下穿市政高架橋的深基坑設(shè)計及風(fēng)險控制分析

馮 葉 羅青松

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

隨著城市軌道交通的高速發(fā)展，交通干線縱橫交錯，為市民出行帶來極大便利，但也使得城市用地緊張，土地空間規(guī)劃問題日益突出。比如城市高架橋常建設(shè)在城市交通負(fù)荷較大的節(jié)點位置，進(jìn)而臨近高架橋進(jìn)行其他項目建設(shè)時勢必會互相影響和牽制，需要統(tǒng)籌地上、地下諸多環(huán)境影響因素綜合開展設(shè)計工作。因此，對于施工環(huán)境復(fù)雜，交通疏解壓力大，在臨近或下穿高架橋的深基坑工程施工期間，不僅需要保障基坑自身安全穩(wěn)定，還應(yīng)加強對周邊建構(gòu)筑物、地下管線、路面沉降、基坑變形等監(jiān)測，降低對周圍環(huán)境的影響，推動設(shè)計方案合理安全的落地。本文結(jié)合某城市綜合管廊下穿高架橋建設(shè)工程，僅就下穿市政高架橋的深基坑設(shè)計及風(fēng)險控制進(jìn)行分析。

1 工程概況

某城市綜合管廊建設(shè)工程下穿市政高架橋，本文主要探討管廊在下穿高架橋處的節(jié)點支護(hù)與施工方案，對基坑及周邊環(huán)境開展合理的安全評估。地下工程建設(shè)時對地質(zhì)要求敏感，首先通過地質(zhì)資料分析研判可行的支護(hù)方案。

項目地勘資料顯示管廊建設(shè)沿線微地貌發(fā)育，大部分地段原為濱海灘涂，后期經(jīng)填海形成，總體地勢平緩。此下穿節(jié)點處的地質(zhì)鉆孔揭露地層情況依次為：素填土（層厚0.2m）、填砂（以回填中粗砂為主，層厚1.3m）、淤泥（層厚0.3m）、黏土（可塑為主，層厚4.9m）、全風(fēng)化花崗巖（層厚0.6m）、塊狀強風(fēng)化花崗巖（層厚5m）、中風(fēng)化花崗巖（層厚3.32m+）。判定填砂為液化土，經(jīng)計算，場地單孔液化指數(shù)IlE=0.04～17.96，地基的液化等級為輕微～中等。場地中上部為人工填土和淤泥層，其分布和工程性狀因填筑活動而趨向復(fù)雜，現(xiàn)狀道路已采取一系列的地基處理，淺表層土體工程性狀得到改善。因而本工程節(jié)點處地質(zhì)雖存在一定的軟弱土層和液化土層，但情況基本可控，采取一定的措施可保障深基坑安全穩(wěn)定。

擬建綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)凈空斷面尺寸（5+3.6）×3.2m，壁厚500mm，頂板覆土3m左右。由于場地受限，需選取占地最小的基坑支護(hù)型式，保證地面交通正常運轉(zhuǎn)。且本項目從基坑開挖、主體施工、防水施工至基坑回填，施工持續(xù)時間長，工程量大，因此必須要有合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)、合理的內(nèi)支撐布置以確保基坑、管線、道路交通及周邊環(huán)境穩(wěn)定和安全的措施。由于處于高架橋下方交通流量較大的節(jié)點位置，相對較為復(fù)雜的場地環(huán)境，對基坑的安全、變形提出了更高、更嚴(yán)格的要求。

2 基坑穩(wěn)定性的影響因素分析

2.1 支護(hù)體系穩(wěn)定影響分析

結(jié)合前述工程概況，擬建管廊基坑寬度取10m，深度7.1m，基坑安全等級為二級。下穿高架橋節(jié)點的支護(hù)型式采用垂直支護(hù)型式，雙側(cè)直徑1200mm、間距1400mm的鋼筋混凝土灌注樁，基坑內(nèi)設(shè)置兩道水平內(nèi)支撐保證基坑的變形和整體穩(wěn)定。灌注樁長度14m，第一道支撐采用鋼筋混凝土（1m×1m矩形梁）支撐，第二道撐采用鋼管（直徑Ф609mm×壁厚12mm鋼管）支撐。

