上跨規(guī)劃河道現(xiàn)澆橋下部結(jié)構(gòu)超深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

張文龍 楊雪峰 婁志會 萬佳佳 于海亮

北京城建中南土木工程集團(tuán)有限公司，中國·北京 100124

1 引言

規(guī)劃秦淮東河處現(xiàn)狀地面高程約29m 左右，規(guī)劃河底高程3.0m，河底寬40m，頂寬約185m。兩側(cè)河坡1 ∶2～1 ∶2.5；其上跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主跨跨越有混凝土護(hù)坡的主河槽，主墩立于主槽坡頂馬道以外，邊墩立于規(guī)劃斷面邊灘坡頂，兩岸坡面各設(shè)三處平臺（馬道）。根據(jù)規(guī)劃，需待寧句城際施工運(yùn)營后，后期再開挖規(guī)劃秦淮東河斷面。因此，合理的施工方案對保證超深基坑的開挖安全及周邊環(huán)境尤為重要[1,2]。如圖1所示。

圖1 基坑開挖區(qū)域平面示意圖

2 工程概況

2.1 水文地質(zhì)情況

根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖和結(jié)合現(xiàn)場施工鉆孔灌注樁鉆孔情況，地面以下地質(zhì)結(jié)構(gòu)層次是雜填土和素土厚度大約3.5m；黏土、粉質(zhì)黏土部分厚度大約為11.91m；強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖厚度約為6.6m；中分化泥質(zhì)砂巖約為5.5m。由于地下水較深，不考慮地下水對建筑及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響[3]。

2.2 施工重難點

基坑尺寸小、深度大，隨著基坑開挖深度增加地質(zhì)情況不斷發(fā)生變化，強(qiáng)風(fēng)化巖層和中風(fēng)化巖層強(qiáng)度等級8.05～56.7MPa，土方開挖過程中，不能直接取土，需要進(jìn)行破除后，才能再挖土，工程復(fù)雜的地質(zhì)條件對超深基坑施工提出了更高的要求。

3 深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 深基坑施工工藝

管線改移、場地平整→圍護(hù)樁施工→橋梁樁基施工→第1 層基坑開挖→冠梁及第1 道混凝土內(nèi)支撐施工→第2 層基坑開挖→第1 道鋼支撐安裝→重復(fù)以上步棸直至第3 道鋼支撐安裝→開挖至基坑底標(biāo)高→施作承臺及高墩施工。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

根據(jù)橋梁基坑防護(hù)的工程特點及地質(zhì)條件施工?；硬捎忙?200@1600，樁長29.8m 鉆孔灌注樁，進(jìn)行規(guī)劃秦淮河深基坑的圍護(hù)工作?；迂Q向第1 道采用砼冠梁及混凝土支撐，第2～4 道采用鋼支撐、角部設(shè)置角撐。

3.2.1 冠梁、擋墻及混凝土支撐施工

基坑冠梁：1400×800mm（寬×高），第一道砼支撐800×800mm（寬×高），擋墻采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)；擋墻寬度200mm，高度1.5m，采用C35 混凝土進(jìn)行澆筑。

3.2.2 基坑排水方法

本工程根據(jù)基坑特點和開挖方式采用分區(qū)段設(shè)縱橫向匯、排水溝槽和集水坑的坑內(nèi)水平排水系統(tǒng)，邊開挖邊設(shè)置匯水溝、排水溝，及時將明水集結(jié)于集水坑內(nèi)，再由潛水泵抽出坑外，防止基底受水浸泡而受到破壞，并利于下部工序施工。

3.2.3 網(wǎng)噴混凝土施工

①網(wǎng)噴支護(hù)施工工序。

網(wǎng)噴支護(hù)施工工序：土方開挖施工→樁體處理→掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片→噴射100mm 厚C25 砼支護(hù)。

②噴射混凝土施工。

土方開挖施工：土方開挖嚴(yán)格技術(shù)交底施工分層開挖，每層噴錨土方開挖高度控制在2m 范圍之內(nèi)。依次按照施工工序進(jìn)行施工，直到基坑底標(biāo)高。

樁體處理：對于凸出的樁體，應(yīng)將凸出部分鑿至與噴射后混凝土面相平。對于凹進(jìn)去的樁體，應(yīng)盡可能保留樁外土，采用人工鏟平到網(wǎng)噴前的位置，減少噴射混凝土數(shù)量。

掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片：樁處理完成以后應(yīng)立即鋪掛鋼筋網(wǎng)片，采用Φ8@150×150 鋼筋網(wǎng)片與Φ16 固定筋焊接，固定筋的施工可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行施工，樁間噴錨鋼筋網(wǎng)片固定示意圖見示意圖。圍護(hù)樁間掛鋼筋網(wǎng)采用Φ8@150×150，網(wǎng)片之間搭接100mm，鋼筋應(yīng)雙向搭焊接，錨固鋼筋采用直徑16mm，L=0.6m，豎向間距2m，預(yù)埋入樁內(nèi)；鋼筋網(wǎng)片外增設(shè)2 根橫向拉筋，采用鋼筋直徑16mm通長布置，豎向間距2m。如圖2、圖3所示。

圖2 樁間噴射混凝土

圖3 樁間鋼筋布置

④噴砼施工：噴射砼厚度為100mm，強(qiáng)度等級為C25早強(qiáng)砼。噴混凝土前按照測量交底進(jìn)行掛線控制噴砼厚度保證結(jié)構(gòu)凈空尺寸。與上部混凝土接茬處應(yīng)清理干凈，保證接茬密實。噴混凝土后及時進(jìn)行噴混凝土面的表觀修整，使噴混凝土面表觀順直。噴射混凝土應(yīng)密實、平整、無裂縫、脫落、漏噴、漏筋、空鼓、滲漏水等現(xiàn)象。平整度允許偏差為30mm。為利于后期防水施工，噴射混凝土在終凝前使用大灰板進(jìn)行初步搓平。

3.2.4 土方開挖施工

①基坑土方開挖施工方法。

地質(zhì)勘探揭示：地表以下約10m 范圍為雜填土或黏土，采用普通長臂挖機(jī)即可開挖。10m 以下為強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖，強(qiáng)度在8.43～56.1MPa。采用炮錘破碎，吊斗垂直提升至基坑外，裝運(yùn)輸車外運(yùn)。如圖4所示。

圖4 基坑開挖平面示意

基坑分層開挖，鋼支撐及時支護(hù)并施加預(yù)應(yīng)力，分層開挖見下表1。

表1 土方分層開挖表

②土方開挖區(qū)域劃分。

具體開挖分層和開挖順序詳見開挖區(qū)域平面圖。如圖5所示。

圖5 基坑開挖區(qū)域平面示意圖

對于樁基周圍巖石用空壓機(jī)進(jìn)行破除，已避免采用機(jī)械破除對圍護(hù)樁的影響。

③土方開挖安排。

另外，利用劑量效應(yīng)也可以間接推測抗原，例如：抗Dib抗體與雜合子反應(yīng)比純合子弱，根據(jù)反應(yīng)強(qiáng)度差別可以推測紅細(xì)胞是否攜帶Dib抗原。

第一層土方開挖地質(zhì)情況為雜填土，開挖長度為17.15m，寬度為13.4m，深度為1.9m，本層土方量為436.6m3。挖機(jī)進(jìn)入基坑范圍內(nèi)開挖、裝車。開挖至冠梁以下0.15m 后即完成第一層土方開挖，施工冠梁及第一道內(nèi)支撐。

第二層土方開挖地質(zhì)情況為素土和黏土、粉質(zhì)黏土，開挖長度為：14.75m，寬度為11.0m，深度為6.75m，本層土方量為：1095.2m3。本層土方開挖在第一道鋼筋砼支撐梁砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后進(jìn)行。采用豎向分層、平面分區(qū)域進(jìn)行土方開挖，開挖順序為先進(jìn)行支撐中間區(qū)域1 平面土方開挖，每層開挖厚度不超過2m，然后在進(jìn)行基坑四周邊角區(qū)域平面2 土方的開挖工作，平面中間區(qū)域1 范圍采用卡特短尾328D 型號挖機(jī)進(jìn)行土方開挖，平面四周四角范圍2 采用15 型微挖機(jī)挖出大挖機(jī)不能取土的部位，使得圍護(hù)樁基工作面達(dá)到可以進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨要求；同時，坑隨著開挖深度的逐漸加深，坑內(nèi)挖機(jī)無法將土棄于坑外，此時坑內(nèi)挖機(jī)負(fù)責(zé)挖、堆積土，采用地面液壓抓斗取土。開挖深度達(dá)10m 后，地層進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化，坑內(nèi)挖機(jī)加裝炮錘破碎巖石并堆積破碎石，由坑外抓斗繼續(xù)取土。直至本層土方開挖完成到第二道鋼筋砼支撐底面標(biāo)高以下0.15m，施工第二道內(nèi)支撐。

