大型深基坑施工技術簡介

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(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

新建武漢至孝感城際鐵路是規(guī)劃的武漢城市圈鐵路網(wǎng)的主骨架之一，位于1+8武漢城市圈北部地區(qū)。線路自漢口站引出，經(jīng)后湖、天河機場至孝感市南區(qū)的閔集、王母湖、東城新區(qū)，止于孝感東站。其中天河機場段由1#明洞、天河機場地下車站、2#明洞三個工程組成，均采用明挖施工。由于武孝城際鐵路下穿天河機場T3航站樓、交通中心，并與武漢地鐵2號線天河機場延長線并行，為確保基坑安全、加快施工進度，經(jīng)協(xié)調設計為一個大型共建深基坑。

天河機場共建基坑起止里程為DK21+084.65～DK21+687.65，長603m、寬87.6m、深19.7m。共建基坑支護開挖形式：上部為放坡開挖，高6.2m，坡腳設11m寬施工平臺，下部為排樁+一道邊桁架對頂支撐支護開挖，深13.5m。放坡開挖坡率1∶1，坡面掛鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土防護。排樁+邊桁架對頂支撐支護開挖：支護樁、立柱樁均為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，支護樁直徑1.5m、樁長30m、間距1.7m，樁頂設1.5m×1.2m鋼筋混凝土冠梁；立柱樁直徑1.0m、樁長28.15m～38.15m、矩形布置間距不大于9.5m，立柱樁頂設0.55m×0.55mm格構柱，高15.5m；邊桁架對頂支撐采用C30鋼筋凝土，支撐距樁頂為0.5m，兩端支撐在冠梁上，中間支撐在格構柱上?；又ёo形式及支撐桁架平面布置見圖1、圖2。

圖1 天河機場共建基坑支護斷面

圖2 天河機場共建支撐桁架平面布置

2 工程特點及難點

(1)基坑排樁支護部分面積約50000m2，深13.5m，為大型深基坑，施工安全風險大；

(2)基坑支護開挖長603m、寬度87.6m，設計為9榀邊桁架對頂支撐，跨度大、支撐體系復雜；

(3)基坑周邊有T3航站樓、交通中心、地鐵2號線等工程同步施工，施工環(huán)境復雜；

(4)基坑在T3航站樓部位存在承壓水，水文地質條件復雜；

(5)基坑支護開挖完成后，方可進行T3航站樓、地鐵、城際鐵路共建部分主體工程施工，工期緊。

3 主要施工技術

3.1 放坡開挖

原地面～26.6m高程采用放坡開挖，開挖前將原地面整平至32.8m高程，并在基坑開挖邊線兩側各5m范圍外修建梯形排水溝，排水溝底寬1.0m、頂寬2.5m、高1.0m，采用10cm厚C20混凝土澆筑。放坡開挖土方按照“縱向分段、豎向分層、臺階法作業(yè)”的原則組織施工，利用反鏟、正鏟、運輸汽車等機械設備采用倒退方式分三層開挖，開挖高度分別為2m、2m、2.2m。每層開挖完畢后修整邊坡，采用4臺PS4J濕噴機初噴C20混凝土厚5cm，噴護作業(yè)分段、分片、自下而上進行，噴嘴與坡面之間的距離控制在0.6m～1.2m，噴射混凝土終凝2h后開始灑水養(yǎng)護。

放坡開挖完畢后，沿坡面搭設作業(yè)支架鋪設φ8鋼筋網(wǎng)片，間距15cm×15cm，鋼筋網(wǎng)片采用φ20土釘固定，土釘長2m，梅花形布置，間距4m×4m，最后復噴C20混凝土厚5cm。為保證邊坡防護質量，鋼筋網(wǎng)片及噴護混凝土在基坑頂往外擴展不小于1.0m。邊坡掛網(wǎng)噴護過程中需埋設φ50mmPVC泄水管，泄水管梅花形布置，間距4m×4m，在泄水管周圍采用土工布及碎石設置反濾層，確保排水暢通。

放坡開挖完畢后，在26.6m高程距坡腳1.0m外挖設矩形排水溝，排水溝截面尺寸0.7m×0.7m，采用磚砌體并進行砂漿抹面，最后對施工平臺采用C20混凝土硬化，厚15cm。

3.2 圍護樁、立柱樁施工

放坡開挖完畢后，在26.6m高程采用8臺SR-280旋挖鉆分區(qū)域同步施工基坑支護樁、立柱樁，每個區(qū)域內支護樁按照跳樁法施工，跳樁間隔不少于3根，施工時必須等到鉆孔灌注樁混凝土終凝后再進行相臨樁基成孔。

