復(fù)雜環(huán)境下深基坑圍護(hù)設(shè)計施工方法研究

施晨凱

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

在上海城市建設(shè)迅速發(fā)展和土地資源逐步緊張的趨勢下，地下空間的開發(fā)利用進(jìn)一步成為行業(yè)關(guān)注的焦點，出于對空間利用的考慮，基坑深度越來越深，深度大于20 m的深基坑屢見不鮮。本文結(jié)合現(xiàn)場具體工程實例，對在鄰近地鐵及高壓管線等復(fù)雜條件下的深基坑圍護(hù)施工各項技術(shù)分別展開探討[1-3]。

1 工程概況

某建筑工程主體結(jié)構(gòu)地上12層，地下3層，為整體3層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)地下室，基坑大小為1 639 m2，周長為173 m，普遍區(qū)域開挖深度17.04 m。本工程基坑分為A、B兩區(qū)，其中A區(qū)基坑面積3 557 m2，基坑周長273 m；B區(qū)面積501 m2，基坑周長110 m?；优c東側(cè)軌交車站共用圍護(hù)結(jié)構(gòu)。項目周邊包括共建規(guī)劃公交樞紐站，共建公共綠地，并與緊鄰的新建軌交車站共建。同時，項目范圍內(nèi)有30 m的220 kV高壓控制帶須避讓，并有110 kV埋地電纜、φ500 mm給水、通信、電纜及市政管線須搬遷（圖1）。

圖1 周邊環(huán)境

2 基坑圍護(hù)設(shè)計計算

本工程基坑安全等級為1級，靠近東側(cè)鄰近軌交車站區(qū)域，環(huán)境保護(hù)等級為1級，其余區(qū)域為2級。按照項目的工程地質(zhì)條件，計算各區(qū)域地下連續(xù)墻的墻體變形內(nèi)力，進(jìn)而分析各個施工階段每個區(qū)域地下連續(xù)墻體的整體穩(wěn)定性。建設(shè)場地土層分布較穩(wěn)定，從頂部往下可劃分為8個大層、若干子層以及透鏡層。根據(jù)基坑不同區(qū)域，選取剖面進(jìn)行計算。地面超載設(shè)置為20～25 kPa。

以A區(qū)東北側(cè)深基坑區(qū)域為例，通過軟件建立基坑圍護(hù)簡易模型，代入A區(qū)東北側(cè)區(qū)域土體參數(shù)進(jìn)行內(nèi)力變形計算、整體的穩(wěn)定性驗算等一系列計算，得出A區(qū)東北側(cè)深基坑區(qū)域基坑圍護(hù)穩(wěn)定性計算結(jié)果（圖2），從中分析出A區(qū)東北側(cè)深基坑區(qū)域基坑圍護(hù)的具體情況。

圖2 變形內(nèi)力包絡(luò)

根據(jù)軟件計算得到該剖面變形內(nèi)力計算結(jié)果，該區(qū)域剖面取得最大正彎矩值1 677.8 kN·m、最大負(fù)彎矩值965 kN·m、最大正剪力值717.4 kN、最大負(fù)剪力值830.1 kN、最大位移值30.5 mm。由變形內(nèi)力計算結(jié)果可知，A區(qū)東北側(cè)深基坑區(qū)域地下連續(xù)墻相比于其他剖面的地下連續(xù)墻受力情況更加嚴(yán)峻，需要針對該區(qū)域的圍護(hù)采取SMW三軸攪拌樁、高壓旋噴注漿樁、TRD工法樁以及MJS工法樁的一種或多種復(fù)合加固措施。依據(jù)計算結(jié)果對東北側(cè)深基坑圍護(hù)進(jìn)行進(jìn)一步加固處理后，使該剖面基坑穩(wěn)定性能夠滿足一級基坑標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 圍護(hù)與加固施工重點

3.1 基坑圍護(hù)施工重點

根據(jù)本工程與鄰近軌交車站的圍護(hù)分布情況（圖3）穿插施工流程：開挖軌交車站端頭井及標(biāo)準(zhǔn)段→施工軌交車站1號風(fēng)亭、2號風(fēng)亭→施工軌交車站7號出入口及相應(yīng)通道→軌交車站結(jié)構(gòu)頂板達(dá)到設(shè)計要求強(qiáng)度后進(jìn)行A區(qū)基坑土方開挖→A區(qū)基坑頂板達(dá)到設(shè)計要求后進(jìn)行B區(qū)基坑的開挖。

