下穿既有道路工程深基坑支護(hù)方案與監(jiān)測分析

劉學(xué)森

(中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司，福建廈門 361003)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，由道路交叉帶來的深基坑工程越發(fā)普遍[1]。復(fù)雜的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境給深基坑的開挖及支護(hù)帶來了極大的困難，不僅要確保支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的變形安全，還要考慮周邊建(構(gòu))筑物、道路設(shè)施的穩(wěn)定問題。因此，在施工過程中，必須密切監(jiān)測基坑自身和周邊建筑物的變形并預(yù)測其安全性。何長軍等[2]針對排樁和地下連續(xù)墻兩種深基坑支護(hù)設(shè)計優(yōu)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(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的方式獲取最優(yōu)的深基坑支護(hù)方案；鄭云剛等[5]以昆明市區(qū)某舊城改造基坑支護(hù)工程為例，探討了雙排樁以及“樁錨+土釘”復(fù)合支護(hù)的作用機(jī)理與應(yīng)用效果；顧問天[6]提出以變形控制條件為主導(dǎo)的深基坑支護(hù)形式應(yīng)按照倉內(nèi)支撐、全內(nèi)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(jiān)測及其變形趨勢預(yù)測的方法，以指導(dǎo)深基坑工程設(shè)計和施工；金振[9]、顏榮華[10]和朱星彬等[11]揭示了軟土地區(qū)不同支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的基坑變形規(guī)律，并提出設(shè)計及施工過程中變形控制的技術(shù)要求；孟小偉[12]根據(jù)重慶軌道交通某車站深基坑工程特點，分別從時間效應(yīng)和空間效應(yīng)上分析周邊地表沉降的影響因素，同時提出了相應(yīng)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(hù)技術(shù)方案，結(jié)合基坑開挖過程的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析支護(hù)形式的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)條件

根據(jù)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(fù)雜，南通道路口及以南路段，基底土層主要為砂質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土，U形槽段存在淤泥質(zhì)土；南、北通道之間路段，基底地層主要為砂質(zhì)黏土和全、強(qiáng)風(fēng)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(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

1.3 水文地質(zhì)條件

風(fēng)化巖中的地下水大部分具弱承壓性，受構(gòu)造裂隙影響，其富水性和導(dǎo)水性具有各向異性的特點。

1.4 周邊環(huán)境

(1)本項目位于疏港路(東渡段)，為現(xiàn)狀城市主干道路，車流量極大，施工對交通干擾嚴(yán)重；線路場地地處鬧市區(qū)，道路兩側(cè)樓房較多，施工噪聲及淤泥排放等對城市環(huán)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(yīng)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(xiàn)狀疏港路主車道及本下穿通道工程U形槽段的兩側(cè)。

(3)收集的管線資料顯示，場地內(nèi)地下管網(wǎng)埋設(shè)繁雜，管線類型包括雨水、污水、給水、電力、通信、交通電纜、燃?xì)狻⒂芯€電視、路燈電纜等。

2 深基坑支護(hù)施工技術(shù)方案

本工程基坑支護(hù)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(hù)剖面如圖1、圖2所示。

表2 下穿通道工程深基坑支護(hù)方案.

圖1 U形槽段支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面(單位：mm)

2.1 深基坑聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

(1)灌注樁

在U形槽段、閉合框架段的灌注樁施工中，根據(jù)基坑周邊環(huán)境和土質(zhì)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(hù)結(jié)構(gòu)剖面(單位：mm)

當(dāng)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(jìn)度，在地質(zhì)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(hù)段基坑，受場地空間、橋下凈空等因素限制，支護(hù)結(jié)構(gòu)難以采用大型的機(jī)械進(jìn)行操作。經(jīng)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(yīng)增設(shè)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，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(shè)鋼格構(gòu)立柱，與抗浮樁鋼筋籠一同澆筑在抗浮樁內(nèi)。

(2)高壓旋噴樁止水帷幕

為防止基坑側(cè)壁、基底地下水滲漏，還需在排樁支護(hù)中增設(shè)連續(xù)止水體，即止水帷幕[13]。本基坑支護(hù)工程采用高壓旋噴樁作為止水帷幕，設(shè)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(yù)應(yīng)力錨索

