复杂环境下车站深基坑工程支护及开挖施工技术

2020-12-17刘文胜梁文新黄华祥

绿色环保建材 2020年11期

刘文胜梁文新黄华祥

中建五局土木工程有限公司

1 引言

基坑工程支护通常采用放坡开挖、围护墙深层搅拌水泥土、高压旋喷桩、槽钢钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、土钉墙、SMW工法（劲性水泥土搅拌桩法）等方法，而深基坑工程支护及开挖则通常采用钻孔灌注桩、地下连续墙、多级台阶式放坡开挖方法。在城市建设工程施工中，如若采用多级台阶式放坡开挖施工方法势必会存在：工程施工占地范围广导致建筑物拆迁费用增高、土方开挖和外弃数量大造成工程施工费用增高、开挖后边坡坡面面积大容易遭受雨水冲刷造成基坑边坡失稳甚至产生塌方事故、水土流失严重对周边环境造成严重污染；采用地下连续墙施工方法势必会增加工程造价且施工要求专用设备等诸多问题。

2 工程概况

降桥站是南宁市轨道交通5号线一期工程从南到北的第16个站，车站附属B号出入口临近学校学生宿舍楼，坐落于偏压地质山坡悬坎壁上且有110kV 架空高压输电线路、DN400mm～DN600mm呈直线且上下或左右弯折形状的给水管道凌驾和横跨于施工现场上方。为此，工程施工中，尤其是在偏压地质、地下管线和架空高压线路受阻环境下，采用钻孔灌注桩排桩+桩板墙+桩间喷锚+三级内支撑组合支护及开挖施工方法，能克服现有技术中存在的诸多问题。

3 施工方法

3.1 施工工艺流程

施工准备→管线原位防护→围护桩施工→冠梁及挡墙施工→坑外挡水排水施工→土石方开挖→围护桩桩间桩板墙施工→围护桩桩间喷锚施工→腰梁及支撑梁施工→附属主体结构底板施工→施工监测→结束。

3.2 施工要点

3.2.1 施工准备

工程施工前，须对车站附属B 号出入口施工区域内的地下管线进行探明和对学校学生宿舍楼结构进行查勘和安全性鉴定。

3.2.2 管线原位防护

（1）对于凌驾附属B号出入口上方的110kV架空高压输电线路，采用就地设置安全距离限高限宽水平防护装置，并在水平防护装置上安装封顶网、LED灯带和“上方高压、禁止靠近”警示标识牌；对于横跨附属B 号出入口上方的DN400mm～DN600mm 给水管道，采用工字钢作为悬吊梁、悬空两端围护桩顶冠梁及挡墙支撑、悬空中部钢丝绳悬吊方法进行管线原位防护。

（2）既能在架空高压输电线路和在给水管道悬空下方区域能安全顺利地完成附属B号出入口施工，又能缩短施工工期、减少施工工作量、降低施工成本，不干扰片区居民或商家正常生活，又能节省土地资源、防止植被破坏及土地流失污染周边环境。

3.2.3 围护桩施工

（1）待110kV架空高压输电线路完成原位防护后，按工程施工图设计放样和施工围护桩，围护桩桩长为5.50m～23.90m。在山坡悬坎壁且高出附属B 号出入口顶面地段的围护桩按Φ1000@1200mm 或Φ1200@1500mm 永久性结构钻孔灌注桩进行施工，其混凝土为C35 水下混凝土；其余地段的围护桩按Φ800@1100mm 或Φ1000@1200mm 钻孔灌注桩进行施工，其混凝土为C30 水下混凝土进行施工；因受给水管道所处位置影响而未施工的围护桩，经设计变更同意后，待基坑土方开挖作业时，同步进行围护桩桩间桩板墙施工。

（2）当围护桩混凝土强度达到设计强度70%且不低于15MPa 时，对围护桩按检测数量不少于总桩数数量20%且不少于10根的频率进行桩身完整性检测。附属B号出入口围护桩经现场检测桩身完整性均为Ⅰ类桩，符合设计要求。

3.2.4 冠梁及挡墙施工

在围护桩顶面上施作尺寸为1000mm×500mm∕1200mm×500mm 永久性结构冠梁和800mm×800mm 冠梁。当冠梁混凝土强度达到5MPa 时，在其顶面施作永久性混凝土挡墙和挡墙，挡墙顶面均高出学校宿舍楼地面和原地面300mm。永久性结构冠梁和挡墙混凝土强度等级为C35，其余部分冠梁和挡墙混凝土强度等级为C30。

