咬合桩在紧邻地铁基坑工程清障中的设计与应用

2020-07-04赵军

江西建材 2020年6期

赵军

上海申元岩土工程有限公司，上海 200011

随着我国城市地下空间开发的不断发展，新建基坑工程越来越多。一方面，由于城市更新过程中，旧建筑物拆除重建时，原有地下室基础或工程桩遗留在场地内；另一方面，由于工程开发时的客观因素制约，先施工结构无法考虑对后续开发的影响等，这些往往成为新建基坑工程的地下障碍物，为后续工程开发建设增加了较大的难度。如何选取一个合适的清障方案，对新建工程的工期和造价影响较大［1］。

本文以软土地区的某紧邻地铁基坑工程为背景，针对先施工的过街通道顶管及工作井深入拟建地下室内部，介绍了基坑工程清障设计中面临的一系列技术难点，以及为了清障采取的相应技术措施，验证了咬合桩在穿越既有通道基坑工程清障中的可行性，可以为类似工程的清障设计施工提供重要的参考和借鉴。

1 工程概况

项目坐落于上海市滨江区域，龙耀路以北、规划云谣路以西、规划龙启路以南、规划丰谷路以东。场地中间是云锦路，将本项目分为东地块和西地块。项目总用地面积约7.2 万m2，建筑面积约51 万m2，整体设置三层地下室（局部两层），东地块和西地块的基坑面积分别为3.4 万m2和3.2 万m2，常规区域的开挖深度约15.7～18.6m，局部深坑的开挖深度约24m。

云锦路下方是上海地铁11 号线（云锦路站-龙耀路）区间隧道，已经投入运营。地墙隧道为盾构法施工，隧道直径约6.2m，管片厚度约350mm，上下行线分离，隧道顶部的埋深约8.36～11.66m。地铁隧道距离东地块地下室外墙最近约8.3m，距离西地块地下室外墙最近约40.2m。

云锦路下方有已施工完成的过街通道，连接东西两个地块。采用顶管法施工，通道顶部覆土厚度约3.5m，矩形顶管内径6mx3.3m，壁厚450mm，单节顶管宽度1.5m。通道长45.1m，东西两侧分别设置了顶管工作井，采用SMW 工法围护，工作井埋深9.3m。

图1 基坑周边环境图

图2 地下过街通道与拟建地下室剖面关系图

本项目地下过街通道位于地铁隧道上方，地下过街通道实施前，地铁区间隧道正在施工，尚未投入运营。为尽量降低过街通道顶管施工对地铁区间隧道的影响，经过与地铁主管部门沟通，本项目的顶管施工必须在地铁开通运营前完成，因此，地下过街通道先于两侧地块地下室施工。其中东侧的工作井位于拟建地下室内部。

本工程基坑设计和施工中，如何选取顶管工作井区域的清障方案，保证东侧地块基坑工程的顺利进行，并确保清障和基坑施工对正在运营中的地铁隧道的影响在安全范围以内，是本项目的难点之一。

2 基坑设计方案简述

本项目属于软土地区超深超大基坑，根据建设单位的项目开发计划，为保证两侧地块的超高层塔楼尽快完成，东西地块基坑工程需同步实施，基坑大面积同时开挖引起的环境影响将非常显著。为了保护基坑周边环境，特别是正在运营的地铁区间隧道的安全，本项目的基坑设计采取了大量针对性的技术手段［2］。

首先，分区施工，化大坑为小坑。东地块的基坑距离地铁区间隧道最近仅8.3m，根据塔楼、裙房的位置，与地铁隧道的距离关系等，分为7 个区。西地块的基坑分区为3 个，单个分区基坑面积控制在1 万m2以内，分区需同时兼顾塔楼和裙房结构的相对完整性。

其次，周边围护结构采用地下连续墙两墙合一的形式，保证围护结构整体刚度以及止水质量，以控制变形和保护周边环境。临近地铁侧，地下连续墙的厚度采用1000mm，并且在地下连续墙两侧设置三轴水泥土搅拌桩作为槽壁加固，从而减少地下连续墙成槽过程中的环境影响，其他区域和基坑分区的临时分隔墙，地下连续墙采用800mm。

第三，为了保证运营地铁隧道的安全，每个分区基坑竖向设置三道水平钢筋混凝土支撑，并设置了大量水平施工栈桥，加快土方开挖及运输速度。在临近地铁侧的地下二层区域，每个窄条基坑竖向均设置三道水平支撑，其中第一道支撑采用钢筋混凝土，第二/三道支撑采用钢管支撑，且钢管支撑采用轴力自伺服系统，可以根据支撑轴力监测情况，实施调整钢支撑的预应力大小，控制围护结构变形。

