城市高架工程承臺基坑的快速施工方法

李長學(xué) 楊榮青

(上海城投公路投資(集團(tuán))有限公司,200335,上海//第一作者,副總工程師 )

城市高架工程承臺基坑的快速施工方法

李長學(xué) 楊榮青

(上海城投公路投資(集團(tuán))有限公司,200335,上海//第一作者,副總工程師 )

由于城市高架工程施工場地的特殊性,建設(shè)過程中對工期控制及施工效率要求較高。以上海某高架工程南延段為例,介紹了城市高架工程承臺基坑的快速施工方法:采用拉森鋼板樁+鋼支撐作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu),易于施工且方便回收和重復(fù)利用;具有機(jī)械化、程序化的施工特點(diǎn),能夠很好地適應(yīng)于單個基坑面積小、深度較淺但數(shù)量眾多的基坑工程;施工效率高、對場地的適應(yīng)性強(qiáng)、占地時間短。

城市高架工程; 基坑工程; 快速施工方法

Author′s address Shanghai SMI Highway (Group) Co.,Ltd.,200335,Shanghai,China

隨著城市化的發(fā)展,城市交通擁堵現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。為了解決城市交通問題,在交通設(shè)施建設(shè)過程中,一般要求:①不過多占用城市土地資源;②具備較高的運(yùn)輸效率。城市高架工程則無疑很好地具備了上述兩個重要條件,因此在城市發(fā)展過程中被大量建設(shè),成為了未來城市交通的發(fā)展方向。

城市高架工程多出現(xiàn)在已有道路不能滿足車流要求的情況下,在已有道路上方建設(shè)架空線路,進(jìn)而形成立體交通,對解決城市擁堵問題具有立竿見影的效果。為了減少高架施工對已有道路通行的影響,需采取快速高效的施工方法,在保證安全施工的同時,應(yīng)盡量控制施工周期。在高架工程的基坑施工階段,由于需要占用已有道路路面,往往會對道路通行產(chǎn)生較大影響。此外,對于此類工程,基坑不會單個出現(xiàn),往往沿高架線路成串分布,基坑較多,加之基礎(chǔ)施工在整個高架工程的建設(shè)周期內(nèi)占有較大比重(約1/4施工周期),因此尋求合理有效的高架工程基礎(chǔ)快速施工方法具有重要意義[1-2]。

本文以上海某高架工程南延段承臺基礎(chǔ)的基坑工程為例,介紹一種簡便有效的中小型基坑快速施工方法,為今后類似工程的快速施工提供參考。

1 工程概況

該工程全長1 522 m,高架下共有42個承臺基坑,基坑開挖深度為7.10～8.60 m。基坑呈矩形,沿高架線呈規(guī)則散點(diǎn)狀分布。基坑尺寸分為9.4 m×11.8 m (A型)、9.4 m×14.2 m (B型)兩種規(guī)格。單個基坑面積約為110.9～133.5 m2,基坑開挖深度為7.10～8.60 m,安全等級二級。

該工程影響范圍內(nèi)各土層的物理力學(xué)參數(shù)見表1。

場地內(nèi)的地下水主要有淺部土層中的潛水及基坑下部砂質(zhì)粉土層中的承壓水。淺部土層的潛水主要由大氣降水、地表徑流及河道補(bǔ)給,潛水水位埋深一般為0.30～1.50 m,平均水位埋深在0.50～0.70 m之間。承壓水埋深一般為3.00～12.00 m。根據(jù)驗(yàn)算,本基坑工程受承壓水的影響較小,不會因承壓水的影響而導(dǎo)致基坑突涌。

表1 各土層的物理力學(xué)參數(shù)表

2 基坑工程實(shí)施方案

2.1 工程特點(diǎn)

施工前,需對工程特點(diǎn)進(jìn)行分析,包括基坑的周邊場地環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及基坑自身特點(diǎn)等,進(jìn)而根據(jù)工程特點(diǎn)確定出合理的施工方案[3-4]。本工程中,基坑長寬均在15 m以內(nèi),且基坑開挖深度不超過10 m,是沿高架線路多點(diǎn)分布的小型基坑。由于基坑面積較小且分布眾多,施工組織對施工工期影響較大。采用合理的施工工藝及施工順序可以有效提高施工效率,縮短工期。

