沿海地區(qū)淤泥質土層深基坑支護優(yōu)化設計

王發(fā)明

(中鐵二十五局集團第二工程有限公司 江蘇南京 210046)

1 前言

江蘇省連云港市屬于典型的蘇北濱海平原地區(qū)，土層以黏土層和淤泥層為主，具有壓縮性較高、強度低、地基沉降大且不均勻等特點，土質軟弱，地下水位高，并伴有潛水、微承壓水、承壓水等多層地下水分布[1]，因此連云港地區(qū)的深基坑開挖存在較大的難度，但也積累了一定的工程經(jīng)驗。近年來隨著高鐵、市域基建市場回暖，沿海地區(qū)深基坑工程越來越多，如何高效安全應對淤泥質土層情況下基坑開挖和支護已成為新課題。

本文以連鎮(zhèn)鐵路配套綜合樞紐項目深基坑工程為背景，詳細闡述沿海平原淤泥質土層條件下深基坑工程組合支護的優(yōu)化設計及注意事項，為同類地質項目提供了實踐經(jīng)驗。

2 工程概況

連淮揚鎮(zhèn)鐵路灌云站綜合客運樞紐項目位于連云港市灌云縣東王集鎮(zhèn)，地面標高2.6～3.8 m，其間人工溝渠縱橫交錯。由汽車客運站、城市指揮中心、地下車庫、維修間、綜合樓、公交停車場、社會停車場、長途客運站停車場等組成[2]，其中地下車庫建筑面積34 654.84 m2，東西均長194 m，南北均長203.4 m，總延長米約1 000.4 m。土方開挖深度平均5.3 m，局部存在落深坑，挖方267 078 m3。基礎形式為樁基礎承臺＋防水底板，主體結構形式為砼框架結構。

2.1 周邊環(huán)境

擬建地下車庫場址東側為新建灌云高鐵客運站，在地下車庫與高鐵客運站之間設計為雙向四車道(寬度22 m)的站前大道，通過從道路下南北兩個通道與之相連。場址西側為現(xiàn)有的國道204(迎賓大道)，一級公路標準，整體呈南北走向，此次局部需要對其拓寬改造，地下車庫外立墻距離輔道邊坡7～9 m，該區(qū)域包括大量電力、電信、燃氣等市政管線。場址南北兩側為新建站前一路、二路，如圖1所示。

圖1 基坑平面圖

2.2 工程地質和水文地質

項目區(qū)屬蘇北濱海平原區(qū)，根據(jù)鉆孔成果，結合區(qū)域地質情況，考慮巖土層的巖性、結構構造、埋深分布及物理力學性質等因素，該全新統(tǒng)地層(Q4)自上而下、由新到老分別描述土層主要物理力學性能參數(shù)見表1。

表1 土層主要物理力學性能參數(shù)

場區(qū)附近地表水系較發(fā)育，分布有溝、渠。附近主要河流為東門河、三里溝。潛水主要賦存于淺部填土中。勘察期間由鉆孔內量測穩(wěn)定水位埋深為0.20～0.70 m，穩(wěn)定水位標高為2.18～3.66 m。勘察期間觀測微承壓水穩(wěn)定水位埋深約1.20～3.50 m，主要接受地表水下滲及層間側向補給，排泄主要為層間側向徑流。本地區(qū)降水有顯著的季節(jié)變化，每年6～9月的降水量占全年總降水量的63%，其中6月份降水量最大。

連云港市灌云縣是溫暖帶，屬海洋性氣候。施工期間雨水較多且基坑開挖面積大，開挖深度較深，地下水位淺。考慮地下水位對基坑邊坡、基底穩(wěn)定的要求，需要考慮基坑降水及邊坡支護方案，合理布局規(guī)劃為本工程順利進展的一重點工作。

3 基坑支護優(yōu)化設計思路及技術要點

3.1 原設計基坑情況

(1)根據(jù)地勘報告建議，擬建場地黏土下伏厚度較大的淤泥層，具有高含水率、高壓縮性、觸變性和流變性等特點，場區(qū)附近地表水系較發(fā)育，分布有溝、渠。附近主要河流為東門河、三里溝。由于地面平坦，地表徑流緩慢，地表水位明顯受人為影響。