3.2.5 坑外挡水排水施工

挡墙施工完毕，在其墙背进行沙砾土分层回填并夯实，每层压实度达93%以上，在沙砾土层顶面进行地面混凝土硬化；在挡墙与混凝土地面之间设置宽度300mm、深度200mm 的“凹”型挡水沟，在学校建筑物靠近附属B号出入口侧设置宽度500mm、深度300mm的“U”型排水沟，将地面雨水集中汇流入沉淀池内，经三级沉淀净化后排入市政污水管网或回收用于洒水降尘。

3.2.6 土石方开挖

（1）高出附属B号出入口顶面地段土石方开挖。待附属B号出入口基坑开挖条件验收通过后，即可开挖冠梁底部至第一道混凝土支撑腰梁（兼附属B号出入口顶板压顶梁）6.0m范围的土石方，开挖采用机械分层开挖方式，每层开挖深度为1.0m，共分6层进行开挖。

（2）附属B号出入口地段基坑土石方开挖。待附属B号出入口基坑开挖条件验收通过后，即可进行基坑土石方开挖。开挖时，须纵横向放坡分段、分层、分区、对称开挖，不得超挖，每层开挖深度为1.0m，严禁大锅底开挖；在第一层土石方开挖时，每一段的开挖长度为12.0m，在各道支撑处土石方开挖时，每小段开挖长度为6.0m，支撑中心与土石方开挖面距离为500mm；土石方开挖至基底以上300mm 时停止开挖，须进行基底承载力检测和基底验槽，验收合格后改用人工开挖至基底并及时进行厚度为100mmC15混凝土垫层封底，尽量减少对基底土的扰动。

3.2.7 围护桩桩间桩板墙施工

因受给水管道所处位置影响而未施工的围护桩，经设计变更为桩板墙；在第一层土石方开挖时，就开始施工围护桩间桩板墙直到基坑底。施工时，首先破除围护桩外侧100mm 至混凝土界面，人工开挖清除围护桩间桩板墙位置处的土层，开挖深度为250mm；在桩板墙左右侧围护桩上沿高度方向从冠梁底部至基坑底分别钻孔植入相同等距HRB40014mm 热轧带肋钢筋，作为桩板墙横向受力钢筋，采用HRB40012mm 热轧带肋钢筋作为桩板墙竖向钢筋，安装绑扎钢筋，安装模板，采用与围护桩混凝土相同等级C35∕C30混凝土浇筑成型桩板墙，拆模后采用土工布润湿养护桩板墙混凝土7天。

3.2.8 围护桩桩间喷锚施工

（1）土石方每开挖1.0m，人工开挖清除围护桩间深度为100mm 土石层，破除围护桩与喷锚层相交100mm 保护层至混凝土界面，扳出一端已焊接在围护桩钢筋笼上HRB40012mm 热轧带肋钢筋与钢筋网片上钢筋焊接连接，焊缝长度为120mm（10d，d 为钢筋直径），在钢筋网片表面施作喷锚层至基坑底，其混凝土强度等级为C20喷射混凝土，在高出附属B号出入口顶面地段喷锚层混凝土强度等级为C35 喷射混凝土，喷锚层厚度均不小于100mm。

（2）人工开挖清除围护桩间土石层后，使用空气钻在桩间土石层表面斜向上钻取深度500mmΦ60mm泄水孔洞，安装前端裹有土工无纺布长度500mmΦ50mmPVC泄水管。泄水管安装后在喷锚层上呈2200mm×1500mm交错布设，其尾端须外露出喷锚层50mm 入土450mm，其土石层前端高于外露尾端呈5%坡度。喷射时，使用锥形木楔堵塞泄水管外露管口，防止混凝土喷射入泄水管内。

（3）钢筋网片采用HPB300φ8.0mm 热轧光圆钢筋加工焊接成单层双向网格尺寸为150mm 网片。安装时，在初喷一层混凝土后进行钢筋网铺挂，直撑布置处采用单挂点，斜撑布置处和高出附属B 号出入口顶面地段采用双挂点，钢筋网片间搭接采用绑扎连接，搭接长度不小于200mm（30d，d为钢筋直径）且不小于1个网格长边尺寸。

（4）喷射混凝土采用湿喷工艺、分两层喷射作业，喷射作业区的气温不低于5℃，第一层喷射混凝土终凝且铺挂完钢筋网片后再进行第二层混凝土喷，第二层喷射混凝土须全部覆盖钢筋网片，喷锚层混凝土终凝后须洒水养护7d。喷射混凝土混合料须随拌随喷，喷射混凝土回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。

（5）喷锚层外观质量：经施工现场实测实量检测，附属B 号出入口地段喷锚层表面平整密实，无钢筋凸出，个别突入主体结构为70mm；高出附属B号出入口顶面地段喷锚层作为永久外露面，表面平整密实，平整度均小于10mm，垂直度均小于5mm，符合施工技术规范规定要求。

