復(fù)雜地下條件下的基坑施工應(yīng)用研究

黃鑫峰

(北京建材地質(zhì)工程有限公司，北京 100010)

1 案例工程概況

本文案例工程位于北京市朝陽區(qū)，為高樓的基礎(chǔ)土護(hù)降項(xiàng)目。基坑北起科薈路，南至科薈南路，西起天辰西路，東至天辰東路。本工程地下3層，基坑開挖深度17.60 m，基坑占地面積53 670 m2，基坑周長約900 m。絕對標(biāo)高+45.800 m，場地自然地面按照平均絕對標(biāo)高+45.300設(shè)計(jì)，即相對標(biāo)高-0.500 m。項(xiàng)目四周均為公路，部分路段有地下通道。

工程地塊表層為厚度1.50～4.20 m(C18#鉆孔附近約為6.90 m)的人工堆積之房渣土層及黏質(zhì)粉土素填土、砂質(zhì)粉土素填土層。人工堆積層以下為第四紀(jì)沉積的黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土層和重粉質(zhì)黏土層，深度在1.50～16.50 m。再其下為卵石層，深度在16.50～30.50 m?；娱_挖土方主要為粉土和黏土，土層含水率和滲透性較高。本場地巖土工程初步勘察期間，于鉆孔中實(shí)測到多層地下水，第一層為臺地潛水，穩(wěn)定水位埋深5.00～5.80 m；第二層為層間水(具微承壓性)，穩(wěn)定水位埋深11.20～19.40 m，第三層為承壓水，穩(wěn)定水位埋深25.30～27.30 m。由于基坑開挖深度為17.60 m，因此，地下水的影響需要考慮在支護(hù)方案中。

除開水文和地質(zhì)條件，經(jīng)勘測，工程地塊存在影響基坑施工的地下障礙包括地下管線和地下人工建筑。地下管線是城市重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施，國家明令禁止損害和擅自更改變動(dòng)這些設(shè)施。同時(shí)，燃?xì)?、電力等管線處置不當(dāng)容易發(fā)生爆炸、火災(zāi)等重大事故，因此需要專業(yè)處理。根據(jù)業(yè)主資料和現(xiàn)場勘測，現(xiàn)場主要地下管線有：給水管、燃?xì)夤芫€、熱力管、電力管、電信管及不明管線等。而地下人工建筑主要位于地塊西側(cè)及南側(cè)區(qū)域，為公路下穿地下通道。工程施工雖然不會破壞地下通道本身，但地下通道支護(hù)工程存在影響基坑施工的地下土釘及錨桿，如果不經(jīng)科學(xué)分析，強(qiáng)行破壞這些設(shè)施，必然會影響到臨近工程的穩(wěn)定性。

2 基坑支護(hù)整體方案

考慮到基坑土質(zhì)較好，基坑支護(hù)方案主要采取排樁支護(hù)+降水井止水方案。排樁結(jié)構(gòu)在不同區(qū)段根據(jù)地形設(shè)計(jì)不同方案。主要結(jié)構(gòu)為單排樁+錨桿，部分區(qū)域階梯式設(shè)樁或設(shè)置雙排樁。另在部分區(qū)域采用土釘墻+單排樁+錨桿工藝。排樁支護(hù)采用直徑800 mm鋼筋混凝土灌注樁，護(hù)坡樁間距為1.60 m(局部1 000 mm@1.50 m)，護(hù)坡樁分區(qū)設(shè)置，不同區(qū)域長度不等。樁頂設(shè)置冠梁，尺寸分1 000 mm×600 mm和1 200 mm×600 mm兩類，部分邊角等區(qū)域設(shè)置連梁和拉梁。護(hù)坡樁下設(shè)置三或四道鋼絞線錨桿，錨桿長度13～17 m，傾角15～20°。錨桿孔直徑150 mm，沿桿體軸線方向每隔3.0 m設(shè)定架立環(huán)。土釘錨筋長4.0～6.0 m, 孔徑100 mm，水平間距1.5 m，共設(shè)置三層。土釘注漿漿液為純水泥漿，注漿水灰比0.5～0.6。樁間土施工采用掛網(wǎng)噴混凝土工藝，噴射混凝土厚度60 mm，內(nèi)設(shè)雙向Φ6.5@200鋼筋網(wǎng)，水平插筋采用打入或成孔植筋方式。

在水環(huán)境處理上，因微承壓地下水位在基坑基底以上，采用由降水管井和疏干井組成的管井系統(tǒng)，封閉基坑圍降的方法控制地下水[1]。降水井主要是在護(hù)坡樁外側(cè)約1.50 m處設(shè)置井徑600 mm降水井，采用反循環(huán)鉆機(jī)配合沖擊鉆成孔，間距約8.00 m，共計(jì)約64口降水井。疏干井設(shè)置在基坑內(nèi)，直徑600 mm、間距約30 m，井深約30 m，共計(jì)約24口。水井采用井管為Φ400 mm無砂混凝土濾水管，底部2 m作為沉淀用。井底放置在混凝土預(yù)制托底，以穩(wěn)固濾水管。

