软土地段深基坑施工方案探讨

2013-08-15陈学新上海铁路局上海大修段

上海铁道增刊 2013年2期

陈学新上海铁路局上海大修段

杭州重工路公铁立交工程位于杭州市下城区，下穿宣杭铁路老线，采取预制箱涵顶进法施工。该地段土质较差，地下水位较高，以淤泥质粘土为主，最大承载力为70 kPa，且不透水，因此土质的含水量较大，土质较软，基坑开挖深度为7.95 m，并且周围施工的空间有限，东侧临近铁路，北侧有房屋，南侧有施工道路，不能满足于基坑放坡的要求，因此在开挖基坑时涉及铁路路基稳定的安全、房屋沉陷倒蹋的安全，同时也涉及到道路上走行车辆的安全，属于Ⅰ级基坑的施工。因此必须采用较为详尽可靠的深基坑方案来确保深基坑施工的安全性。

1 软土地质对深基坑施工安全较难控制

由于土质为淤泥质粘土，透水系数较小，因此降水困难，普通的降水方法起不到降水的效果，会使得基坑开挖出来之后，土体含水量较大，使得侧压力增大，从而增加维护结构负荷的情况；而且，由于基坑边坡土质容易下沉，造成基坑隆起的可能性较大，使得基坑顶部地面下沉，影响地面结构物的安全，基坑底部隆起，对造成维护桩上浮影响维护结构的安全，也会使基坑底部土体抬高，二次清土的情况，特别是基坑封底垫层或者结构底板刚灌注完混凝土后，强度不够时，会被土体隆起顶裂的情况，对软土地段深基坑的施工影响的因素较多，变化较多，施工安全较难控制。

2 软土地质开挖时土体变化分析

软土是淤泥和淤泥质土的总称。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少置腐殖质所组成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。因此在软土地段，降水困难，土体内含水量较大，土体结构不稳，容易变化，土体侧压力对维护结构水平作用较大，造成维护结构的水平位移较大，并且由于基底土质较软，无法抵抗维护结构水平位移，基底处维护结构支点的位移，消弱了维护结构自身桩底抵抗力的作用，使维护结构倾覆，在桩体受力后，会压缩基底土体使桩体倾斜，使得桩体的平衡支点不断变化，当平衡支点变化到一定范围时，会使桩顶可能侵入到制作的结构面，使结构无法施工，或者使桩体的长度增长不经济；遇有岩层比较高的处所，若入岩深度过小，则可能造成桩顶位移过大，由于悬臂端过长，在桩内侧土体抵抗力不足的情况下，当支点位移一定程度时，将可能导致桩体折断，从而破坏维护结构。软土地质条件下，由于土体自重的作用和维护结构的限制，会使得土体下沉，当基坑开挖出来之后，由于基底面出现了自由面，基坑内外的土体的高差作用使得土体压力失去平衡，基坑外部的土体压力沿着维护结构底部传递到基底，使基底内部土体隆起，造成基坑外部地面下沉，内部土体的隆起对结构物的破坏。

3 软土地质条件深基坑施工方案

通过软土地质条件下土体变化分析认为，制订软土地质条件下深基坑施工方案需要首先解决维护结构水平位移和基坑底部隆起的问题。由于钻孔桩为钢筋混凝土结构，为弹性体，可以承受较大的水平位移，在设计桩体长度时，可按经验考虑悬臂端与地下锚固端的比例按1:2 控制，然后在桩顶采用冠梁互相进行连接成整体，增加桩体抵抗力。

对于基底土质抵抗力较弱的问题，建议在基底的维护桩边（俗称被动区）增加土体的抵抗能力，使土体形成刚体，从而抵抗桩体在基底处支点的位移，可通过密打高压旋喷桩改良土体增加土体的刚度，使维护桩在受力后，基底支点不会移动，可安全的保证结构的施工；在遇有岩层比较高的处所，维护桩必须入岩，且入岩深度不宜小于3 m，否则的话，采取上述在被动区改良土体的方案进行施工。

对于桩内侧地基隆起的问题，除了采用上述入岩和增加被动区改良土体之外，还应该在钻孔桩的外侧采用深层搅拌桩或者高压旋喷桩增加止水维幕，改良土体，防止桩间隙的土体掉落，使得地面土体下沉，同时可防止基坑外侧的地下水渗入基坑内侧，也起到增加维护桩抵抗力的作用。

4 工程案例

4.1 工程概况

杭州重工路公铁立交工程下穿既有宣杭铁路老线，单线，非电气化区段，为无缝线路。下穿铁路部分分别由四孔1×5.5+2×8+1×5.5 m 的箱涵组成，宣杭老线箱涵轴线与线路中心线斜交角度为82.5°，采用顶进法施工，顶进工作坑设在宣杭老线的西侧，工作坑前口距线路中心16.58 m，工作坑范围原地面标高为5m，与铁路路肩齐平，工作坑基底标高为-2.95 m，开挖深度7.95 m，工作坑施工范围内有地方上10 kV 高压线电杆，工作坑开挖需要在电杆迁移后方可施工，附近没有其他的重要建筑物。本次深基坑施工的部位为宣杭线顶进工作坑、两线间U 形槽基坑、L12U 形槽基坑、阀门井位置基坑。