據(jù)工程地質(zhì)資料顯示,現(xiàn)場土層的力學(xué)性質(zhì)較差,地基土層多屬淤泥質(zhì)黏土土層,在基坑設(shè)計(jì)時,支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備足夠的剛度,以保證基坑的施工安全。此外,根據(jù)現(xiàn)場勘查,本工程鄰近河道,其中的大部分承臺基坑均位于河道內(nèi)或河道岸坡上。根據(jù)基坑與現(xiàn)有河道的位置關(guān)系,可將基坑分為陸域基坑和水域基坑兩種類型。當(dāng)基坑邊界與現(xiàn)有河道的距離大于4 m時為陸域基坑,小于4 m的則為水域基坑。由此可見,基坑施工受鄰近河流的影響較大,尤其對于水域基坑,當(dāng)施工方案不合理時極易引起基坑邊坡坍塌,河水倒灌,造成工程事故。

2.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)施工要求,本基坑采用NSP-ⅣW號拉森鋼板樁+二道鋼支撐的圍護(hù)形式。在滿足基坑穩(wěn)定的前提下,采用鋼板樁支護(hù)具有程序化施工的特點(diǎn)[3,5]。兩種基坑所采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案平面圖如圖1、2所示。圖中角撐及圈梁均使用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm H型鋼,對口撐采用Φ609鋼管加工制作而成。對于拉森鋼板樁+鋼支撐的支護(hù)形式,施工時機(jī)械化程度較高,尤其在軟弱土質(zhì)地層,插打鋼板樁方便、快捷、高效,且質(zhì)量可控[5-6]。

圖1 A型承臺支護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

圖2 B型承臺支護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

圖3、圖4分別為陸域基坑與水域基坑的剖面示意圖。基坑沿深度方向設(shè)置兩道支撐,全部圍護(hù)及支撐結(jié)構(gòu)均采用型鋼焊接而成,各支撐與圍檁之間通過焊接連接。若支撐桿未貼靠在圍檁上,需作加墊鋼板處理,使圍檁上的力傳到支撐上,以起到支撐的作用。水域基坑的施工方法與陸域基坑的施工方法相比,僅在臨水側(cè)槽鋼支護(hù)有明顯差距。水域基坑施工前需要進(jìn)行圍堰并施做反壓填土工序,其余均相同。

圖3 陸域基坑支護(hù)剖面示意圖

圖4 水域基坑支護(hù)剖面示意圖

2.3 鋼槽圍堰(水域基坑)

對于水域基坑,在臨河側(cè)打設(shè)槽鋼圍堰,圍堰內(nèi)部清淤后用黏性土裝袋回填,以此滿足高架基礎(chǔ)及立柱的施工。樁基施工前打設(shè)圍堰,待立柱施工完成后再進(jìn)行圍堰拆除。全橋上部結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行河道拓寬施工。圍堰平面布置如圖5所示。圍堰距離基坑短邊4 m,基坑兩側(cè)距離圍堰4.5 m,同時圍堰深入河岸1 m以上。

圖5 臨水側(cè)基坑平面布置圖

圍堰施工順序?yàn)闇y量放樣→場地平整→插打槽鋼→水泵抽水→回填→結(jié)構(gòu)施工→槽鋼拔出→圍堰清理。在插打槽鋼過程中,單樁逐根連續(xù)施打,并需注意樁頂高程不宜相差太大。在插打過程中隨時監(jiān)控槽鋼的垂直度,應(yīng)保證傾斜不超過2%;當(dāng)槽鋼傾斜過大不能調(diào)正時,應(yīng)拔起重打。

3 施工工藝及基坑監(jiān)測

3.1 施工工藝

一般情況下,在城市高架工程的承臺基坑中,面積較小,施工安全易于控制;但由于基坑數(shù)量較多,在施工機(jī)械設(shè)備的限制下,施工組織則成為控制工程施工效率與周期的關(guān)鍵。

