下穿既有道路工程深基坑支護方案與監測分析

劉學森

(中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建廈門 361003)

隨著城市建設的發展，由道路交叉帶來的深基坑工程越發普遍[1]。復雜的地質條件和周邊環境給深基坑的開挖及支護帶來了極大的困難，不僅要確保支護結構和土體的變形安全，還要考慮周邊建(構)筑物、道路設施的穩定問題。因此，在施工過程中，必須密切監測基坑自身和周邊建筑物的變形并預測其安全性。何長軍等[2]針對排樁和地下連續墻兩種深基坑支護設計優選因素做出定性及定量分析；郭崧等[3]和撒利偉等[4]通過層次分析法和灰色關聯分析相結合的方式獲取最優的深基坑支護方案；鄭云剛等[5]以昆明市區某舊城改造基坑支護工程為例，探討了雙排樁以及“樁錨+土釘”復合支護的作用機理與應用效果；顧問天[6]提出以變形控制條件為主導的深基坑支護形式應按照倉內支撐、全內支撐、中心島法的順序選擇；宮鶴等[7]和周雪峰等[8]探討了深基坑監測及其變形趨勢預測的方法，以指導深基坑工程設計和施工；金振[9]、顏榮華[10]和朱星彬等[11]揭示了軟土地區不同支護結構形式的基坑變形規律，并提出設計及施工過程中變形控制的技術要求；孟小偉[12]根據重慶軌道交通某車站深基坑工程特點，分別從時間效應和空間效應上分析周邊地表沉降的影響因素，同時提出了相應的控制變形措施。

以下介紹廈門市疏港路下穿仙岳路通道工程深基坑支護技術方案，結合基坑開挖過程的動態監測數據分析支護形式的應用效果。

1 工程概況

1.1 深基坑概況

廈門市疏港路下穿仙岳路通道工程位于廈門市疏港路東渡段，里程范圍為K0+240～K1+900，分雙線布置，全長1 660 m。其結構類型為擋墻段、U形槽段、閉合框架段三種形式，基坑深度見表1。

表1 疏港路下穿仙岳路通道工程基坑深度

1.2 工程地質條件

根據已完成的鉆孔資料及測試成果資料，該基坑工程場地地層較復雜，南通道路口及以南路段，基底土層主要為砂質黏土和粉質黏土，U形槽段存在淤泥質土；南、北通道之間路段，基底地層主要為砂質黏土和全、強風化花崗巖，孤石分布較多；北通道以北路段，基底土層主要為全、強風化花崗巖。

1.3 水文地質條件

風化巖中的地下水大部分具弱承壓性，受構造裂隙影響，其富水性和導水性具有各向異性的特點。

1.4 周邊環境

(1)本項目位于疏港路(東渡段)，為現狀城市主干道路，車流量極大，施工對交通干擾嚴重；線路場地地處鬧市區，道路兩側樓房較多，施工噪聲及淤泥排放等對城市環境影響較大。

(2)既有商檢人行天橋和牛頭山天橋的橋墩及樁基與下穿通道工程左線位置沖突(屆時應拆除另建)；海滄大橋匝道橋的B4、B5、E5、E6四個橋墩正好位于現狀疏港路主車道及本下穿通道工程U形槽段的兩側。

(3)收集的管線資料顯示，場地內地下管網埋設繁雜，管線類型包括雨水、污水、給水、電力、通信、交通電纜、燃氣、有線電視、路燈電纜等。

2 深基坑支護施工技術方案

本工程基坑支護形式主要采用兩種方案，見表2，其中U形槽段和擋墻段的支護剖面如圖1、圖2所示。

表2 下穿通道工程深基坑支護方案.