4.2 工程地质情况

根据设计勘察结果，拟建场地地层地质情况为：

①-1 层耕土：灰褐色，软塑，含植物根须、瓦砾。层厚0.40～0.80 m。

①-2 杂填土：灰～灰褐色，稍湿，稍密，主要以粘质粉土或粉质粘土充填。全场大部分分布。层厚0.3-0.5 m。

①-3 素填土：灰黄色，稍湿，稍密，局部场区分布。层厚0.2-2.2 m。

②-1 层粉质粘土：灰黄色，饱和，软塑、可塑，全场大部分布，局部缺失。层厚0.3-5 m。

②-2 层粘质粉土：灰黄色，湿、稍密。全场大部分布。层厚0.5-4.6 m。

③-1 层淤泥质粘土：灰色，饱和，流塑，含腐植物及植物残体，全场大部分布。层厚2.3-8.8 m。

③-2 层淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，含腐植物，灵敏度高，全场大部分布。层厚1.4-11.3 m。

③-3 层淤泥质粘土：灰色，饱和，流塑，含腐植物及植物残体，全场局部分布。层厚1.1-7.6 m。

⑤层淤泥质粉质粘土：灰色、饱和，流塑-软塑状态，含腐植物及植物残体，局部场区分布，层厚1.9-3.1 m。

⑥-1 层粉质粘土：黄灰色、饱和，软塑-可塑，全场局部分布。层厚0.3 m-4.0 m。

⑥-2 层粘土：黄灰色，饱和，硬可塑，局部硬塑，全场大部分布。层厚0.9 m-10.8 m。

⑥-3 层粉质粘土：黄灰色，饱和，可塑，局部含少量粉土，全场局部分布。层厚0.9 m-9.1 m。

箱形桥基底位于③-1 层淤泥质粘土上，地基容许承载力σ0=70 kPa

4.3 顶进工作坑维护方案

顶进基坑开挖深度为7.95 m，根据现场的土质情况，地面向下4 m 范围为粉质粘土，承载力较高，因此采用在原地面向下2.5 m 深度内基坑前部按1：1.5，两侧按1:1 坡度进行放坡开挖，坡顶距线路中心5.63 m，基坑前口采用φ1.0×22 m 的钻孔桩进行支护，间距 1.2 m，钻孔桩外侧采用2 排φ0.6×8 m 搅拌桩止水，基坑两侧阀门井范围采用φ1.0×24 m 的钻孔桩进行支护，间距1.2 m，2排φ0.6×10 m 搅拌桩止水，在支护桩的外侧3 m 位置，与支护桩对应，每隔一根桩加钻一根同类型的钻孔桩做为拉锚桩，钻孔桩之间以及与拉锚桩之间采用1.2×0.8 m 的C25 钢筋砼冠梁进行连接，互相牵住支护钻孔桩，对支护结构进行加强，钻孔桩入岩深度为3-4 m；在被动区，采用密打φ0.6×6 m 高压旋喷桩进行加固，加固范围为5 m 宽；顶进后背挡墙采用5 排φ0.6×7 m 搅拌桩挡墙及密排钢轨桩支护方案；搅拌桩由地面向下空钻4.5 m。工作坑两侧的倒虹吸阀门井，其基坑支护采用5 排φ0.6×6 m 搅拌桩进行施工，搅拌桩由地面向下空钻7.2 m，基坑排水采用在开挖时，设置临时排水沟，将水汇集到集水井内用水泵排出。

基坑维护制作之后，在维护桩顶部冠梁上、周围结构物上制作观测水平位移、沉降观测，基坑开挖过程中随时进行观测。

支护结构施工完成并且有一定的强度之后，进行土方开挖。土方开挖分两次，第一次先开挖C2、D2 箱涵的土方，待C2、D2 箱涵预制好之后，再开挖A2、B2 箱涵，每次分两层开挖，第一层开挖将原地面土方挖深4.5 m，开挖至0.5 m标高，并且在基坑的前口，先一次性挖至基底设计标高，观测基坑顶部边坡及维护桩的变化情况，同时在顶进后背挡墙后部制作10 m 机械作业平台，平台采用换填1 m 深宕碴，然后按1:3 坡度沿道路中线纵向放坡。基坑观察24 h 没有变化的情况下进行第二层土方开挖，在第二层土方开挖以前，由于基坑为Ⅰ级基坑，因此在临近铁路侧，采取在线路上架设3 孔D24 便梁的措施对线路路基进行防护，以确保基坑开挖时线路路基的稳定。挖土时，在两侧阀门井位置处，从冠梁底部，按1：3 坡度向下开挖至基底，机械由基坑前口向后部边退边挖，在达到设计标高的处所，立即人工清基，制作C15 砼垫层，并且在砼中加入早强剂。