下立交深基坑圍護(hù)工程選型與應(yīng)用

周 魏

[上海奉賢建設(shè)發(fā)展（集團(tuán)）有限公司，上海市 201499]

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建 設(shè)需求逐漸加大，同時(shí)也對(duì)建筑施工安全性 提出了更高的要求。對(duì)一些發(fā)達(dá)地區(qū)，深基坑建設(shè)的安全性一直是工程建設(shè)者最關(guān)心的問題。深基坑設(shè)計(jì)施工領(lǐng)域的專家學(xué) 者做了很多研究，例如郭建飛[1]、溫艷華[2]、田志勇[3]、范麗[4]等對(duì)深基坑的圍護(hù)方案優(yōu) 選和施工技術(shù)做了一些研究。本文以金海公路（大葉公路—浦南運(yùn)河）道路改建工程EPC設(shè)計(jì)采購施工一體化工程作為載體，通過分析航南下立交深基坑工程的開挖深度，周邊環(huán)境、周邊重要管線、建（構(gòu)）筑物的影響等因素，確定了基坑的安全等級(jí)及環(huán)境保護(hù)等級(jí)，明確了基坑的圍護(hù)形式。

1 工程概況

隨著虹梅南路越江段和軌道交通5號(hào)線 的實(shí)施，奉賢南橋商住區(qū)的開發(fā)和上海之魚 的建設(shè)，為提升金海公路整體景觀效果，航南公路節(jié)點(diǎn)采用下立交形式進(jìn)行建設(shè)。下立交主線全長840 m，分為暗埋段440 m和敞開段400 m，地道規(guī)模為雙向4車道（單孔單向2車道）。地道在最低點(diǎn)處設(shè)一處附建式雨水泵房，底板落低約2.9 m。地道近南北走向，地道總體布置見圖1和圖2。

圖1 航南下立交平面布置圖

圖2 航南下立交北線結(jié)構(gòu)縱斷面布置圖

建設(shè)場(chǎng)地處原地面標(biāo)高為4.43~4.82 m，平均地面標(biāo)高約4.6 m。該基坑寬19.4~20.2 m，深0.3~11.2 m。在線路最低點(diǎn)設(shè)置一座雨水泵房，基坑局部落深約2.9 m。

1.1 周邊環(huán)境

在擬建地道位于航南公路和年豐路之間的東側(cè)有1住宅小區(qū)（合景萬景峰小區(qū)），小區(qū)由多層和高層住宅組成，建筑物距道路紅線15 m，距地道圍護(hù)樁外邊線約29 m，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響不大。地道的其他各方向場(chǎng)地空曠。

1.2 周邊管線

基坑附近內(nèi)有電力、污水、通信、燃?xì)狻⒃⑸纤裙芫€，主要集中在金海公路東西兩側(cè)和航南公路、年豐路沿線。特別是D1600的上水管以及燃?xì)夤艿谋Ｗo(hù)措施對(duì)該深基坑的圍護(hù)選型有影響。

1.3 軌交5號(hào)線影響

在建的地鐵5號(hào)線南延伸段為盾構(gòu)結(jié)構(gòu)，5號(hào)線由航南公路轉(zhuǎn)向金海公路，沿金海公路穿過年豐路后逐漸與航南公路下立交平行，5號(hào)線與該下立交圍護(hù)外邊線最小凈間距為9.46 m。該下立交南側(cè)敞開段200 m及HNA17節(jié)段在地 鐵50 m保護(hù)線范圍內(nèi)。

2 地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)本工程地質(zhì)勘察結(jié)果，基坑開挖主要影響土層見圖3，地層分布見圖4。

圖3 航南下立交開挖影響土層

圖4 航南下立交沿線地層分布圖

2.2 水文地質(zhì)

擬建項(xiàng)目地下水主要包括潛水、微承壓水和承壓水。潛水埋深0.3~1.5 m，對(duì)工程影響不大；微承壓水埋深3~11 m，承壓水埋深3~12 m，將對(duì)下立交施工產(chǎn)生主要影響。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

根據(jù)下立交工程的勘察報(bào)告，各土層設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 各土層設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

3 基坑圍護(hù)選型與應(yīng)用分析

3.1 圍護(hù)選型依據(jù)

