富水厚砂层地质条件下基坑支护方案探讨

黄新连

（中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 引言

近年来各地经济飞速发展，城市规模不断扩张，汽车数量急速增长，许多城市道路已难以满足交通需求。在市政道路修建过程中，下穿既有铁路工程越来越多。在地质条件较差的富水厚砂地层，由基坑施工引发的工程安全问题和对周边环境的影响等问题日益突出［1-3］。

本文结合渔业路的基坑工程建设，采用钻孔灌注桩+内支撑的支护形式，坑外桩间采用高压旋喷桩止水，较好地解决了渔业路基坑的支护难题，使渔业路成为河东主城区、星马新城与河西新城连接的重要过江通道。

2 基坑工程概况

2.1 工程概况

长沙市渔业路及延伸道路工程位于盛世路与福元路之间，渔业路及延伸工程隧道工程为该工程的一部分。渔业路主线下穿芙蓉北路及京广铁路部分分别采用明挖法和盖挖法、城市浅埋暗挖法进行施工，两侧辅道框架结构采用顶进法施工。其中，明挖段共196 m，基坑深8～11 m，基坑的具体位置如图1所示。

图1 渔业路基坑平面位置

2.2 工程地质概况

以第四系地层为主，基岩为白垩系砾岩和中元古界板岩，二者呈角度不整合接触。根据钻探揭露顺序自上而下分别为杂填土、粉质黏土、中粗砂、圆砾、残积粉质黏土、强风化砾岩、中风化砾岩、强风化板岩、中风化板岩。其中中粗砂层厚达3～5 m，给基坑的开挖支护带来很大困难。

2.3 水文地质概况

根据钻探揭露，按地下水埋藏条件，场区地下水主要表现为上层滞水和孔隙水，场地地表水亦较多。西邻湘江，地下水资源丰富。地面标高为31.4 m，地下水位标高为27.38 m。

3 重难点分析

施工地段地质条件复杂。根据地勘报告显示，隧道洞顶覆土为松散杂填土、素填土，结构松散，洞身位于粉质黏土、中粗砂地层，中粗砂层厚达3～5 m，且隧道下穿京广铁路施工地段处于湘江、浏阳河水源丰富地段，地下水丰富，围岩稳定性极差。

本工程基坑规模大，长度达192 m，宽度为23 m，土方开挖量约4万m3。基坑周边环境复杂，工程临近京广铁路、芙蓉北路、湘江、地下管线及地铁一号线。

基坑开挖过程容易造成坍塌和周边路基沉降，危及施工及京广铁路运营安全，给基坑的开挖支护方案设计提出了很高的要求。

4 主体基坑结构设计

本隧道基坑开挖深度为8～11 m，综合隧道特点、周边环境、水文地质条件和工程造价，基坑采用φ800＠1200的钻孔灌注桩+内支撑（第一道撑为砼支撑；第二道撑为φ609、t＝16 mm钢支撑）的支护形式，坑外桩间采用φ800＠1200高压旋喷桩（三重管）止水（见图2），桩身位于水下的部分均采用C30水下混凝土［4］。

图2 渔业路基坑剖面

本基坑围护设计采用钻孔灌注桩与旋喷桩联合使用，形成组合式止水帷幕，起到止水和基坑支护双重效果的作用。

5 基坑施工要点

5.1 基坑降水

基坑开挖前7 d应采用内井点对坑底进行预降水、疏干，以加固坑内土体，基坑降水深度应控制在坑底以下1.0 m，必须保证降水效果。开挖至坑底施工底板时，在井点管位置设置底板泄水孔，然后拆除井点管，待顶板覆土及内部铺装层施工完成后方可封孔，泄水孔约每600 m2设置一个。

5.2 基坑开挖

（1）在围护结构施工前，应查明基坑影响范围内地下管线的位置、埋深、材质等，并会同相关部门共同协调、研究地下管线的改迁、加固和悬吊方案，确保管线的安全和正常使用。

（2）基坑开挖必须在围护结构封闭且施作钻孔灌注桩、旋喷止水桩、冠梁和斜撑达到强度后进行［5-6］。基坑开挖施工时，基坑周边地面超载不应大于20 kN／m2。钻孔灌注桩+旋喷止水桩+内支撑支护体系，均为临时结构。

（3）基坑开挖时，应竖向分层、纵向分段、对称平衡开挖。对于围护桩支护段，分层高度不得大于1.5 m，分段长度应小于25 m，以机械开挖为主、人工开挖为辅。坑底及坑壁留不小于300 mm厚土层采用人工开挖找平，分层基坑开挖至支撑中线设计标高下0.5 m时必须停止开挖，及时架设支撑。砼支撑均采用现浇［7-8］。

（4）基坑开挖后，应及时施作坑内排水沟和集水井，并通过水泵排出，防止坑内积水。

5.3 支撑系统

（1）支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一，支撑的架立必须准确到位。支撑安装前应在地面上试拼。

