銅陵市北京西路下穿銅陵火車站工程深基坑施工方案對比及分析

■劉錦軍 ■南京上鐵地方鐵路開發(fā)有限公司，江蘇 南京 210036

1 工程概況

本工程地點位于蕪銅鐵路終點銅陵西站，北京西路與銅官大道T形交叉口北側(cè)。為銅陵市北京西路下穿蕪銅鐵路銅陵西火車站工程建設(shè)，目的是完善城市路網(wǎng)，解決老城區(qū)與政府行政中心交通困難，新建下穿鐵路立交橋。設(shè)計北京西路由南向北依次下穿銅官大道、銅陵站站前廣場、站房、銅陵站站場股道后，主線接入蕪銅路與泰山大道交叉口。

分別在鐵路站場南北兩側(cè)設(shè)置頂進工作坑，南側(cè)工作坑位于蕪銅鐵路線南側(cè)，銅官大道北側(cè)，框架7 在南側(cè)工作坑內(nèi)預(yù)制，然后進行頂進施工;北側(cè)工作坑位于站場以北，框架9 在該工作坑內(nèi)預(yù)制，然后再向南頂進施工。線路下框架7 與框架9 間設(shè)置現(xiàn)澆段1。

2 基坑情況介紹

南側(cè)工作坑最深處開挖深度12.3m，寬度為34m，長度89m。北側(cè)工作坑最深處開挖深度10.4m，寬度34m，長度55m。采用明挖順作法施工，2 孔13m 分離式框架頂進下穿既有銅陵火車站站場。

表1 周邊建筑物距離主基坑尺寸

擬建工程位于銅陵市老火車站附近，交通較方便。場地位于長江二級及三級階地上:K0 +600～720 及K0 +990～K1 +630 位于二級階地上，K0 +720～990 位于三級階地上。地形略有起伏，地面標高約在19m～35m 之間。場地內(nèi)地表水系不發(fā)育，僅零星分布的水塘中有少量地表水。

勘察期間，于施工結(jié)束24 小時后測得各鉆孔穩(wěn)定水位埋深為3.0～4.0m。地下水隨季節(jié)變化，地下水位年變幅約2.0～4.0m。

表2 土層物理力學(xué)性質(zhì)

本工程基坑施工有以下特點:基坑位于原火車站廣場上方，周邊建筑物距離基坑較近，基坑圍護樁基穿越土層較多，樁基施工質(zhì)量要求高;基坑施工面積較大，基坑周邊荷載分布不均。

根據(jù)周圍環(huán)境條件，南側(cè)主基坑安全等級為一級，要求地面沉降量≤0.1%，圍護結(jié)構(gòu)水平位移警戒值≤0.18%(H 為基坑深度)。本工程基坑開挖深度較深，周邊有保護建筑，環(huán)境保護要求高。

3 深基坑施工方案工序?qū)Ρ?/h2>

結(jié)合本工程特點，根據(jù)以往基坑支護施工經(jīng)驗，經(jīng)過計算、比選不同支護方案，綜合考慮安全、經(jīng)濟、施工方便可行等因數(shù)，原方案提出采用單排鉆孔灌注樁支護加對撐，后為響應(yīng)業(yè)主要求，加快施工進展，根據(jù)工程籌劃安排及工期要求，改對撐為雙排樁的方案。兩方案分別簡述如下:

(1)鉆孔樁加對撐方案

①靠既有線一側(cè)施打12m 長直徑1.0m 鉆孔灌注樁防護路基，基坑外圍先施工旋噴樁止水帷幕，再打26m 長直徑1.0m 鉆孔灌注樁圍護，在格構(gòu)式鋼立柱位置處施工直徑0.8m 鉆孔灌注樁。