考慮成孔機(jī)械受高架橋下方凈空影響，高架橋下方采用人工挖孔成孔工藝，其他位置施工設(shè)備凈空不受限采用旋挖成孔工藝。人工挖孔樁施工前應(yīng)對砂層及淤泥層進(jìn)行注漿加固，做好成孔過程中的護(hù)壁及護(hù)面工作，防止縮頸、涌砂、地面坍塌等現(xiàn)象，確保作業(yè)環(huán)境安全。

結(jié)合地質(zhì)鉆孔和基坑支護(hù)型式，對下穿市政高架橋節(jié)點處的管廊基坑進(jìn)行建模計算。深基坑設(shè)計軟件計算成果如下：內(nèi)力包絡(luò)圖見圖1，支護(hù)樁最大位移出現(xiàn)在腰部，為11.07mm；基坑整體穩(wěn)定安全系數(shù)瑞典條分法計算結(jié)果為Ks=2.481＞1.30（規(guī)范[4]限值）；基坑整體的抗傾覆最小安全系數(shù)為Kt=1.592＞1.20（規(guī)范[4]限值）。

圖1 內(nèi)力包絡(luò)圖

抗隆起穩(wěn)定性計算：

以最下層支點為轉(zhuǎn)動軸心的圓弧條分法計算[2]，基底土體抗隆起值為：

Kr=2.981≥1.900（規(guī)范[4]限值）。

根據(jù)如上計算結(jié)果可知，本支護(hù)方案滿足規(guī)范《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）[4]中3.1.8條文說明“最大水平位移允許值”、4.2.3條整體穩(wěn)定性、抗傾覆、4.2.5條基底土體的抗隆起驗算要求。

2.2 基坑及周邊降水影響分析

明挖基坑降水系統(tǒng)包括止水帷幕和截、排水措施。為避免基坑開挖期間地下水對坑內(nèi)作業(yè)環(huán)境的干擾，支護(hù)樁間設(shè)直徑600mm、間距1400mm高壓旋噴樁止水帷幕，旋噴樁采用雙管工藝，樁長深入基坑底以下3m。此外坑內(nèi)和頂部以集水明排為主，管井降水為輔。

集水明排方案為：沿基坑的四周設(shè)300mm×300mm排水明溝，每間隔20m設(shè)一座深度800mm集水井，每個集水井內(nèi)配備一臺離心泵，揚程不小于10m，流速≥10m3/h，將匯入井內(nèi)的坑內(nèi)滲水和施工廢水排出，雨季施工或遇暴雨等極端天氣時施工單位應(yīng)配備足夠的排水設(shè)備，做好充分的截、排水預(yù)案。

管井降水實施方案為：在土方開挖前進(jìn)行施工，井孔直徑800mm，井管直徑400mm，井深8m，濾水層厚度0.2m，濾水層選料應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，防止管涌和流土的發(fā)生。基坑開挖即開始降水，將基坑內(nèi)水位控制在基底以下500mm。井點拔除后，除預(yù)留的排水口外，其余井孔應(yīng)立即回填，施工主體墊層。

3 基坑風(fēng)險控制措施

3.1 基坑監(jiān)測項目及控制措施

在基坑開挖至基坑回填完成整個周期內(nèi)，應(yīng)持續(xù)對支護(hù)樁頂水平位移、豎向位移、支撐軸力監(jiān)測，對地下水位、地下管線沉降和位移監(jiān)測，對高架橋沉降監(jiān)測等，按設(shè)計監(jiān)測平面圖進(jìn)行監(jiān)測點布置。可采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)、測量機(jī)器人等進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，并每日進(jìn)行人工巡查，同時使用智能平臺進(jìn)行每日監(jiān)測數(shù)據(jù)總結(jié)共享，預(yù)判風(fēng)險點，并采取控制措施。

（1）在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖過程中，必須對鄰近道路路面、高架橋、臨近管線的沉降、變形、裂縫等進(jìn)行人工巡視，如出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到報警值或地質(zhì)突變等特殊情況，應(yīng)立即停止施工，組織應(yīng)急搶險，分析原因、組織專家論證盡快確定加固處理方案。