與設(shè)置內(nèi)支撐的基坑支護(hù)體系相比，“排樁+預(yù)應(yīng)力錨索”的支護(hù)形式造價更低、工法成熟、易于操作[14]。

本基坑工程根據(jù)不同開挖深度、不同土層，分別采用灌注樁結(jié)合1～2道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，以此提高巖土體的穩(wěn)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(yè)高效、止水性能好的鋼板樁進(jìn)行支護(hù)[15]。

3 深基坑監(jiān)測內(nèi)容及結(jié)果分析

3.1 基坑監(jiān)測內(nèi)容

基坑主要監(jiān)測內(nèi)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(yīng)力；④樁體變形；⑤樁體內(nèi)力；⑥基坑周圍建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)沉降、地表沉降；⑦地下水位。K1+240～K1+300區(qū)間段基坑測點平面布置見圖3。

圖3 基坑監(jiān)測點平面布置

3.2 基坑監(jiān)測結(jié)果分析

(1)基坑支護(hù)體系監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

①樁頂沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

圖4為監(jiān)測點ZC-43#、ZC-44#、ZC-45#、ZC-46#東西兩側(cè)的樁頂豎向位移時態(tài)曲線，表明支護(hù)樁頂沉降累計值遠(yuǎn)低于樁頂豎向位移預(yù)警值(30.00mm)，閉合框架段的門式起重機(jī)吊裝過程也未導(dǎo)致樁基的顯著沉降，可見基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)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(fā)生緩慢沉降，開挖至設(shè)計深度后約3～5 d，支護(hù)結(jié)構(gòu)與基坑土體應(yīng)力重分布完成，樁體豎直方向處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 樁頂豎向位移時態(tài)曲線

②樁頂水平位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

ZS-43#、ZS-44#、ZS-45#、ZS-46#監(jiān)測點累計水平位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計見圖5。可以看出，基坑首層開挖時，樁頂水平方向位移很??；開挖深度大于2 m后，支護(hù)樁樁頂向基坑內(nèi)水平方向位移趨勢明顯，開挖至設(shè)計深度約7 d后，新的力學(xué)平衡體系建立，樁頂于水平方向處于穩(wěn)定狀態(tài)。受地質(zhì)條件及開挖時降水等因素影響，K1+250～K1+300區(qū)間兩側(cè)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(tài)曲線

③錨索拉力數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

圖6 樁體變形

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，錨索初始拉力監(jiān)測值為78～130 kN，開挖過程中，錨索拉力呈增大趨勢，開挖至設(shè)計深度后，錨索拉力達(dá)到最大值并保持穩(wěn)定(最大拉力監(jiān)測值為178 kN)。預(yù)制件吊裝過程中未監(jiān)測到相應(yīng)位置處錨索拉力的顯著變化。

④樁體變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

CX12和CX23的累計水平位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計見圖6。通過與樁頂水平位移監(jiān)測值的對比可知，相應(yīng)里程的樁頂水平位移值普遍大于由測斜設(shè)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(chǎn)生的位移由整樁的平移、樁身的變形，樁體的自轉(zhuǎn)三部分組成。

ERP整合了企業(yè)的生產(chǎn)、成本、采購、庫存、銷售、運(yùn)輸、財務(wù)、人力資源，使財務(wù)在制定資金計劃時可以根據(jù)其銷售模塊預(yù)測經(jīng)營性資金流入，根據(jù)采購、生產(chǎn)和研發(fā)模塊預(yù)測經(jīng)營性資金流出，根據(jù)人力資源模塊預(yù)測人力成本支出，從而滾動預(yù)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(yè)正常經(jīng)營活動所需的資金量。

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

⑤樁體內(nèi)力數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本工程的樁體內(nèi)力監(jiān)測元件均預(yù)先焊接于樁身內(nèi)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(shè)計深度后，該處彎矩達(dá)到極值?；拥谝粚油馏w開挖后，支護(hù)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(shè)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(jī)滿載駛過冠梁時，相應(yīng)位置(支護(hù)樁基底部)彎矩增大約10～20 kN·m，說明門機(jī)的壓載對單樁的影響較小。