同時(shí)，由于工程采用降水井方案降水，降水井是規(guī)律性地科學(xué)分布的，屬于先期工程，其與后期部分排樁支護(hù)工程錨桿可能存在沖突。因此，基坑支護(hù)方案必須考慮如何妥善應(yīng)對這類地下施工沖突。

3 地下管線和地下障礙處置方案

建設(shè)場區(qū)場內(nèi)地下管線較多，臨近工程的地下建筑以及工程前期的地下人工建筑均屬于地下障礙。根據(jù)處理難度差異，處置方案主要分為地下管線與地下支護(hù)類障礙兩類處置方案。

3.1 地下管線

對于地下管線等地下設(shè)施，需要協(xié)調(diào)協(xié)商，并采用專業(yè)技術(shù)處理。本工程中，主要采用遷移和保護(hù)措施。

3.1.1 調(diào) 查

對于地線管線，首先需要摸清管線類型和在地下的分布及走向情況。依據(jù)建設(shè)方所提供的的工程地質(zhì)勘查報(bào)告、基坑開挖范圍內(nèi)及影響范圍內(nèi)的各種管線、地面建筑物等有關(guān)資料，查閱有關(guān)專業(yè)技術(shù)資料，掌握管線的施工年限、使用狀況、位置、埋深等數(shù)據(jù)信息。收集核實(shí)資料完畢后，對基坑施工范圍內(nèi)的地下管線現(xiàn)場勘察。采用管線探測儀輔助人工開挖確認(rèn)地下管線是否與前期調(diào)查資料相符，不符合的應(yīng)回訪確認(rèn)?，F(xiàn)場核查完畢后，將調(diào)查的管線、地下建(構(gòu))筑物的位置埋深等實(shí)際情況按照比例標(biāo)注在施工平面圖上，并在現(xiàn)場做出醒目標(biāo)志。

3.1.2 編制施工組織設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對施工過程中地下管線、地面建(構(gòu))筑物可能出現(xiàn)的安全狀態(tài)進(jìn)行分析，識別重要危險(xiǎn)因素，評價(jià)其危險(xiǎn)程度，制定中、高度危險(xiǎn)因素的安全技術(shù)措施。對于重要的地下管線、地面與地下建(構(gòu))筑物必須進(jìn)行基坑開挖工況影響分析，確定影響程度，以便在施工措施中確定合理的基坑支護(hù)、開挖方法，確保施工過程中管線及各種構(gòu)筑物的安全?，F(xiàn)場通過開挖探坑等方式露出地下管線并標(biāo)識清楚走向、埋深、名稱等內(nèi)容，同時(shí)根據(jù)施工需求提出具體的搬遷及保護(hù)措施。

3.1.3 具體保護(hù)措施

地下管線具體保護(hù)措施主要分為三類。

1)遷移、拆除措施，主要是針對易于遷移或廢棄不用的管線，可臨時(shí)搬遷或拆除，施工前，與業(yè)主協(xié)商，確保遷移不影響公共用水、用電安全，遷移后的管線，施工完成后要復(fù)原的，需要復(fù)原。

2)支托措施，對不能進(jìn)行移動(dòng)和拆除的，特別是橫跨在基坑上方的管線，且易于支撐的，可采用支托法。支托既可以用沙袋等臨時(shí)支撐，又可修建永久支撐，針對各種管線的控制要求，采取相應(yīng)的保護(hù)方案，設(shè)計(jì)出具體的支托參數(shù)，支托結(jié)構(gòu)必須座落在堅(jiān)實(shí)的、穩(wěn)定可靠的支墩上，施工前，在地面上標(biāo)畫出地下管線的位置，并對施工人員進(jìn)行交底，專人看護(hù)挖土深度，待施工到地下管線位置時(shí)，采用人工挖土，避免被挖掘機(jī)挖斷管線，當(dāng)挖土至地下管線明露后，用多層板進(jìn)行封閉保護(hù)，然后修建人工支撐，支撐完工后還應(yīng)設(shè)置警示牌，避免碰撞，支托工程完工并經(jīng)檢查合格后，再采用人工開挖其下部土方。