將工程(共m個基坑)沿高架線路分為若干段(n段),每個施工隊(duì)負(fù)責(zé)一段線路內(nèi)的基坑施工(m/n個基坑)。將單個基坑根據(jù)工種及施工機(jī)械劃分為若干道工序并依次進(jìn)行各工序的施工,每道工序完成后轉(zhuǎn)移至下一施工場地繼續(xù)施工。對于這類單個基坑面積較小但數(shù)量較多的基坑工程,采用這種程序化的機(jī)械施工方法可以有效地提高施工效率,加快施工進(jìn)度。

在本工程中,單個基坑的施工順序?yàn)?放樣→插打鋼板樁→交替進(jìn)行土方開挖與安裝支撐→澆筑坑底墊層→鑿除樁頭→澆筑承臺立柱→交替進(jìn)行回填及支撐拆除→拔除鋼板樁。

鋼板樁插打時,施工順序?yàn)橄扰R河側(cè),后便道側(cè)合攏。插打拉森鋼板樁采用屏風(fēng)式打入法:首先開挖導(dǎo)向槽,待導(dǎo)向架安裝完成后,將10～20根鋼板樁成排插入導(dǎo)架內(nèi),呈屏風(fēng)狀,然后再分批施打。施打時先將屏風(fēng)墻兩端的鋼板樁打至設(shè)計(jì)標(biāo)高,成為定位板樁,然后在中間按順序分1/2板樁高度呈階梯狀打入。為了確保定位板樁插正及位置準(zhǔn)確,插打時要緩慢,在相互垂直的兩個方向用全站儀控制垂直度,發(fā)現(xiàn)偏移立即進(jìn)行調(diào)整。

3.2 基坑監(jiān)測

為了保證快速施工下基坑的施工安全,在基坑開挖及承臺的澆筑施工中,應(yīng)對基坑及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測,指導(dǎo)施工并確保基坑安全,同時也方便加強(qiáng)對周邊道路及管線的保護(hù)[7-8]。

3.2.1 監(jiān)測項(xiàng)目

基坑開挖施工的基本特點(diǎn)是先變形,后支撐。在進(jìn)行基坑開挖及支護(hù)施工過程中,每個分步開挖的空間幾何尺寸和開挖部分的無支撐暴露時間,都與圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土體位移等存在較強(qiáng)的相關(guān)性。這就是基坑開挖中的時空效應(yīng)規(guī)律。通過基坑監(jiān)測,可以可靠而合理地利用土體自身在基坑開挖過程中控制土體位移的潛力,達(dá)到保護(hù)環(huán)境、最大限度保護(hù)相關(guān)方面利益的目的。

根據(jù)周圍環(huán)境及基坑本身的特點(diǎn),監(jiān)測點(diǎn)主要布置在3倍基坑開挖深度范圍內(nèi)。監(jiān)測內(nèi)容主要包括:圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移及垂直位移監(jiān)測,圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層側(cè)向變形(測斜)監(jiān)測,支撐軸力監(jiān)測,坑外水位監(jiān)測,周邊地下綜合管線垂直位移監(jiān)測。

監(jiān)測點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 基坑監(jiān)測布點(diǎn)示意圖

3.2.2 監(jiān)測報(bào)警指標(biāo)

監(jiān)測報(bào)警指標(biāo)以累計(jì)變化量和變化速率兩個量進(jìn)行控制,累計(jì)變化量的報(bào)警指標(biāo)一般不宜超過設(shè)計(jì)限值。工程中監(jiān)測報(bào)警指標(biāo)如表2所示。

表2 監(jiān)測報(bào)警指標(biāo)

3.3 基坑施工質(zhì)量控制

為確保基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠,基坑設(shè)計(jì)時需對鋼板樁的入土深度進(jìn)行理論計(jì)算,并對鋼板樁的圍護(hù)強(qiáng)度及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證[9]。鋼板樁插打施工時,應(yīng)在基坑4個角設(shè)置角樁,提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體防漏性能;如若鋼板樁圍檁發(fā)生滲漏,需及時進(jìn)行堵漏處理,保證施工安全。圍檁與支撐之間的連接應(yīng)具有足夠的焊接強(qiáng)度,鋼圍檁與鋼板樁圍堰緊貼,若有縫隙采用鋼板墊實(shí)。開挖坑土堆放至距基坑邊緣20 m以外,坑土堆放平整,減小堆土對鋼板樁的側(cè)壓力,增強(qiáng)圍護(hù)的安全系數(shù),及時對坑內(nèi)積水進(jìn)行抽排。此外,還要做好雨季施工準(zhǔn)備,坑內(nèi)四周布置排水溝及集水井,并做好應(yīng)急預(yù)案,防止雨水倒灌引起的安全事故。