3.2.9 腰梁及支撑梁施工

在高出附属B号出入口顶面地段冠梁底部向下6.0m位置处施作第一道混凝土支撑腰梁（兼附属B号出入口顶板压顶梁）和第一道混凝土支撑梁，再往下3.0m或6.0m位置处施作第二道钢支撑或混凝土支撑梁和第二道混凝土腰梁，钢支撑采用Φ609mmt=16。第一道支撑腰梁和混凝土支撑梁采用C35 混凝土，第二道支撑腰梁和混凝土支撑梁采用C30混凝土。

3.2.10 附属主体结构底板施工

待垫层混凝土强度达到设计规定要求时，在其表面上铺设规格为P1.2∕1.5 40 预铺式（非沥青基）高分子自粘胶膜防水卷材；在防水卷材表面上施作厚度为100mmC20 细石防水混凝土保护层。待保护层防水混凝土强度达到设计规定要求时，安装钢筋和浇筑厚度为700mmC35P8高性能混凝土结构底板。底板混凝土终凝后采用土工布润湿养护桩板墙混凝土14天。待底板混凝土强度达到设计规定要求时，按工程施工图设计进行附属B号出入口主体结构施工。

3.2.11 施工监测

由于距离附属B 号出入口基坑较近且建设年代较长、基础较浅的4层学校宿舍楼，在基坑开挖时容易出现不均匀沉降、倾斜及裂缝等情况；由于附属B 出入口基坑开挖深度为13.5m，其基坑监测等级按一级进行施工监控。

（1）基坑工程施工监测内容。包括为日常巡视、周边地下管线沉降变形监测、基坑周边地表沉降监测、地下水位监测、桩体深层水平位移（测斜）监测、桩顶竖向位移、围护桩顶水平位移监测、支撑轴力监测、临时立柱位移、周边建（构）筑物变形（沉降、倾斜、裂缝）及土体深层水平位移。

（2）监测项目和测点数量。附属B 号出入口基坑监测项目和测点数量：周边地下管线沉降数量16点、基坑周边地表沉降数量22点、地下水位数量3点、桩体深层水平位移数量14点、桩顶沉降数量14点、桩顶水平位移数量14点、支撑轴力数量6点、周边建（构）筑物沉降数量12点、周边建（构）筑物倾斜数量7点、土体深层水平位移数量2点及周边建（构）筑物裂缝监测和临时立柱沉降等。

（3）监测方法。地下管线沉降监测、临时立柱沉降采用天宝DiNi03电子水准仪配合铟刚尺进行测量；地表沉降、桩顶沉降监测、建（构）筑物沉降监测采用天宝DiNi03电子水准仪配合因瓦条码水准尺进行测量；地下水位监测采用钢尺水位计进行监测；桩体深层水平位移监测采用江苏海岩生产的CX-921H 型智能测斜仪进行测量；桩顶水平位移监测，根据降桥站附属结构现场条件建立独立坐标系，选择徕卡TS30全站仪使用坐标法进行监测；支撑轴力监测采用频率仪读取各元器件的频率进行监测；建（构）筑物倾斜监测采用差异沉降法进行监测；建（构）筑物裂缝监测采用游标卡尺对裂缝进行观测；土体深层水平位移监测方法及技术要求同桩体深层水平位移。

（4）监测频次。自附属B号出入口基坑开挖开始监测持续至主体结构上方回填土施工完成为止，监测频次详见表1 监测频率表。

表1 监测频率表

（5）监测预警值。根据设计单位提出的监控量测控制指标，将施工过程中监测点的预警状态按严重程度由小到大分为三级：黄色监测预警、橙色监测预警和红色监测预警。

（6）监测数据及时预警。每天对监测数据及时进行综合整理分析，当监测数据发生异常时，应立即进行复测，并追查原因；当监测数据达到控制值的70%时，须及时通知现场施工负责人，上报监理、建设单位等相关单位，并提出预警。

4 应用效果

本车站附属B 号出入口深基坑工程支护及开挖，通过采用钻孔灌注桩排桩+桩板墙+桩间喷锚+三级内支撑组合支护及开挖施工方法，克服了采用多级台阶式放坡开挖方法、地下连续墙施工方法存在的诸多问题，对临边建筑物没有造成沉降、开裂、倾斜工程事故，也没有增加新裂缝数量，原有裂缝宽度、长度没有发生明显变化，具有节省土地资源、防止植被破坏、土地流失污染、施工工艺简单容易操作、施工安全可靠性高的有益效果。