圖3 基坑區(qū)域分布

A區(qū)基坑豎向設(shè)有3處臨時鋼筋混凝土水平支撐組成支撐體系，B區(qū)基坑設(shè)有4處臨時水平支撐組成支撐體系（豎向從上至下第1處是鋼筋混凝土支撐，第2—第4處則是帶軸壓伺服系統(tǒng)的鋼支撐）。豎向支撐使用臨時角鋼、格構(gòu)鋼立柱結(jié)合柱下鉆孔灌注樁形成整個系統(tǒng)。

3.2 坑內(nèi)加固施工重點

A區(qū)基坑加固分為三軸攪拌樁加固以及高壓旋噴注漿樁加固，對地基被動區(qū)土體進(jìn)行三軸攪拌樁的墩式加固，對殘余的坑內(nèi)土體則利用三軸攪拌樁在整個基坑平面進(jìn)行間斷式加固以及布置于基坑四周進(jìn)行連續(xù)式加固。B區(qū)基坑加固則采用滿堂加固措施，地下連續(xù)墻接縫止水均采用高壓旋噴注漿樁。

A區(qū)基坑區(qū)域采用高壓旋噴注漿樁配合壓密注漿的形式，42.5級水泥壓密注漿，并確保注漿率達(dá)20%。水灰比為0.55，拔管高度0.33 m，注漿間距1 m，注漿順序采用跳孔注漿，多排注漿孔分布形狀為梅花形。

3.3 TRD工法樁施工重點

因施工場地北側(cè)上空有220 kV超高壓輸電線路，北側(cè)施工限高，無法使用三軸攪拌樁進(jìn)行加固，故采用TRD工法進(jìn)行加固。

T R D工法樁施工要點：地下連續(xù)墻水泥摻量不小于2 5%，水泥強(qiáng)度不低于4 2.5級，用量不小于450 kg/m3。水泥漿液水灰比為1.0～1.3。水灰比具體數(shù)值及外摻劑根據(jù)施工經(jīng)驗現(xiàn)場確定，在填土、淤泥質(zhì)等軟弱土層中適當(dāng)提高水泥摻量。同時明確TRD施工設(shè)備型號，深化施工方案，細(xì)化施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和施工參數(shù)，墻深超過25 m時應(yīng)采用三步施工法施工，明確墻身強(qiáng)度和檢測要求。TRD工法制備的地下連續(xù)墻，其經(jīng)過28 d齡期所具有的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足施工要求。

3.4 MJS工法樁施工重點

本工程基坑與軌交車站風(fēng)亭地下連續(xù)墻之間采用MJS工法樁填充，MJS采用φ2 000 mm定角度180°高壓旋噴樁，間距為1 500 mm，深度范圍為－42.00～－6.50 m。

施工工藝流程：測量放樣→引孔鉆孔→MJS工法設(shè)備就位→MJS鉆桿通過拼裝進(jìn)入土體→鉆桿到達(dá)指定深度→測量垂直度，若不合格拔出鉆桿重新施工→垂直度合格，進(jìn)行地內(nèi)壓力監(jiān)測→地內(nèi)壓力正常，進(jìn)行工法樁施工。

MJS工法樁施工要點：MJS大直徑高壓旋噴樁施工過程中氣壓不小于7 MPa，水泥漿液壓力宜大于40 MPa。施工現(xiàn)場根據(jù)上述要求進(jìn)行2根現(xiàn)場非原位的大直徑高壓旋噴樁試成樁試驗，以28 d后的樁體取芯來判定強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)。

4 高壓線下地下連續(xù)墻鋼筋籠限高吊裝

4.1 高壓線下地下連續(xù)墻鋼筋籠分段吊裝計算

在進(jìn)行地下連續(xù)墻鋼筋籠施工前，對東側(cè)遷改管線與基坑分布關(guān)系和鐵塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行查明，核實220 kV高壓線風(fēng)偏范圍，查明鋼筋籠吊裝在該范圍內(nèi)的施工內(nèi)容，并形成專項施工方案和高壓線保護(hù)方案。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用的地下連續(xù)墻中，21幅墻厚1 000 mm，5幅墻厚800 mm。地下連續(xù)墻開挖采用隔幅開挖施工。地下連續(xù)墻厚0.8、1.0 m，主筋均為32、28 mm，以鎖口管接頭連接地下連續(xù)墻槽段，鋼筋籠長31.10～44.15 m。按本工程吊裝設(shè)計應(yīng)該以31.1 m鋼筋籠設(shè)計為基準(zhǔn)，地下連續(xù)墻共分為“一”字形和“L”形2種。其中，整體吊裝最重鋼筋籠為擴(kuò)大段“一”字形鋼筋籠，設(shè)計質(zhì)量43.8 t，含預(yù)埋筋、聲測管、定位墊塊、吊具等。