圖1 U形槽段支護結構剖面(單位：mm)

2.1 深基坑聯合支護技術

(1)灌注樁

在U形槽段、閉合框架段的灌注樁施工中，根據基坑周邊環境和土質情況選用沖擊成孔、旋挖鉆孔和人工挖孔三種類型(樁徑1 000 mm，間距1 200 mm排列)。

圖2 擋墻段支護結構剖面(單位：mm)

當遇到黏土、粉土、砂土等軟土層及10 cm以下粒徑的含礫砂層，為了加快進度，在地質條件具備的段落采用大型旋挖鉆施工。

對于海滄大橋匝道橋墩保護段基坑，受場地空間、橋下凈空等因素限制，支護結構難以采用大型的機械進行操作。經綜合考慮，采用人工挖孔灌注樁施工(共計62根，樁長不超過15 m)。另外，還應增設內支撐結構，水平間距為5 m，與抗浮樁位置對齊。橫撐采用D600鋼管，中間設鋼格構立柱，與抗浮樁鋼筋籠一同澆筑在抗浮樁內。

(2)高壓旋噴樁止水帷幕

為防止基坑側壁、基底地下水滲漏，還需在排樁支護中增設連續止水體，即止水帷幕[13]。本基坑支護工程采用高壓旋噴樁作為止水帷幕，設計樁徑為600 mm，樁間距為1 200 mm，采用二重管旋噴樁施工工藝。

(3)預應力錨索

與設置內支撐的基坑支護體系相比，“排樁+預應力錨索”的支護形式造價更低、工法成熟、易于操作[14]。

本基坑工程根據不同開挖深度、不同土層，分別采用灌注樁結合1～2道預應力錨索支護，以此提高巖土體的穩定性。

2.2 鋼板樁

下穿通道工程K0+355～K0+425和K1+540～K1+635范圍之間的擋墻段，其基坑深度小于3.5 m，可選擇施工簡便、作業高效、止水性能好的鋼板樁進行支護[15]。

3 深基坑監測內容及結果分析

3.1 基坑監測內容

基坑主要監測內容包括：①坡頂(樁頂)豎向位移；②坡頂(樁頂)水平位移；③錨索應力；④樁體變形；⑤樁體內力；⑥基坑周圍建(構)筑物基礎沉降、地表沉降；⑦地下水位。K1+240～K1+300區間段基坑測點平面布置見圖3。

圖3 基坑監測點平面布置

3.2 基坑監測結果分析

(1)基坑支護體系監測數據分析

①樁頂沉降數據統計分析

圖4為監測點ZC-43#、ZC-44#、ZC-45#、ZC-46#東西兩側的樁頂豎向位移時態曲線，表明支護樁頂沉降累計值遠低于樁頂豎向位移預警值(30.00mm)，閉合框架段的門式起重機吊裝過程也未導致樁基的顯著沉降，可見基坑支護結構設計合理。另外，基坑土體開挖引起樁土摩阻力減小，開挖階段樁頂發生緩慢沉降，開挖至設計深度后約3～5 d，支護結構與基坑土體應力重分布完成，樁體豎直方向處于穩定狀態。

圖4 樁頂豎向位移時態曲線

②樁頂水平位移數據統計分析

ZS-43#、ZS-44#、ZS-45#、ZS-46#監測點累計水平位移數據統計見圖5。可以看出，基坑首層開挖時，樁頂水平方向位移很小；開挖深度大于2 m后，支護樁樁頂向基坑內水平方向位移趨勢明顯，開挖至設計深度約7 d后，新的力學平衡體系建立，樁頂于水平方向處于穩定狀態。受地質條件及開挖時降水等因素影響，K1+250～K1+300區間兩側樁頂水平位移累計值較大，最大值為80 mm。

圖5 樁頂水平位移時態曲線

③錨索拉力數據統計分析

圖6 樁體變形

根據監測數據分析，錨索初始拉力監測值為78～130 kN，開挖過程中，錨索拉力呈增大趨勢，開挖至設計深度后，錨索拉力達到最大值并保持穩定(最大拉力監測值為178 kN)。預制件吊裝過程中未監測到相應位置處錨索拉力的顯著變化。

④樁體變形數據統計分析

CX12和CX23的累計水平位移數據統計見圖6。通過與樁頂水平位移監測值的對比可知，相應里程的樁頂水平位移值普遍大于由測斜設備采集的樁頂位移值，由此可以推斷，在基坑開挖過程中，樁身各處產生的位移由整樁的平移、樁身的變形，樁體的自轉三部分組成。