4 實(shí)施效果分析

在該工程中,采用上述承臺基坑施工方法,單個基坑的開挖時間有效地縮短至1周;單個基坑從施打圍檁至基坑回填結(jié)束,整個施工周期控制在了30 d以內(nèi),基坑施工這一分項(xiàng)工程比預(yù)期縮短了1/3的施工工期。而且從現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)反饋結(jié)果發(fā)現(xiàn)(詳見圖7),基坑施工期間,基坑邊坡及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形均未超出報(bào)警值,基坑圍護(hù)具有較高的安全系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)施效果,采用程序化施工方法,不僅能夠保障施工安全,提高施工效率,而且還能有效地提高施工質(zhì)量,能很好地適應(yīng)體積小、數(shù)量多且施工效率要求高的中小型基坑工程。

圖7 開挖引起的基坑變形示意圖

5 結(jié)語

本文所述的基坑快速施工方法(程序化施工),能夠很好地適應(yīng)于單個基坑面積不大且深度較淺(深度不超過10 m)但數(shù)量較多的群坑工程。

采用鋼板樁+鋼支撐的支護(hù)形式,施工時鋼板樁的插入長度可以根據(jù)基坑穩(wěn)定性的要求進(jìn)行調(diào)整,施工的機(jī)械化程度較高且便于回收多次使用,具備很好的程序化施工特點(diǎn)。

程序化施工方法的關(guān)鍵在于合理安排施工順序,并做好單個基坑中各工序之間及每個工序在不同基坑之間的銜接,將各基坑及工序進(jìn)行無縫銜接后,基坑的施工效率可以大大提高。

[1] 楊學(xué)林.基坑工程設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測中應(yīng)關(guān)注的若干問題[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012,31(11):2327-2333.

[2] 張玉成,楊光華,鐘志輝,等.軟土基坑設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵問題探討及基坑設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012,31(11):2334-2345.

[3] 杜闖.鋼板樁圍堰有限元分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2014,36(2):159-164.

[4] 孫智勇.水下開挖法在市政工程深基坑施工中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究,2016(3):114-137.

[5] 王征亮,何漢藝,林佑高,等.鋼板樁與水泥土墻在小型基坑支護(hù)中的組合設(shè)計(jì)[J].爆破,2007(24):139-142.

[6] 應(yīng)惠清,葛鵬.小型基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的VE 分析研究和應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2006(2):166-169.

[7] 王連山.信息化施工技術(shù)在地鐵基坑施工中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2006(2):79-82.

[8] 郭鵬飛.基坑開挖引起下臥隧道隆起變形的實(shí)測數(shù)據(jù)分析[J].巖土力學(xué),2016,37(2):613-621.

[9] 任望東,李春光,田建平,等.軟弱土中大面積深基坑工程快速支護(hù)施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2013,42(1):35-39.

Fast Construction Technique of Foundation Pit for Urban Viaduct

LI Changxue, YANG Rongqing

Due to the limitation of construction site,urban viaduct engineering usually involves higher demands for time control and construction efficiency.Based on the south extension of Jiading-Minhang Viaduct engineering,a fast construction technique of foundation pit for urban viaduct is introduced.In which,the Larssen sheet piling+steel support is adopted as the retaining structure for the convenient implementation and recycling.This technique has characters like mechanization and routinization in terms of construction,and adapts to single foundation in limited area or multiple foundations with shallow excavation.In general,this fast construction technique features high construction efficiency,strong applicability and short occupation of construction site.

urban viaduct; foundation pit; fast construction technique

U415

10.16037/j.1007-869x.2017.04.026

2017-01-02)