(2)地下車庫開挖時，按照分級放坡開挖，設置簡易支護措施，基槽內采用集水明排。

(3)原支護和土方開挖施工組織計劃在2019年10月至2020年2月冬期少雨季節(jié)完成。

因國家鐵路局要求連鎮(zhèn)鐵路(連淮段)2019年12月15日正式開通，江蘇省鐵路辦2019年8月初現(xiàn)場督查，提出該工程站前廣場與主站房必須同步開通的要求，整體工期提前了11個月。因此地下車庫等關鍵工程按照原定放坡開挖設計方法已無法滿足工期要求。

3.2 基坑支護優(yōu)化設計

受工期提前要求，該地下車庫施工將不可避免地在全年降水量最大的8～9月進行。

結合本工程周邊環(huán)境、工程地質條件及開挖深度等因素，為減少土方量開挖，提高作業(yè)工效、確保施工安全、增快土方開挖施工速度，經(jīng)工期、技術、安全、經(jīng)濟等多維度方案比選，提出以下支護方案:西側采用鋼管柱排樁＋預應力錨索的支護形式，東側聯(lián)通口采用拉森鋼板樁＋水平支撐體系，南北側、東側大面積范圍采用放坡＋鋼板樁復合支護，采用高壓旋噴樁帷幕止水與明溝加集水坑明排相結合的方式進行降排水。即:

(1)地下車庫東側(平行于鐵路運行線)連通通道采用拉森鋼板樁＋型鋼支撐的形式。

(2)地下車庫東側緊鄰站前大道，根據(jù)工期節(jié)點的要求，站前大道、潮河路、人民東路需要在2019年10月30日具備通車條件，地下車庫東側不具備放坡開挖的條件，坡面設置鋼板樁體系，開挖深度6.3 m。

(3)基坑南北兩側沒有限制條件，具備放坡開挖的條件，采用高壓旋噴樁止水，放坡開挖，坡面土釘墻防護。

(4)基坑西側(臨近既有204國道)采用樁錨支護體系，支護樁采用600 mm管樁，錨桿采用預應力錨索系統(tǒng)。即采用12 m長?600 mm鋼管樁，每排縱向中間無縫布置，鋼管柱與長度24 m預應力錨索相結合，雙拼 32a槽鋼腰梁作張拉固定端。

3.3 實施方案及技術要點分析

(1)拉森鋼板樁＋型鋼內支撐支護

地下車庫坡道和上人通道距離紅線較近，基坑設計深度6.3 m，基坑安全等級為二級。開挖范圍小，且考慮其上的站前大道施工，支護采取長度為12 m的拉森鋼板樁＋雙拼H700×300 mm型鋼內支撐的支護形式，如圖2所示。拉森鋼板樁具有綠色環(huán)保，周轉方便且可回收等特點，在開挖面積不大，工期要求緊的情況下優(yōu)點明顯[3-4]。

圖2 拉森鋼板樁＋型鋼支撐支護

(2)拉森鋼板樁支護

基坑南北兩側限制條件較少，為減少土方開挖工程量，降低安全隱患，在優(yōu)先考慮放坡開挖的前提下，局部進行鋼板樁加固，坡面采取土釘墻防護，如圖3所示。

(3)鋼管樁＋預應力錨索支護

因地下車庫西側臨近G204國道，地下車庫外立墻距離輔道邊坡7～9 m，且存在諸多市政管線，為確保土方開挖自身安全及G204國道穩(wěn)定，需封閉G204國道地庫范圍內輔道(預留2 m非機動車道)。對比鉆孔灌注樁＋內支撐、雙排鋼管樁＋內支撐法及單排鋼管樁＋錨索法，前兩種方案基本可解決重載車輛荷載情況下位移和變形，但成本和工作時間較長等不利因素不滿足本工程需要，決定采用鋼管樁＋錨索法施工，如圖4所示。

圖4 鋼管樁＋預應力錨索支護

本工程共設600 mm管樁345根，連續(xù)布設，錨桿設置?400 mm@1 800，總長度均為24 m，其中自由段為10 m；傾角35°，內置3-?15.2預應力鋼絞線。