（2）在整個施工過程中應(yīng)對地下水位的變化進(jìn)行量測，地下水位觀測孔的深度約為設(shè)計降水位以下5m處。

（3）基坑施工前應(yīng)先測得穩(wěn)定的初始值，且不應(yīng)少于2次[3]。

（4）基坑開挖過程中，監(jiān)測項目的監(jiān)控報警值取控制值的70%；

（5）對地下管線的監(jiān)測點布置及監(jiān)測控制值應(yīng)嚴(yán)格按管線權(quán)屬部門的要求執(zhí)行。

3.2 基坑施工風(fēng)險預(yù)控及應(yīng)急措施

該項目深基坑工程作為危險性較大的工程，應(yīng)掌握風(fēng)險源，預(yù)判施工風(fēng)險要素，施工中要嚴(yán)格落實安全管理、質(zhì)量管理，并做好如下工作：

（1）基坑的疏、排水工作，尤其是雨季和臺風(fēng)季節(jié)，施工前做好施工場地地面排水及防洪措施，做好搶險應(yīng)急方案，儲備足夠的搶險材料及器具。在基坑開挖時，采取有效的降水措施，且嚴(yán)禁過度抽水，防止地面和管線沉降變形，謹(jǐn)防高架橋發(fā)生沉降。

（2）止水帷幕鉆孔施工定位準(zhǔn)確，鉆機(jī)位置準(zhǔn)確，保證鉆孔垂直度，旋噴注漿過程中準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)速、提速及噴射壓力等，注漿完成后及時補充漿液，確保止水帷幕完整性。基坑開挖時，若發(fā)現(xiàn)樁間出現(xiàn)漏水、滲水現(xiàn)象，應(yīng)立即對漏水點進(jìn)行注漿堵漏。

（3）基坑開挖的過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守“先支撐，后挖土”原則，嚴(yán)禁超挖，特別是在靠近圍護(hù)樁位置，應(yīng)確保樁前土體的穩(wěn)定性。

（4）對鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力的大小應(yīng)符合設(shè)計要求，千斤頂應(yīng)具備計量裝置，各項機(jī)具、設(shè)備及儀表盤應(yīng)定期維護(hù)、校檢，使用過程中如果發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象應(yīng)及時重新校檢；符合設(shè)計要求的鋼支撐施工完畢并確認(rèn)無誤后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加，預(yù)應(yīng)力加至設(shè)計要求值后，應(yīng)再次檢查各連接點的情況，待額定應(yīng)力穩(wěn)定后方可予以鎖定[3]。鋼支撐應(yīng)考慮溫度應(yīng)力的不利影響，夏季施工時應(yīng)及時采取淋水降溫等措施。

（5）基坑頂部1m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆載，1倍基坑深度范圍內(nèi)的地面堆載值不得大于20kPa，鋼筋堆場、加工區(qū)、物料區(qū)應(yīng)結(jié)合場地環(huán)境選取安全的位置，嚴(yán)禁超載。

4 結(jié)束語

該綜合管廊深基坑工程從設(shè)計角度而言，應(yīng)有確保安全可行的支護(hù)型式，由于下穿市政高架橋施工空間和場地受限，采用人工挖孔和旋挖成孔灌注樁，高壓旋噴樁作為止水帷幕有效控制降水造成的不利影響；第一道支撐采用鋼筋混凝土，第二道支撐采用鋼管支撐，提高了基坑的適用性和穩(wěn)定性；依據(jù)地勘成果和荷載工況進(jìn)行復(fù)核計算，確保圍護(hù)樁位移、基坑穩(wěn)定性、基坑抗隆起等均在規(guī)范要求范圍內(nèi)。從施工角度而言，應(yīng)嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)準(zhǔn)則，施工前做好各項專項預(yù)案、交通疏解，嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工，做好降排水措施、廢水處理及噪音控制等，加強監(jiān)控量測，確保施工期間交通暢通和既有管線、建構(gòu)筑物的安全。