根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《基坑工程技 術(shù)規(guī)范》（DG/TJ 08-61—2010），基坑工程安全等級(jí)如下：基坑開挖深度大于等于12 m，屬一級(jí)安全等級(jí)基坑工程；基坑開挖深度小于7 m時(shí)，屬三級(jí)安全等級(jí)基坑；其余均屬二級(jí)安全等級(jí)基坑。

本基坑寬19.4~20.2 m，深約0.3~11.2 m。在線路最低點(diǎn)設(shè)置一座雨水泵房，基坑局部 落深約2.9 m。基坑安全等級(jí)劃分：基坑深度不小于12 m時(shí)（泵房處），屬一級(jí)安全基坑；基坑深度小于7 m時(shí)屬三級(jí)安全等級(jí)基坑，其余屬二級(jí)安全等級(jí)基坑。

航南公路下立交周邊存在軌道交通5號(hào)線，但距離基坑范圍均在兩倍基坑深度以外。部分節(jié)段基坑1倍基坑深度范圍內(nèi)存在較重要管線（電力排管等），部分節(jié)段基坑2倍基坑深度范圍內(nèi)存在較重要管線（原水管），對(duì)管線保護(hù)要求較高。根據(jù)上海市工程建設(shè) 規(guī)范《基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DG/TJ 08-61—2010），HNA2~HNA17、HNB11~HNB12共18節(jié)基坑，屬二級(jí)環(huán)境保護(hù)等級(jí)，其余節(jié)段根據(jù)基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級(jí)表，均定為三級(jí)環(huán)境保護(hù)等級(jí)。

根據(jù)基坑安全等級(jí)以及環(huán)境保護(hù)等級(jí)，本工程基坑初步擬定鋼筋混凝土地下連續(xù)墻、灌注樁排樁圍護(hù)墻、型鋼水泥土攪拌墻三種圍護(hù)方案。

3.2 圍護(hù)選型優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.2.1 地下連續(xù)墻

優(yōu)點(diǎn)分析：適用于所有安全等級(jí)的基坑，防滲截水性能好，墻體硬度、剛度較大，能 承受較大的重力，耐久性優(yōu)越；結(jié)構(gòu)變形和地基土變形較小，能夠緊鄰已有建筑物及地下管線施工，對(duì)軌交5號(hào)線施工影響較小。

缺點(diǎn)分析：相對(duì)工程造價(jià)最高，不夠經(jīng)濟(jì)；施工周期長，施工操作比較復(fù)雜，對(duì)工 人技術(shù)要求較高，并且對(duì)施工質(zhì)量要求也較高，對(duì)可使用的地質(zhì)條件要求較嚴(yán)格。

3.2.2 灌注樁排樁圍護(hù)墻

優(yōu)點(diǎn)分析：適用于一、二級(jí)安全等級(jí)的 基坑，有較好的剛度，施工中不需要大型機(jī)械，對(duì)周邊環(huán)境要求較低，相對(duì)地下連續(xù)墻造價(jià)要低。

缺點(diǎn)分析：對(duì)止水帷幕契合度要求高，施工周期長，施工質(zhì)量要求高；樁身間間隙土?xí)灰谱兾唬瑢?duì)于上海軟土地區(qū)不太適用。

3.2.3 型鋼水泥土攪拌墻

優(yōu)點(diǎn)分析：適用于所有安全等級(jí)的基坑，軟土地區(qū)適用性好，構(gòu)造簡(jiǎn)單，止水性能優(yōu)越，施工周期短，工程造價(jià)最低，環(huán)境污染 小，特別適合城市中的深基坑工程。