本方案按照“一”字形地下連續(xù)墻鋼筋籠進(jìn)行吊裝驗算，以鋼筋籠重43.8 t來配置吊車，分析吊裝是否安全。擬配置180 t主吊與50 t副吊配合吊裝施工，鋼筋籠采用6個吊點吊裝，其中主吊機(jī)4個吊點，副吊機(jī)2個吊點，以保證鋼筋籠順利起吊進(jìn)槽。本項目受場地狹小及220 kV高壓線影響，因此，分節(jié)吊裝、分節(jié)拼裝進(jìn)槽的方法應(yīng)用于全部的地下連續(xù)墻。由于6 m是220 kV高壓線最小的安全距離，這就要求施工機(jī)具、鋼筋籠安裝高度控制在13.5 m之內(nèi)才能確保安全施工。

吊裝工況分3個部分進(jìn)行計算：分段吊裝驗算、鋼筋籠對接及整體提升驗算和高度驗算。通過代入10.2 t的分段鋼筋籠質(zhì)量、4.0 t的吊具質(zhì)量、12 m的回轉(zhuǎn)半徑及152.87 kN的單根鋼絲繩容許拉力等參數(shù)計算，結(jié)果得到吊具起重量為43.8 t，單根鋼絲繩拉力為147.8 kN，扁擔(dān)上部卸扣荷載249.4 kN，接著進(jìn)一步開展10#槽鋼的擱置扁擔(dān)截面抗彎驗算、吊車行駛道路的地基承載力驗算及吊裝的吊點、焊縫強(qiáng)度等相關(guān)驗算。

4.2 高壓線下地下連續(xù)墻鋼筋籠分段吊裝施工

本工程地下連續(xù)墻施工受北側(cè)場地上空220 kV高壓輸電線路影響，北側(cè)場地的地下連續(xù)墻無法采用常規(guī)方法進(jìn)行施工，故北側(cè)地下連續(xù)墻采用鋼筋籠分段吊裝法進(jìn)行施工。重型道路采用厚500 mm水泥土換填后，鋼筋為雙層雙向φ14 mm@250 mm，材料為HRB400的鋼筋，澆筑厚2 500 mm的C30混凝土。

鋼筋籠分段吊裝施工要點：現(xiàn)場成槽機(jī)采用SG46。成槽機(jī)高度不滿足凈空高度，因此，對成槽機(jī)進(jìn)行改裝，拆除中間桅桿，降低成槽機(jī)高度，滿足凈空要求。成槽機(jī)抓土后無法直接裝車，需把土放置在地面，再由挖機(jī)配合裝入土方車后運(yùn)走。220 kV高壓走廊距離地面非常近，吊車的選擇非常重要，一是要滿足凈空要求，二是要可以滿足鋼筋籠吊裝要求。經(jīng)過計算，鋼筋籠總質(zhì)量35 t（不含吊具）。使用180 t的履帶吊吊車、50 t的履帶吊各1臺進(jìn)行共同作業(yè)，2臺吊車吊裝鋼筋籠入槽。鋼筋籠先由180 t吊車水平吊起，然后抬起180 t吊車主吊鉤、下放50 t吊車副吊鉤，最后由180 t吊車將鋼筋籠騰空吊直。本項目地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)為鎖口管接頭，考慮到上部高壓線在下放與頂拔鎖口管時吊車高度無法保證足夠的安全距離，因此，部分地下連續(xù)墻經(jīng)過設(shè)計同意，將接頭更改為H型鋼接頭，可以避免鎖口管下放與頂拔。

鋼筋籠分段吊裝施工流程：首節(jié)鋼筋籠吊裝→首節(jié)鋼筋籠放置在導(dǎo)墻上→下節(jié)鋼筋籠就位，對接→對接完成，下放就位，擱置導(dǎo)墻上→最后一節(jié)鋼筋籠就位，對接→對接完成，下放。

5 結(jié)語

本文結(jié)合實際工程，對同時存在軌交線路、高壓線和其他復(fù)雜條件的深基坑工程設(shè)計施工技術(shù)進(jìn)行綜合分析，通過軟件計算得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形內(nèi)力，驗算基坑的整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和墻底抗隆起穩(wěn)定性，采取加固措施使基坑設(shè)計滿足安全等級要求。同時，圍繞建筑基坑圍護(hù)與鄰近地鐵站圍護(hù)穿插作業(yè)、坑內(nèi)三軸攪拌樁與高壓旋噴樁加固、坑外TRD與MJS工法樁加固，分析了地下連續(xù)墻圍護(hù)與土體加固施工重點；最后，著重分析了高壓線下地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝及地下連續(xù)墻施工重點，解決了本工程高壓線下鄰近地鐵的深基坑設(shè)計施工技術(shù)難題，為工程順利實施提供技術(shù)支持。