3)采用懸吊或懸吊與支撐結(jié)合。懸吊施工前著重查明懸吊管線種類、規(guī)格、埋深、材質(zhì)、接頭型式、節(jié)長和管線基礎(chǔ)等資料，根據(jù)查明的管線資料，計(jì)算懸吊參數(shù)，設(shè)計(jì)懸吊方案。對于給水管等硬管，在開挖前，要先在該位置人工挖出樣洞摸清管線走向、管節(jié)的接口位置，再以鋼板樁或桐木橫架將要開挖的溝槽上用鋼絲繩將管子吊住。如果管子的接頭全部暴露在外，則在兩節(jié)管子的接口處都要以鋼絲繩吊牢。對于通信管、電力導(dǎo)管等，因這種管線的導(dǎo)管長度較短，安全可靠的方法是采用下托結(jié)合上吊的措施，即在導(dǎo)管的背面用符合要求的寸板或板樁托著，上面用鋼板樁等連同托板將管子一起吊牢。如果管道漏水(氣)，必須修理好后方可懸吊。管道較長或接口有斷裂危險(xiǎn)時(shí)，采取加固措施后再懸吊或直接架設(shè)在鋼梁上，具體施工時(shí)，要與管線基準(zhǔn)值的對比分析來掌握管線的實(shí)際狀況，并反饋信息，及時(shí)、靈活地調(diào)整施工工藝。

3.2 地下土釘墻以及地下井

經(jīng)研究分析，施工將在不影響障礙對象對臨近工程支護(hù)效果的基礎(chǔ)上，對障礙對象采取截除方案。而對于地下井，則主要采取規(guī)避措施。

3.2.1 地下通道土釘墻沖突處理措施

基坑周邊道路的地下通道雖然與基坑有超過3 m以上間距，但原有地下通道的基坑建有土釘墻支護(hù)，與本案中的排樁和錨桿均有沖突，見圖1。

圖1 地下錨桿障礙示意圖

為應(yīng)對此地下障礙，本工程采用特殊成孔和割除方案。護(hù)坡坡樁成孔可能會碰到原支護(hù)土釘桿體和注漿體，因此選用旋挖鉆機(jī)靜態(tài)泥漿護(hù)壁成孔工藝，由于旋挖鉆機(jī)扭矩大，能絞斷鋼筋和注漿體。當(dāng)旋挖鉆機(jī)成孔遇到原地下通道肥槽回填土?xí)r，可能會產(chǎn)生嚴(yán)重漏漿的情況，因此需配備長護(hù)筒以穿過肥槽回填土層，以阻隔泥漿滲露通道。當(dāng)旋挖鉆機(jī)成樁通過原地下通道肥槽回填土，進(jìn)入原土釘墻噴錨面后，在軟硬交界面容易產(chǎn)生偏移，導(dǎo)致樁位偏差加大。因此，在成孔過程中需不斷調(diào)整鉆桿角度，通過自動(dòng)顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。

對于錨桿施工，開挖該范圍內(nèi)的土方需采用人工配合機(jī)械分層分步進(jìn)行?，F(xiàn)場施工人員采用手砂輪和氣割分層截?cái)嗤玲?，再按土釘分層間距逐步開挖。錨桿施工過程中，為盡量避免觸碰原有土釘，可在原支護(hù)結(jié)構(gòu)土釘截?cái)嗷虮┞段恢糜眉t漆做出標(biāo)識，根據(jù)開挖的情況初步判斷其走向和角度，然后再調(diào)整錨桿的開孔角度或位置。工程支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿碰到原有支護(hù)土釘，需調(diào)整開孔位置再進(jìn)行試成孔，原廢棄孔位需注漿處理。

3.2.2 地下井障礙處理方案

工程部分地段支護(hù)結(jié)構(gòu)為“上部土釘墻+下部樁錨”結(jié)合“樁錨支護(hù)”結(jié)構(gòu)。有大量土釘及預(yù)應(yīng)力錨索從降水井兩側(cè)穿過，存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。保護(hù)降水井設(shè)施，規(guī)避沖突是最佳選擇。首先在降水井井位施放時(shí)，采用坐標(biāo)形式逐一施放，嚴(yán)禁簡單采用施放直線2個(gè)端點(diǎn)，中間尺量的方式來定井的位置。土釘施工中，在滿足土釘間距施工要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整，使得土釘距離降水井的距離盡量大。在土釘、錨索注漿施工時(shí)，靠近降水井的土釘、錨索注漿可采用加早強(qiáng)劑的方式使其盡快凝結(jié)硬化，同時(shí)派專人隨時(shí)觀察井內(nèi)抽水情況，如出現(xiàn)水泥漿滲漏情況，及時(shí)洗井，同時(shí)停止注漿。如果出現(xiàn)桿體損壞降水井的情況，降水井無法使用，可采取距離土釘上口較遠(yuǎn)邊緣補(bǔ)打、增加降水井的方式來保證有效降水。

4 結(jié) 語

地下管線、障礙等難以肉眼觀察到，即使有圖紙，也有可能因?yàn)槠疃鴮?dǎo)致施工遇阻礙。因此，基坑施工前因做足應(yīng)對方案，對各種地下障礙均考慮到位。本工程地下管線復(fù)雜，施工中采用遷移、支托、懸吊等多類方案處置地下管線。同時(shí)，采取切除地下土釘和旋挖鉆機(jī)方案，有效應(yīng)對了地下土釘墻沖突。工程應(yīng)對地下障礙的方案對同類工程施工有一定借鑒意義。

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