缺點(diǎn)分析：場(chǎng)地受機(jī)械影響要求高，墻體強(qiáng)度受施工質(zhì)量影響較大，獨(dú)立支護(hù)能力較弱。

3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案

綜上所述，航南下立交擬采用型鋼水泥土攪拌墻以及放坡開挖相結(jié)合的形式進(jìn)行施工。

該工程中，立交總長840 m，基坑深度約11.2 m，其中采用φ850@600型鋼水泥土攪拌墻的范圍約440 m，采用φ650@450型鋼水泥土攪拌墻的范圍約180 m，采用φ600@450型鋼水泥土攪拌墻的范圍約60 m，放坡開挖約160 m。其中年豐路以南段與在建的地鐵5號(hào)逐漸平行，距地鐵5號(hào)線最小凈距為9.46 m，圍護(hù)SMW工法樁的埋深超地鐵 盾構(gòu)，工法樁施工時(shí)產(chǎn)生的擠壓效應(yīng)會(huì)對(duì)5號(hào)線盾構(gòu)造成影響。為減少工法樁對(duì)盾構(gòu)的擠壓效應(yīng)，地道結(jié)構(gòu)完成后，采取不拔除型鋼的處理方式。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置如圖5所示。

圖5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置面

地道基坑圍護(hù)布置匯總見表2。

表2 基坑圍護(hù)布置表

3.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力計(jì)算

圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析的原則是“先變形，后支撐”，地面超載取20 kN/m2，側(cè)向荷載按水土分算確定。該下立交選取泵房最深處對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。

3.4.1 內(nèi)力變形計(jì)算

每?jī)筛鶚犊箯潉偠菿=E×I=870 630 kN·m2。

以每?jī)筛鶚队?jì)算相應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和土體抵抗力，每延米計(jì)算支撐發(fā)力，計(jì)算見圖6。

圖6 圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖

墻體最大側(cè)向變形37.5 mm，小于規(guī)范要求 的42.42 mm，符合規(guī)范要求。

3.4.2 S MW工法水泥土強(qiáng)度計(jì)算

水泥土抗剪強(qiáng)度系數(shù)為0.21，設(shè)計(jì)值系數(shù)為1.25，彎矩折減系數(shù)為1.0。

該處泵房最深處達(dá)到14.14 m，根據(jù)圖7以第9工況計(jì)算：開挖到-9.74 m時(shí)，滿足該處剪應(yīng)力為144.65 kPa和127.38 kPa的要求。

圖7 S MW工法水泥土強(qiáng)度

3.4.3 型鋼抗彎驗(yàn)算

計(jì)算最大彎矩為2 139.2 kN·m，彎矩設(shè)計(jì)值為2 674.0 kN·m，型鋼抗彎截面模量為11 520 000.0 mm3，型鋼邊緣正應(yīng)力為232 120.5 kPa，允許抗彎強(qiáng)度 設(shè)計(jì)值為210 000.0 kPa。均滿足規(guī)范要求。

3.4.4 鋼支撐驗(yàn)算

鋼支撐軸力標(biāo)準(zhǔn)值N=467×4=1 868 kN，計(jì)算跨徑10 m，查鋼支撐軸力承載力對(duì)照表，滿足承載力要求。

4 結(jié) 論

該工程重視周邊環(huán)境的保護(hù)，加強(qiáng)針對(duì)性和集約化設(shè)計(jì)，利用各種技術(shù)手段掌握基坑變形影響規(guī)律，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。由此可得出以下結(jié)論：

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型綜合考慮地質(zhì)條件、基坑深度、周邊環(huán)境保護(hù)、建設(shè)工期、工程經(jīng)濟(jì)等因素，最終選擇相對(duì)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的型鋼水泥攪拌墻圍護(hù)方式。

（2）基坑泵房局部挖深達(dá)14 m，該處圍護(hù)考慮密插，豎向設(shè)置4道支撐，坑底和坑內(nèi)進(jìn)行了地基加固。針對(duì)承壓水水位波動(dòng)可能引發(fā)的突涌，設(shè)置降壓井，按需降壓。最終建設(shè)期間，未開啟降壓設(shè)備，基坑坑底穩(wěn)定。

（3）通過傳統(tǒng)基坑計(jì)算軟件和有限元軟件的雙重驗(yàn)算，深度剖析基坑變形規(guī)律，精細(xì)化評(píng)估深基坑工程對(duì)周邊環(huán)境的影響，分析結(jié)果顯示變形是可控的。

該基坑設(shè)計(jì)得到了評(píng)審專家和業(yè)主單位的認(rèn)可，從深基坑施工、開挖到主體結(jié)構(gòu)貫通歷時(shí)17個(gè)月，周邊環(huán)境未見異常，實(shí)踐證明，基坑設(shè)計(jì)較為成功，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。