②開挖基坑至設(shè)計^609 鋼管對撐標高以下1.0m 處。

③施工^609 ×16mm 鋼管對撐，施加預(yù)壓力。

④開挖至基坑底，同時架西側(cè)格構(gòu)式鋼立柱支撐鋼管橫撐。

⑤修筑排水溝，澆筑底板混凝土、地錨梁。

⑥預(yù)制箱身Ⅱ，架D16 型便梁施工便梁支墩，架設(shè)D24 型施工便梁。

⑦頂進箱身Ⅱ、就位。

⑧架東側(cè)格構(gòu)式鋼立柱支撐鋼管橫撐，拆除西側(cè)格構(gòu)式鋼立柱，預(yù)制箱身Ⅰ，移動便梁。

⑨頂進箱身Ⅰ、就位。

后背梁采用單排1.5m(南側(cè))、1.0m(北側(cè))鉆孔樁加坡頂放坡開挖。地面放坡開挖4m，坡率1:1.5，之后在鉆孔樁圍護下開挖。

(2)雙排樁方案

南側(cè)現(xiàn)澆第1 段框架基坑、南側(cè)頂進基坑的圍護方式由直徑1.0m@1.1m L=26M 鉆孔樁加對撐改為直徑1.5m@1.6m L=25M 雙排鉆孔樁，前后排樁中心距6m，剛架梁厚度1.2m。

北側(cè)頂進基坑的圍護方式由直徑1.5@1.6 L=22 鉆孔樁加對撐改為直徑1.5m@1.6m L=25M 雙排鉆孔樁，前后排樁中心距6m，剛架梁厚度1.2m。

4 雙排樁圍護基坑計算

基坑設(shè)計深度12.3m，基坑安全等級為一級，采用《國家行業(yè)標準—建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ120 -2012)》進行設(shè)計計算。

(1)基坑周邊荷載

地面超載:20kPa。

(2)擋土墻

擋墻類型:雙排樁;

嵌入深度:12.7m;

后排樁長:25m;

混凝土等級:C30;

樁徑:1.5m;

前排樁間距:1.6m;

后排樁間距:1.6m;

剛架板厚:1.2m;

(3)變形內(nèi)力

(4)整體穩(wěn)定驗算

(5)抗傾覆驗算

(6)墻底隆起驗算

5 兩種方案實施對比

(1)鉆孔樁加對撐方案

基坑兩側(cè)單排樁:基坑深12.3m，采用單排Φ100cm 鉆孔樁作為圍護結(jié)構(gòu)，排距1.1m，樁長26m，Φ609* 16 鋼管對撐。外圍均采用1 排Φ120cm 高壓旋噴樁隔水，樁長16m。經(jīng)計算，圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為13.5mm。

基坑后背單排樁:基坑深12.3m，采用單排Φ150cm 鉆孔樁作為圍護結(jié)構(gòu)，排距1.6m，樁長26m，外圍均采用1 排Φ120cm 高壓旋噴樁隔水，樁長12m。經(jīng)計算，圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為32.4mm。

(2)雙排樁方案

基坑兩側(cè)雙排樁:基坑深12.3m，采用雙排Φ150cm 鉆孔樁作為圍護結(jié)構(gòu)，排距1.6m，樁長25m，前后排樁中心距6m，剛架梁厚度1.2m。外圍均采用1 排Φ120cm 高壓旋噴樁隔水，樁長16m。經(jīng)計算，圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為28.5mm。

(3)經(jīng)濟工期效果對比

采用單排樁加撐方案:在基坑開挖前需施工完成單側(cè)格構(gòu)柱，方可進行一孔13m 箱體預(yù)制施工，待單側(cè)箱體頂進結(jié)束后，需進行另一側(cè)格構(gòu)柱施工，完成格構(gòu)柱倒換，方可進行另一側(cè)13m 箱體預(yù)制及頂進施工，如下圖所示:

圖1 蕪湖側(cè)格構(gòu)柱施工、基坑開挖

圖2 銅陵側(cè)箱體預(yù)制及頂進施工

圖3 格構(gòu)柱倒換及蕪湖測箱體預(yù)制頂進施工

采用雙排樁施工方案:雙排樁施工完畢后，可直接進行基坑開挖，開挖完畢、基坑封底后，可立即進行兩側(cè)箱體同步預(yù)制施工，無需等到單側(cè)箱體預(yù)制頂進結(jié)束后，進行格構(gòu)柱倒換，再行施工另一側(cè)箱體的預(yù)制及頂進施工，大大減少施工時間，如下圖所示:

圖4 基坑開挖后箱體預(yù)制及頂進施工

(4)工序安全及施工復(fù)雜性對比

除了有效減少施工工期外，雙排樁施工方案與單排樁加撐方案對比相比，在工序安全性及施工復(fù)雜性方面還有如下優(yōu)點:

單排樁加撐方案加撐數(shù)量較大，原設(shè)計每3 米設(shè)置1 道支撐，南側(cè)基坑支撐數(shù)量達到30 余根，支撐與格構(gòu)柱之間焊接、支撐與圍囹之間預(yù)應(yīng)力施工等關(guān)鍵部位點施工質(zhì)量要求高，格構(gòu)柱倒換后，焊接點處需二次焊接，圍囹需二次施加預(yù)應(yīng)力，過程復(fù)雜且存在較大的安全隱患;

單排樁加撐方案對吊裝要求高，因現(xiàn)場施工場地狹小，吊裝機械只能停靠在基坑邊側(cè)，對基坑安全不利，吊裝鋼支撐數(shù)量較多，吊裝安全要求高，另外，在箱體頂進期間，頂鐵及管樁需要調(diào)運安裝至基坑滑板上方，吊裝頂鐵及管樁需穿越3 米寬的支撐間隙，管樁長度達8 米，油頂及頂鐵吊裝頻率高，吊裝過程極易碰撞到支撐，對基坑安全不利;

采用單排樁加撐方案，挖土施工也具有極大的施工風(fēng)險，因采用分層開挖，在支撐加設(shè)完畢后，基坑內(nèi)10 米厚度的土方還未開挖，大量的土方需從支撐間隙短駁至基坑上部的運輸車輛中，挖土及運土效率低下，且多臺次的挖掘機械施工對支撐狀態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)存在極大的碰撞風(fēng)險，極易造成基坑圍護失穩(wěn);

綜上，原設(shè)計方案的單排樁加撐施工方案在工序組織的合理性、施工工效的連續(xù)性及安全風(fēng)險性上均存在問題，通過與業(yè)主方、設(shè)計方有效溝通，最終本項目基坑方案采取了雙排樁施工方案，在保證安全施工的前提下，各道工序能夠保證連續(xù)高效進行，工期計劃得以提前完成，整個項目的經(jīng)濟效果也得到了有效提高。

6 雙排樁施工方案關(guān)鍵點分析

(1)為指導(dǎo)設(shè)計與施工、反映基坑側(cè)壁土體真實力學(xué)效應(yīng)、檢驗設(shè)計施工的可靠性和開挖后基坑土體的穩(wěn)定狀態(tài)，確保工程的順利進行，需對本基坑進行各項監(jiān)測。

本基坑監(jiān)測等級為一級。

(2)在土方開挖前，須測得初讀數(shù)。施工期間，須做到一日一測;底板澆筑完畢后，須做到兩～三日一測;施工期間可據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整監(jiān)測頻率;暴雨洪水期間應(yīng)加強監(jiān)測頻率。

(3)根據(jù)基坑監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整土方開挖順序，放慢土方開挖速度。

(4)地面出現(xiàn)裂縫。可灌入水泥砂漿，防止地表水滲入增加坑壁壓力、軟化土體，裂縫周圍地面用水泥砂漿找平。

(5)基坑滲漏水。水量不大時可在坑內(nèi)滲漏水位置采用棉絮或防水混凝土、砂漿修補封堵;若水量較大，可在支護墻背后開挖至漏水位置下500～1000mm，用密實混凝土封堵;如漏水位置較深，可采用高壓旋噴樁復(fù)噴。

7 結(jié)束語

(1)通過方案優(yōu)化，加強過程監(jiān)控，雙排樁施工方案已順利施工完成，為本項目后續(xù)工序提供了充裕的施工時間，鐵路封鎖及慢行周期縮短近2 個月，有效減少鐵路運營損失。

(2)單排樁加撐方案在基坑施工過程中，基坑暴露周期長，對基坑安全極為不利，雙排樁方案可大大減少基坑暴露時間，為今后既有線深基坑施工提供了寶貴參考。

［1］行業(yè)標準《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120 -2012).

［2］顏建平.某深基坑工程圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計與實測分析.施工技術(shù)，2011(344):32 -34.

［3］蔣國盛.李紅民等.基坑工程［M］.中國地質(zhì)大學(xué)出版社.2000.