3 既有顶管及工作井清障设计方案

3.1 清障设计思路

本项目由于开发条件的客观因素制约，地下过街通道必须在地铁区间隧道正式运营前完成，因此先于两侧地块的新建地下室完成，且东侧的过街通道顶管及工作井已经深入拟建地下室的内部，成为新建地下室施工的地下障碍物。过街通道和工作井的埋深约9.3m，清障深度大，且紧邻正在运营的地铁区间隧道，环境保护要求极为苛刻，必须采取安全可靠的清障措施，将清障对周围环境的影响降至最低。

根据项目的实际情况，可供选择的清障方案主要有三种：

方案一、采取临时基坑围护结构（如SMW 工法或钢板桩等），明挖法清除地下障碍物，回填密实后，再施工该区域的基坑围护结构（地下连续墙）。该方案的清障技术难度低，费用最少，但是对周边环境的影响较大，且清障工期最长［3］。

方案二、采用全回转钻机清障，回填密实后，再施工该区域的基坑围护结构（地下连续墙）。该方案的清障费用较高，且清障后需重新施工围护结构，清障工期较长。

方案三、采用全回转钻机施工咬合桩（作为新建基坑的围护结构），清障和新施工围护结构相结合。该方案的清障费用较高，但清障工期最短，对周边环境的影响最小。

综上所述，考虑到本项目基坑工期紧张，且紧邻地铁区间隧道，变形控制要求极为苛刻，因此，最终清障设计方案采用方案三，直接利用全回转钻机施工咬合桩，将清障和围护结构施工相结合。

图3 地下室轮廓与工作井平面位置图

图4 咬合桩平面布置及施工流程图

3.2 清障设计方案

根据东地块的地下室轮廓线，本项目拟建地下室外墙，正好贯穿过街通道的顶管区域，该区域结构为预制拼接管片，单节管片宽度1.5m，如果采用全回转钻机清障，则该区域的顶管管片极易发生破坏，新建地下室与过街通道之间后期的结构连接和防水等将难以实施。因此，经沟通，最终将该区域的地下室轮廓线进行了调整，地下室外墙贯穿原工作井区域，全回转钻机清障和咬合桩施工，均在工作井范围内，方便后期新建地下室和已建地下过街通道的结构连接和节点防水处理。

该区域采用Φ 1200mm 的咬合桩，清障和后期基坑围护相结合，咬合桩采用硬咬合工艺施工，相邻桩之间咬合250mm，咬合桩的深度同临近的地下连续墙围护结构。咬合桩施工采用跳桩法施工，先施工A 桩（配置矩形钢筋笼），后施工B 桩（配置圆形钢筋笼），施工工艺流程如下：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3。

4 项目实施及监测情况

4.1 项目实施情况

本项目工作井区域清障施工，采用一台RT200全回转钻机，从进场清障到咬合桩完成，工期40d。工作井所在的东地块基坑分区，基坑从开挖到底板完成时，历时28d。

清障及新建基坑施工的工况如下：

工况一、在原工作井内部施工400mm 厚的临时封堵墙；

工况二、拆除工作井顶板，在工作井内部回填粘土，并分层碾压密实；

工况三、采用全回转钻机清障并施工咬合桩；

工况四、根据基坑分区开挖顺序，开挖工作井所在的窄条基坑，并边挖边破除原工作井结构，待基坑开挖到底后，回筑完成新建地下室结构；

工况五、凿除咬合桩，将新建地下室结构与地下过街通道结构连通。

4.2 监测结果分析

监测数据表明，临近地铁隧道的小基坑，基坑开挖到底时，围护结构的最大侧向变形为3.8mm，深度为13.5m。本项目为控制清障和基坑开挖的环境影响，采取的一系列针对性的技术手段，如通过化大坑为小坑缩短单个基坑施工时间，采用咬合桩将清障和基坑围护相结合，以及钢支撑轴力自伺服系统的应用等，有效的控制了基坑变形。

清障和基坑开挖期间，临近的地铁隧道变形较为稳定，竖向变形的平均值在-2mm～+3mm左右；距离基坑最近的东侧地铁隧道，变形以竖向沉降为主，在基坑中段的沉降最大，其累积沉降值约10mm，南北两段的沉降最大，其累积沉降值约5mm，基坑变形曲线呈现明显的“马鞍形”分布（见图5）。

经过与地铁监护部门沟通确认，本项目地铁隧道新增变形报警值为10mm。为了保证地铁是隧道的安全运营，在清障和基坑土方开挖期间，结合现场监测情况，设计对清障、土方开挖、降水等相关施工工序提出了详细的技术要求和指导，并定期与地铁监护部门沟通确认隧道变形情况，从清障开始至全部地下室完成时，地铁隧道的新增变形未超过10mm，有效地保护了地铁隧道。