基坑立柱樁包括兩部分，即下部樁基礎及上部格構柱，格構柱在工廠加工、現(xiàn)場安裝。施工時，樁基成孔后最后一節(jié)鋼筋籠下放至距護筒頂3m時臨時固定，然后采用QUY50履帶吊吊起格構柱穿過鋼筋籠至錨固位置，定位后采用“#”型鋼筋將格構柱與鋼筋籠焊接牢固，拆除鋼筋籠臨時固定支撐，下放格構柱至設計標高并采用[10槽鋼焊接“#”架，將其固定在護筒兩側的方木上。由于混凝土桁架支撐高度1.0m，格構柱頂標高低于護筒頂面，因此在格構柱頂對角設兩根1.5m長φ48mm鋼管，以方便格構柱固定。立柱樁混凝土灌注完畢48h后采用黃沙回填格構柱段鉆孔。

3.3 冠梁及混凝土桁架支撐施工

冠梁、混凝土桁架支撐施工前，根據(jù)冠梁、支撐高度對支護樁范圍土方進行挖除降基。支護樁樁頭鑿除前，測量人員按照樁頂設計標高在圍護樁樁身上打點畫線，然后使用切割機沿樁身周圍切割成圈，采用風鎬鑿除樁頭。按照冠梁、桁架支撐位置澆筑10cm厚C15混凝土墊層，墊層混凝土終凝后鋪設油氈、綁扎鋼筋、安裝側模板、澆筑冠梁及桁架支撐混凝土。

冠梁施工時每隔2m預埋一塊10mm厚鋼板，鋼板尺寸10cm×10cm，以便固定防護欄桿。防護欄桿高1.5m，欄桿立柱、扶手采用φ48×3.5mm鋼管，欄桿立柱水平間距2.0m，欄片采用5cm×5cm角鋼焊接，豎向間距30cm。冠梁施工完成后，沿冠梁頂采用普通燒結磚砌筑20cm高攔水坎。

3.4 土方掏挖

支護樁垂直支護范圍內土方掏挖遵循“豎向分層、水平分段、對稱、平衡、快速開挖、快速支撐、開槽支撐、先撐后挖、嚴禁超挖”的原則，掏挖時可先中間后兩側，利用兩側預留土的反壓作用減少支護樁的懸臂時間和懸臂長度，充分利用“時空效應”，減小支護體系變形。

施工時，基坑兩側26.6m高程10m寬施工平臺是基坑施工的主要縱向通道，支護樁垂直支護范圍內土方掏挖施工分三個工作面，即在基坑縱向兩端按10%坡度拉槽至基底，作為第一、第三工作面施工道路，在第5、6榀桁架間布置“S”形道路作為第二工作面施工道路，進入基坑道路兩側開挖坡度不大于1∶3，坡面壓蓋雨布防護。進入基坑道路形成后，先開始挖取周邊土方，最后形成全斷面開挖，注意基坑底部預留20cm～30cm高人工清理、整平。

樁間掛網(wǎng)噴射混凝土防護伴隨著整個基坑掏挖過中，要隨挖隨噴，每挖出1.5m高并有足夠的施工面后立即進行樁間噴護施工。噴射混凝土施工時先將低洼處大致噴平，然后自下而上分層、往復噴射，噴射速度要適宜，控制好風壓。

3.5 基坑截排水及降水

3.5.1 基坑截排水

在基坑底部設置臨時截水溝、集水坑，集水坑設在主體結構間，每100m布置1個，共布置12個，尺寸為1.0m×1.0m×2.0m。在26.6m高程兩側施工平臺各布設2個集水坑，共計4個，尺寸為4.0m×4.0m×2.0m。

在基底每個集水坑內安裝2臺ISG65-160(I)A(H=32m，Q=50m3/h，7.5kW)水泵，及時將積水抽排至26.6m高程施工平臺上的集水坑；在26.6m高程施工平臺每個集水坑內安裝2臺ISG150-315A(H=28m，Q=187m3/h，22kW)水泵，及時將積水抽排至32.8m高程基坑頂排水溝，最后排至外圍排水管網(wǎng)。每個集水坑內安裝兩臺水泵遵循“一用一備”原則。

3.5.2 基坑降水

基坑T3航站樓范圍基底以下中砂、粉細砂層含有承壓水，需采取降水措施防止基坑發(fā)生流沙、管涌等問題，具體方法是在基坑底布設44口減壓井，減壓井直徑φ600mm，深度20m，間距18m，單井涌水量約為1200m3/d～1500m3/d。減壓井施工工序為：準備工作→鉆機進場→定位安裝→開孔→下護口管→鉆進→終孔后沖孔換漿→下井管→稀釋泥漿→填礫→止水封孔→洗井→安裝排水管路及電纜電路→安裝水泵試抽→試驗→正式抽水→記錄。減壓井的排水管路獨立于基坑截、排水系統(tǒng)。