第三層至第五層，按照同樣的方法，完成所有土方開挖。

3.2.5 基坑鋼支撐架設(shè)

①鋼支撐布置及構(gòu)造。

基坑共設(shè)4 道鋼支撐，其中一道為鋼筋混凝土支撐，第二至第四道為鋼支撐，支撐采用Φ800mm t=20mm，腰梁為雙拼工63c 型鋼。

②施工工藝流程。

圖6 鋼支撐布置斷面圖

3.2.6 基坑監(jiān)測技術(shù)

基坑工程主要影響區(qū)為基坑周邊0.7H 范圍內(nèi)，一般影響區(qū)為基坑周邊0.7～2.0H 范圍內(nèi)，可能影響區(qū)為基坑周邊2.0H 范圍外，H 為基坑設(shè)計深度（m）?；庸こ瘫O(jiān)測范圍應(yīng)根據(jù)工程影響分區(qū)，結(jié)合設(shè)計要求、施工工法、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件等綜合確定，并包括主要影響區(qū)和一般影響區(qū)。綜合考慮，該深基坑監(jiān)測范圍取值為3.0H（H 表示基坑深度）。

依據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)程及設(shè)計文件，深基坑開挖深度超過20m屬于一級監(jiān)測等級。如表2所示。

表2 監(jiān)測項目

3.3 基坑開挖安全控制

基坑施工期間的組織安排和施工過程控制、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與穩(wěn)定性監(jiān)測十分重要，但安全開挖的措施也是基坑安全順利施工的關(guān)鍵。

基底30cm 采用人工開挖時，2 人操作的間距應(yīng)大于3m，不得對頭挖土，挖土面積較大時，每人的工作面積應(yīng)不小于6m2；基坑挖土嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入場地，挖掘機(jī)工作半徑范圍內(nèi)不得站人或進(jìn)行其他作業(yè)，必須確保支撐體系的安全可靠性，再向下開挖，以確?；臃€(wěn)定。在基坑內(nèi)進(jìn)行電焊作業(yè)時，應(yīng)做好個人的絕緣防護(hù)工作，嚴(yán)禁將電線盒用電設(shè)備浸泡在水中，以防漏電。基坑頂部嚴(yán)禁堆放重物，作業(yè)人員進(jìn)場必須登記，開挖過程中，隨時觀測周圍建筑物及路面。開挖過程中設(shè)1 處逃生通道，設(shè)1 處應(yīng)急爬梯。

4 實施效果

①基坑在施工中沒有出現(xiàn)明顯的滲水現(xiàn)象，表明實施上述關(guān)鍵技術(shù)的可靠性。

②施工監(jiān)測表明施工中未出現(xiàn)預(yù)警，地表沉降、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、建筑物沉降、支撐軸力、深層水平位移等監(jiān)測數(shù)據(jù)在整個開挖期間處在可控范圍內(nèi)，證明基坑變形和施工工況密切相關(guān)。

5 結(jié)論

①根規(guī)定超過5m 的基坑屬于危險性較大的深基坑，本基坑深約27m，因此深基坑開挖的安全性是首要考慮的，特別是對于本工程超深基坑，施工關(guān)鍵技術(shù)的選擇直接決定了開挖的風(fēng)險，本基坑第一道采用砼支撐+3 道鋼支撐+樁間噴錨的關(guān)鍵施工方案選擇，通過實踐證明須技術(shù)可行性和安全性可靠。

②通過城際地鐵上跨規(guī)劃河道現(xiàn)澆橋下部結(jié)構(gòu)超深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)的綜述，以南京城際地鐵寧句線為例，從圍護(hù)支撐、土方開挖、排水、安全控制等方面分析超深基坑施工的關(guān)鍵技術(shù)，可為城際地鐵施工超深基坑的施工提供新的思路。

③該超深關(guān)鍵技術(shù)的施工實施，通過過程監(jiān)測和施工安全得到了檢驗上述方案的實施，保證了施工過程中的安全。基坑施工期間的組織安排和施工過程控制、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與穩(wěn)定性監(jiān)測、安全開挖的措施是基坑安全順利施工的關(guān)鍵。