ERP整合了企業的生產、成本、采購、庫存、銷售、運輸、財務、人力資源，使財務在制定資金計劃時可以根據其銷售模塊預測經營性資金流入，根據采購、生產和研發模塊預測經營性資金流出，根據人力資源模塊預測人力成本支出，從而滾動預測資金盈虧情況，以便提前合理安排資金使用計劃或資金籌措計劃，確保企業正常經營活動所需的資金量。

總體上，基坑單倉段與合建段西側(左側)各樁體變形值普遍大于東側(右側)，結合現場情況分析，基坑西側距離臨時行車通道更為接近，說明機動車輛施加于地面的動荷載導致了鄰近樁體承受更大的側向土壓力，引起西側樁體的較大變形。在條件允許的情況下，應盡量使臨時行車通道遠離基坑。

⑤樁體內力數據統計分析

本工程的樁體內力監測元件均預先焊接于樁身內部鋼筋籠基底位置處。隨開挖深度的增大，樁身基底位置彎矩絕對值呈增大趨勢，開挖至設計深度后，該處彎矩達到極值。基坑第一層土體開挖后，支護樁樁身基底位置處彎矩值分布于85～184 kN·m范圍，基坑開挖至設計深度后，該處彎矩值變化明顯，彎矩值分布于300～450 kN·m。門式吊機滿載駛過冠梁時，相應位置(支護樁基底部)彎矩增大約10～20 kN·m，說明門機的壓載對單樁的影響較小。

(2)周邊環境監測數據分析

①地表(周邊構筑物)沉降數據統計分析

既有海滄大橋匝道下的基坑東西兩側地表沉降監測剖面DB-43#、DB-44#、DB-45#、DB-46#的地表沉降監測曲線如圖7所示。

圖7 地表(周邊構筑物)累計沉降時態曲線

如圖7，基坑開挖對海滄大橋匝道的影響較小。受現場地形條件影響，基坑西側各地表沉降監測點的布設位置距離基坑的平面距離均小于東側各測點，監測數據顯示基坑地表西側測點累計沉降值普遍大于東側，說明基坑開挖對周邊地表的沉降影響隨距離增大而減小。由于基坑土體開挖后的卸載影響，基坑周邊土體應力場發生變化及塑性流動作用，開挖階段周邊地表沉降時態曲線斜率較大，即開挖階段地表沉降較為劇烈；基坑開挖至設計深度并完成底板封閉后，沉降時態曲線開始趨于平緩；底板封閉完成10～20 d后，基坑周邊土體新的力學平衡已形成，地表處于相對穩定狀態。由測點沉降累計值的比較分析可知，地表沉降累計值的影響因素主要有地質條件、基坑開挖深度、地面附加荷載等，隨基坑開挖深度增大，周邊地表沉降累計值增大明顯。

②地下水位數據統計分析

在基坑施工期間，地下水位上升的時間段內剛好有較大的降雨發生，地下水位的變化主要受降雨的影響。由此說明基坑施工對地下水影響小，基坑支護結構外側止水措施得當，效果明顯。

4 結論

(1)監測數據表明，灌注樁與預應力錨索聯合樁間二重管旋噴止水的基坑支護體系對此類既有道路下穿通道的基坑有較好的支撐作用，可保證其結構穩定性。

(2)基坑施工過程中樁頂沉降累計值最大為7.19 mm，遠小于預警值；樁頂水平位移于基坑開挖至底板后7 d趨于穩定；臨時行車道上車輛施加于地面的動荷載會導致鄰近基坑一側的樁體變形增大。

(3)預應力錨索的拉力值和樁身基底的彎矩值隨基坑開挖深度增大呈現上升的趨勢，直至開挖到設計深度后到達極值并保持穩定，樁體彎矩分布主要受土體側向壓力的影響。其中，預應力錨索的有效拉力對控制樁體變形，改善樁體內力分布意義重大。

(4)坑外地表沉降隨基坑開挖過程逐漸增大(最大值達36.07 mm)；基坑開挖對周邊地表沉降的影響隨距離的增大而減小。海滄大橋匝道橋的四個橋墩等構筑物未受到基坑開挖的影響。

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