(4)技術要點

①旋噴樁施工技術要求:

a.旋噴樁直徑 ?400 mm，采用 P.O42.5級水泥，水泥摻入量20%，水灰比0.7(可根據(jù)實際土層情況予以調整)[5-6]。

b.旋噴樁內插3根?15.2鋼絞線，進入旋噴樁底，待旋噴樁養(yǎng)護7 d后施加張拉力鎖定[7]；鋼絞線插入定位誤差不超過30 mm，底部標高誤差不大于20 cm[8]。

c.旋噴樁施工時，須開槽開挖，土方開挖必須分段分層。下層土開挖時，上層的旋噴加勁樁必須滿足設計規(guī)定的養(yǎng)護時間并已張拉鎖定[9]。

d.旋噴樁徑和樁長應嚴格按照設計進行，?400 mm旋噴樁的旋噴壓力應為25～30 MPa。

②預應力錨索(鋼管樁)施工技術要求:

鋼管樁護壁的內側設置有包括梁托和腰梁的圍檁，鋼管樁的外側連接有錨索，且錨索的端部穿過鋼管樁與圍檁相固定。該種淤泥質土樁基護壁結構具有良好的結構強度和止水能力，能夠有效滿足淤泥質土基坑挖掘的施工要求，且鋼管樁在支護結構完成后可拔出重復利用。

a.每根鋼絞線由7根鋼絲絞合而成，樁外留0.7 m以便張拉。在做主體結構防水處理時，可將外露部分切去[10]。

b.采用穿心千斤頂進行張拉鎖定。正式張拉前先用20%鎖定荷載預張拉一次，再以50%、100%的預應力分級張拉，然后超張拉至110%鎖定荷載，在超張拉荷載下保持5 min，觀測錨頭無位移現(xiàn)象后再按鎖定荷載鎖定。若達不到要求，應在旁邊補樁[11-12]。

③基坑采用止水帷幕＋疏干井降水，降水深度為基坑以下0.5 m。其中本基坑變形預警值:a.地表沉降50 mm，土體水平位移50 mm；b.臨近市政道路變形大于3 mm/d，或總變形大于15 mm。

4 支護變形內力及施工監(jiān)測

采用《國家行業(yè)標準—建筑基坑支護技術規(guī)程》(JGJ 120—2012)進行設計計算。

從表2中可以看出，各組合支護變形內力均在可控范圍內，支護結構穩(wěn)固有效。

表2 組合支護位移、彎矩、剪力計算結果匯總

本工程監(jiān)控量測包括地表沉降、圍護樁水平位移、地下管線沉降、建筑物沉降和傾斜(灌云客運站)、圍護樁頂垂直位移、支撐軸力、錨固力等，施工過程中嚴格按照設計要求進行。

本項目在基坑四周及坑底布設變形位移監(jiān)測點630個，間距按照每20～30 m左右設置1個。通過對組合支護體系典型斷面在不同工況下位移觀測，形成以下位移圖，見圖5。

圖5 側向位移

施工過程中基坑四周未出現(xiàn)明顯開裂現(xiàn)象，周邊既有灌云高鐵站未受到相關影響；根據(jù)施工全過程監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，基坑頂面最大位移量為12.6 mm，鋼管樁頂部水平位移最大值為3.9 mm，坑底隆起、抗傾覆和整體穩(wěn)定量均在可控范圍內。

5 結束語

(1)本文結合工程實例，針對沿海淤泥質土層深基坑的支護進行了優(yōu)化設計，從設計思路、具體方案和實施要點進行了闡明，實踐證明本淤泥質土層條件下提出的復合支護加固支護方案可行。

(2)該基坑支護及土方開挖工程于2019年9月20日施工完畢。本文提出的臨近深基坑存在重荷載情況下，從成本和工作效率出發(fā)，創(chuàng)新采用鋼管樁＋錨索法施工，且在支護結束后鋼管樁可全部拆除再利用，有效實現(xiàn)了位移、變形均可控的目標，為類似工程提供了可借鑒方案。