及植物殘?bào)w，全場(chǎng)大部分布。層厚2.3-8.8 m。

③-2 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，流塑，含腐植物，靈敏度高，全場(chǎng)大部分布。層厚1.4-11.3 m。

③-3 層淤泥質(zhì)粘土：灰色，飽和，流塑，含腐植物及植物殘?bào)w，全場(chǎng)局部分布。層厚1.1-7.6 m。

⑤層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色、飽和，流塑-軟塑狀態(tài)，含腐植物及植物殘?bào)w，局部場(chǎng)區(qū)分布，層厚1.9-3.1 m。

⑥-1 層粉質(zhì)粘土：黃灰色、飽和，軟塑-可塑，全場(chǎng)局部分布。層厚0.3 m-4.0 m。

⑥-2 層粘土：黃灰色，飽和，硬可塑，局部硬塑，全場(chǎng)大部分布。層厚0.9 m-10.8 m。

⑥-3 層粉質(zhì)粘土：黃灰色，飽和，可塑，局部含少量粉土，全場(chǎng)局部分布。層厚0.9 m-9.1 m。

箱形橋基底位于③-1 層淤泥質(zhì)粘土上，地基容許承載力σ0=70 kPa

4.3 頂進(jìn)工作坑維護(hù)方案

頂進(jìn)基坑開(kāi)挖深度為7.95 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)情況，地面向下4 m 范圍為粉質(zhì)粘土，承載力較高，因此采用在原地面向下2.5 m 深度內(nèi)基坑前部按1：1.5，兩側(cè)按1:1 坡度進(jìn)行放坡開(kāi)挖，坡頂距線路中心5.63 m，基坑前口采用φ1.0×22 m 的鉆孔樁進(jìn)行支護(hù)，間距 1.2 m，鉆孔樁外側(cè)采用2 排φ0.6×8 m 攪拌樁止水，基坑兩側(cè)閥門井范圍采用φ1.0×24 m 的鉆孔樁進(jìn)行支護(hù)，間距1.2 m，2排φ0.6×10 m 攪拌樁止水，在支護(hù)樁的外側(cè)3 m 位置，與支護(hù)樁對(duì)應(yīng)，每隔一根樁加鉆一根同類型的鉆孔樁做為拉錨樁，鉆孔樁之間以及與拉錨樁之間采用1.2×0.8 m 的C25 鋼筋砼冠梁進(jìn)行連接，互相牽住支護(hù)鉆孔樁，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，鉆孔樁入巖深度為3-4 m；在被動(dòng)區(qū)，采用密打φ0.6×6 m 高壓旋噴樁進(jìn)行加固，加固范圍為5 m 寬；頂進(jìn)后背擋墻采用5 排φ0.6×7 m 攪拌樁擋墻及密排鋼軌樁支護(hù)方案；攪拌樁由地面向下空鉆4.5 m。工作坑兩側(cè)的倒虹吸閥門井，其基坑支護(hù)采用5 排φ0.6×6 m 攪拌樁進(jìn)行施工，攪拌樁由地面向下空鉆7.2 m，基坑排水采用在開(kāi)挖時(shí)，設(shè)置臨時(shí)排水溝，將水匯集到集水井內(nèi)用水泵排出。

基坑維護(hù)制作之后，在維護(hù)樁頂部冠梁上、周圍結(jié)構(gòu)物上制作觀測(cè)水平位移、沉降觀測(cè)，基坑開(kāi)挖過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。

支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成并且有一定的強(qiáng)度之后，進(jìn)行土方開(kāi)挖。土方開(kāi)挖分兩次，第一次先開(kāi)挖C2、D2 箱涵的土方，待C2、D2 箱涵預(yù)制好之后，再開(kāi)挖A2、B2 箱涵，每次分兩層開(kāi)挖，第一層開(kāi)挖將原地面土方挖深4.5 m，開(kāi)挖至0.5 m標(biāo)高，并且在基坑的前口，先一次性挖至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高，觀測(cè)基坑頂部邊坡及維護(hù)樁的變化情況，同時(shí)在頂進(jìn)后背擋墻后部制作10 m 機(jī)械作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)采用換填1 m 深宕碴，然后按1:3 坡度沿道路中線縱向放坡?；佑^察24 h 沒(méi)有變化的情況下進(jìn)行第二層土方開(kāi)挖，在第二層土方開(kāi)挖以前，由于基坑為Ⅰ級(jí)基坑，因此在臨近鐵路側(cè)，采取在線路上架設(shè)3 孔D24 便梁的措施對(duì)線路路基進(jìn)行防護(hù)，以確保基坑開(kāi)挖時(shí)線路路基的穩(wěn)定。挖土?xí)r，在兩側(cè)閥門井位置處，從冠梁底部，按1：3 坡度向下開(kāi)挖至基底，機(jī)械由基坑前口向后部邊退邊挖，在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的處所，立即人工清基，制作C15 砼墊層，并且在砼中加入早強(qiáng)劑。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)方案所采取維護(hù)措施，并且嚴(yán)格落實(shí)，基坑開(kāi)挖出來(lái)之后，維護(hù)樁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，水平位移最大變化值為2 cm，地面未出現(xiàn)下沉的情況，基坑未出現(xiàn)隆起的現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期控制的目標(biāo)，通過(guò)此措施所采取的軟土地段深基坑開(kāi)挖的施工方案可行。

軟土地質(zhì)的土質(zhì)情況變化復(fù)雜，實(shí)際施工當(dāng)中，要結(jié)合周圍環(huán)境情況、地層變化情況以安全為主，合理的制訂施工方案，確保深基坑施工項(xiàng)目的安全目標(biāo)。

[1]《橋梁施工工程師手冊(cè)》.人民交通出版社.

[2]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》.JGJ94-2008.

[3]《建筑樁基支護(hù)技術(shù)規(guī)程》.JGJ120-2012.