(2)周邊環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

①地表(周邊構(gòu)筑物)沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

既有海滄大橋匝道下的基坑?xùn)|西兩側(cè)地表沉降監(jiān)測剖面DB-43#、DB-44#、DB-45#、DB-46#的地表沉降監(jiān)測曲線如圖7所示。

圖7 地表(周邊構(gòu)筑物)累計沉降時態(tài)曲線

如圖7，基坑開挖對海滄大橋匝道的影響較小。受現(xiàn)場地形條件影響，基坑西側(cè)各地表沉降監(jiān)測點的布設(shè)位置距離基坑的平面距離均小于東側(cè)各測點，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示基坑地表西側(cè)測點累計沉降值普遍大于東側(cè)，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(yīng)力場發(fā)生變化及塑性流動作用，開挖階段周邊地表沉降時態(tài)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(shè)計深度并完成底板封閉后，沉降時態(tài)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(xué)平衡已形成，地表處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。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(zhì)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(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在基坑施工期間，地下水位上升的時間段內(nèi)剛好有較大的降雨發(fā)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(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)止水措施得當(dāng)，效果明顯。

4 結(jié)論

(1)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，灌注樁與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合樁間二重管旋噴止水的基坑支護(hù)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

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

(3)預(yù)應(yīng)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(xiàn)上升的趨勢，直至開挖到設(shè)計深度后到達(dá)極值并保持穩(wěn)定，樁體彎矩分布主要受土體側(cè)向壓力的影響。其中，預(yù)應(yīng)力錨索的有效拉力對控制樁體變形，改善樁體內(nèi)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(dá)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(gòu)筑物未受到基坑開挖的影響。

[1] 白清波.深部豎井TBM掘進(jìn)開挖支護(hù)變形研究[J].鐵道勘察，2018(1):67-70

[2] 何長軍，王慧，榮杰，等.濱海軟土地基深基坑支護(hù)方案設(shè)計與優(yōu)化分析[J].工業(yè)建筑，2013(S1)：555-558

[3] 郭崧，彭軍利，石浩.層次分析法與灰色關(guān)聯(lián)分析在深基坑支護(hù)方案評選中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2012(S1)：456-459

[4] 撒利偉，劉志忠，閆增峰.基于層次分析法和灰色系統(tǒng)的深基坑支護(hù)方案優(yōu)選[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，45(6)：797-802

[5] 鄭云剛，王自忠，楊世相，等.城市復(fù)雜條件下超深基坑支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2014，3(1)：73-77

[6] 顧問天.城市中心超大面積深基坑支護(hù)選型研究[J].鐵道建筑，2017(3)：93-97

[7] 宮鶴，熊智彪，宋世豪，等.復(fù)雜周邊環(huán)境深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計及監(jiān)測分析[J].地下空間與工程學(xué)報，2015，11(3)：732-738

[8] 周雪峰，陳翔，呂如楠，等.監(jiān)測在深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2008，37(9)：27-30

[9] 金振.軟土地區(qū)不同深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的分析比較[J].施工技術(shù)，2006，35(2)：41-44

[10] 顏榮華，杜明禮.軟土地區(qū)復(fù)雜環(huán)境條件下基坑變形控制實踐[J].施工技術(shù)，2016(S2)：40-43

[11] 朱星彬，胡學(xué)軍.軟土地區(qū)復(fù)雜深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計與土方開挖[J].建筑技術(shù)，2015，46(9)：837-839

[12] 孟小偉.重慶地鐵某超大型深基坑監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2017(S1)

[13] 何長軍，王慧，榮杰，等.濱海軟土地基深基坑支護(hù)方案設(shè)計與優(yōu)化分析[J].工業(yè)建筑，2013(S1)：555-558

[14] 何鎮(zhèn)彬，李漢城.預(yù)應(yīng)力錨索在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用實例[J].廣東土木與建筑，2003(9)：16-17

[15] 許立，張欣欣，張進(jìn)聯(lián).鋼板樁支護(hù)周邊建筑物保護(hù)加固措施[J].工業(yè)建筑，2013(S1)：541-544

[16] TB10621—2014 高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S]