（2）支撑结构的安装与拆除、换撑应与基坑支护结构的设计计算工况一致，支撑应随挖随撑。在开挖土体至相应支撑底面位置时，开槽安装支撑，施加预应力。

（3）所有钢支撑端部支托和连接构造都要具备防止因碰撞而移动脱落的功能。第一道支撑应采取可靠措施防止因压力消减造成的支撑端部移动脱落。

（4）当利用主体结构换撑时，主体结构的底板或顶板混凝土强度应达到设计强度的70%。

（5）同层钢支撑中心标高偏差不应大于30 mm；支撑两端的标高差不应大于20 mm；支撑水平轴线偏差不应大于30 mm；支撑初始挠曲度不应大于支撑长度的 1／1 000。

5.4 基坑回填

（1）回填土在顶板防水层施工完成后立即施作，材料宜用黏土或粉土，不得含有垃圾、腐殖物等杂质。

（2）填土应分层夯实，每层厚度为250～300 mm。填土压实密度应满足路面下600 mm内不小于0.95，600 mm以下不小于0.93；对于作为市政道路路基填方的，应符合相关规定。

（3）结构两侧需要回填土方的，应在两侧同时回填。

5.5 施工要点

（1）从路基坡脚外2 m放坡开挖工作坑。为保证路基安全，工作坑边坡采用喷锚混凝土进行防护。工作坑底应设置集水井，及时抽排积水。

（2）隧道明挖段即长沙市地铁一号线施工区间段围护桩桩底标高和中立柱桩底标高不得大于标高线。

（3）严禁雨季施工。施工前要加强安全措施，防止基坑和路基坍塌，并作好防洪准备，严禁基坑在水中浸泡。

6 基坑施工监测

6.1 监控量测布置

测点布置见图3～图4。

图3 测点布置平面（单位：m）

图4 测点布置纵断面

现场监控量测目的是对现场隧道围岩及周边土体的稳定性、判断隧道支护衬砌设计是否合理、围护结构是否安全、辅道顶进是否按照设计要求和施工方法是否正确进行检验。

监测基准点设于变形影响区（基坑边外30 m）外，每测区不少于3个，以便相互校核；对于其他测点，应加强保护，保证监测数据的连续与完整［9-10］。

6.2 监控量测结果

（1）地表沉降控制标准

地表沉降控制标准:地表最大下沉量为30 mm，隆起量为10 mm；管线差异沉降最大值按有关地下管线部门的要求确定［11］。

（2）基坑周边地点沉降

图5为地表沉降实测曲线，所测地表测点最大沉降点为18 mm。距离基坑边距离越近，沉降越大，影响范围约为11 m，影响范围外地表几乎不受基坑开挖影响。

图5 地表沉降曲线

（3）围护结构水平位移

图6a为明挖段起点测斜孔水平位移实测曲线。浇筑底板混凝土后位于基坑标准段的测斜孔水平位移逐渐趋于稳定，最大水平位移值为30 mm，方向朝向基坑内侧。

图6b为明挖段中点测斜孔水平位移实测曲线。在浇筑底板混凝土后位于基坑标准段的测斜孔水平位移逐渐趋于稳定，最大水平位移值为32 mm，方向朝向基坑内侧。

图6c为明挖段终点测斜孔水平位移实测曲线。在浇筑底板混凝土后位于基坑标准段的测斜孔水平位移逐渐趋于稳定，最大水平位移值为34 mm，方向朝向基坑内侧。

由图6可以看出:水平位移随开挖深度的增加逐渐增大，最大位移发生的深度也随开挖逐渐向下移动，基本位于当前工况的开挖面处，位移随深度分布曲线呈两头小中间大的形状，待主体结构浇筑底板混凝土后，变形逐渐趋于稳定。由此可知:及时安装支撑、严格控制超挖、尽量减小坑底土体暴露时间是减小围护结构变形的有效措施。

（4）立柱隆沉

立柱隆起变形随时间变化曲线如图7。结构柱的隆沉变形对整个支撑体系的受力和基坑的稳定影响较大。监测数据显示:在基坑开挖阶段，受土体卸载作用，立柱不断隆起，最大隆起变形9.9 mm；随着内部结构混凝土的浇筑，立柱隆起值略有减小，各测点累计变形量差异很小。

图6 测斜管水平位移曲线

图7 立柱隆起变形随时间变化曲线

基坑的水平位移小于40 mm；地表最大下沉量为18 mm，小于30 mm，隆起量小于10 mm，管线差异沉降最大值均小于地下管线部门的要求［12］。

7 结论

大量工程实践表明，在基坑开挖过程中，须对基坑变形进行有效地控制，否则将会影响到邻近建筑物的结构安全和正常使用，也会破坏周围交通干道以及各种地下管线，对工程安全造成巨大隐患。本文基于渔业路隧道明挖段深基坑支护结构的设计与施工监测数据分析，得出如下结论:主体基坑地表最大下沉量为18 mm，地下连续墙水平位移实测值约为30 mm，隆起最大变形不超过10 mm，均满足相关规范变形控制标准。基坑支护体系的变形及内力均在可控范围内，所选施工方法有效地克服了富水厚砂复杂地质条件，基坑变形得到了有效控制。在确保基坑工程本身安全性和稳定性的条件下，也保证了邻近建筑物和周围交通干道及各种地下管线的结构安全和正常使用，支护结构选型合理，设计方法正确。