3.6 基坑監(jiān)測

基坑監(jiān)測的目的：一是將監(jiān)測數(shù)據(jù)與預測值相比較以判斷前一步施工工藝和施工參數(shù)是否符合預期要求，以確定和優(yōu)化下一步的施工參數(shù)，做到信息化施工；二是將現(xiàn)場監(jiān)測結果反饋設計單位，使設計能根據(jù)現(xiàn)場工況發(fā)展，及時對開挖方案進行調整，優(yōu)化設計，使支護結構的設計既安全可靠又經(jīng)濟合理，達到信息化施工；三是保證基坑圍護結構及周邊建(構)筑物的穩(wěn)定安全。

3.6.1 基坑監(jiān)測項目

基坑監(jiān)測主要項目包括：支護樁頂水平位移、支護樁鋼筋應力、支護樁變形、支撐軸力、地下水位、水土壓力、地表裂縫及地表沉降觀測。

3.6.2 基坑監(jiān)測方法

(1)支護樁頂水平位移：觀測點設在支護樁頂部，每隔20m設置一個；采用全站儀及配套棱鏡組等進行觀測；觀測頻率為基坑開挖及主體施工過程中每2d 1次，雨天每天2次；

(2)支護樁變形：觀測點設在支護樁上，每隔40m在支護樁內埋設測斜管；采用SINCO DIGITILT型鉆孔傾斜儀配合專用測斜套管進行觀測；施工時將測斜管固定在鋼筋籠上，隨鋼筋籠一同下放至孔內，做好孔口保護措施；觀測頻率為基坑開挖及主體施工過程中每2d 1次，雨天每天2次；

(3)支護樁鋼筋應力：觀測點設在對應支撐內側、對應支護樁懸臂段二分之一處，共埋設鋼筋應力計6點，通過埋設的鋼筋應力計進行監(jiān)測；施工時將鋼筋應力計對焊在鋼筋的翼緣外側，同時做好測量線路引出及測試匣保護措施，支護樁灌注完畢后檢查應力計電路電阻值和絕緣情況；觀測頻率為基坑開挖階段達到每次開挖面后觀測1次，主體施工期間每2周1次；

(4)支撐軸力：觀測點設在支撐距加載端3m～4m處，鋼筋計焊接在橫撐頂面上，直撐設5點、斜撐設3點，通過TC-21K手持式應變儀進行觀測；觀測頻率為每2d 1次，均在夜間進行；

(5)地下水位：觀測點設在基坑兩側，埋設水位管、水位計，間距40m，通過監(jiān)測水位計進行觀測；觀測頻率為基坑開挖階段每3d 1次，主體施工期間每天1次；

(6)水土壓力：觀測點設在支護樁外側，在對應鋼筋應力計位置埋設鋼弦式水土壓計6點，通過壓力計觀測水土壓力；施工時將土壓力盒布置在預觀測樁的鋼筋外側，隨鋼筋插入樁體；觀測頻率為基坑開挖階段每3d 1次，主體施工期間每天1次；

(7)地表沉降：觀測點設在基坑外以25m間距布置13組，每組4只，每組測點距基坑邊的距離分別為1m、5m、10m、15m，采用水準儀觀測；觀測頻率為基坑開挖及主體施工過程中每2d 1次，雨天每天2次；

(8)地表裂縫：采用目測和觀測儀兩種方法進行測試，裂縫總體分布可采用目測法，測試單個或典型裂縫采用裂縫觀測儀進行測試；觀測頻率為每天1次。

3.7 支持體系拆除

主體結構施工完畢混凝土強度達到設計要求后進行基坑回填，基坑回填至結構頂面后即可進行支撐體系拆除。支撐體系拆除前，采用I40a工字鋼和20mm厚鋼板在桁架支撐上搭設操作平臺，采用2臺小型挖機配合破碎錘鑿除支撐；支撐拆除時由第一榀桁架支撐開始邊倒退邊鑿除，每榀桁架由中間向兩端進行。

4 結語

該基坑面積大、開挖深、支撐體系復雜、周邊施工條件差，但由于基坑支護方案設計合理，施工方案考慮因素充分、操作性強、措施得當，確保了基坑安全、節(jié)約了工期，使其成為大型深基坑設計、施工的成功實例，為后續(xù)同類工程提供借鑒。