楊 熙
中國(guó)一冶集團(tuán)有限公司上海分公司 上海 200443
武漢武青堤(羅家港—武豐閘)堤防江灘綜合整治工程建設(shè)四路地下覆土建筑物(以下簡(jiǎn)稱建四覆土建筑物)設(shè)于土堤堤身以下,為地下2層建筑,長(zhǎng)459 m,寬39 m,頂部覆土0.3~1.4 m,總建筑面積31 801 m2。地下覆土建筑物為地上3跨、地下5跨的雙層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),建筑總高度9.3 m,地下1層層高5.1 m,地下2層層高4.2 m,采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),柱下承臺(tái)高1.5 m,承臺(tái)之間設(shè)600 mm×1 500 mm的連梁,底板厚600 mm。地下覆土建筑物底板高程19.1 m,普挖深度6.8 m,局部承臺(tái)、地梁處開(kāi)挖深度為7.5 m,頂平臺(tái)高程為28.30 m,平臺(tái)總寬度為27.8 m,兩側(cè)用土體進(jìn)行覆蓋使地下覆土建筑隱藏于土堤堤身中,通過(guò)踏步通道與堤內(nèi)市政道路相接(圖1)。
圖1 原江堤改為地下覆土建筑物示意
建四覆土建筑物工程位于武青堤沿線,基坑平面布置呈長(zhǎng)條形,基坑?xùn)|側(cè)(長(zhǎng)邊)為臨江大道,道路邊線距基坑邊線距離為7.5~25.0 m,同時(shí)建筑物較多,有青山區(qū)政府大樓和依江畔園住宅小區(qū),因此施工期間對(duì)市民及交通影響相對(duì)較大?;游鱾?cè)(長(zhǎng)邊)為堤外江灘,場(chǎng)地較為開(kāi)闊空曠,僅有砂場(chǎng)、足球場(chǎng)、籃球場(chǎng)等,建筑情況比較簡(jiǎn)單。基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)無(wú)地下管線。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),本工程場(chǎng)地靠近臨江大道側(cè)現(xiàn)狀地面標(biāo)高約25.0 m,靠近堤外側(cè)灘地現(xiàn)狀地面平均標(biāo)高26.0 m,較為平坦。場(chǎng)區(qū)地貌單元屬長(zhǎng)江一級(jí)階地及河漫灘。
本工程在勘探深度范圍內(nèi),按土層的成因、時(shí)代、沉積特征及工程地質(zhì)性質(zhì)不同,可分為:①層素填土;②1、②2、②2a層壤土,②3層壤土夾砂壤土,②4a層淤泥質(zhì)壤土,②4層壤土和②5層壤土;③1層粉砂,③2層粉砂,③3層細(xì)砂,③4層細(xì)砂和③5層含礫中粗砂;④1層強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖和④2層中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖共15層。
本工程場(chǎng)區(qū)地下水的埋藏類型為上層滯水和孔隙承壓水,上層滯水主要賦存于結(jié)構(gòu)松散、孔隙連通性好的①層素填土中,大氣降水為其主要補(bǔ)給來(lái)源;孔隙承壓水主要賦存于③層組砂性土中,與長(zhǎng)江水有密切的水力聯(lián)系,呈互補(bǔ)關(guān)系。勘探時(shí)測(cè)得混合水位埋深1.20~5.50 m。場(chǎng)地周圍未見(jiàn)明顯污染源,根據(jù)鄰近場(chǎng)地水質(zhì)簡(jiǎn)析報(bào)告并結(jié)合武漢地區(qū)經(jīng)驗(yàn)可知,地下水對(duì)混凝土及其鋼筋具微腐蝕性。
1)本工程基坑平面布置較為規(guī)則(呈長(zhǎng)條形),基坑開(kāi)挖面積大,深度較深,基坑工程體量較大。
2)場(chǎng)地地質(zhì)條件差,基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)存在淤泥等軟土,其承載力低、壓縮性高、穩(wěn)定性差,極易發(fā)生坡體滑移、基坑側(cè)壁失穩(wěn)及坑底隆起等工程事故。
3)本工程基坑底局部已進(jìn)入粉質(zhì)黏土夾粉土粉細(xì)砂互層土,土層垂直滲透系數(shù)非常小,水平滲透系數(shù)較大,極易發(fā)生坑底突涌事故?;觽?cè)壁有流塑狀態(tài)淤泥和粉土,易出現(xiàn)流土、流砂等現(xiàn)象。
4)基坑開(kāi)挖進(jìn)入軟土層后,挖土、運(yùn)土機(jī)械行走困難,需要鋪設(shè)臨時(shí)行走道路等。
5)基坑開(kāi)挖至軟土層后,挖土、運(yùn)土機(jī)械行走極易造成工程樁、降水井等損壞,需要加強(qiáng)對(duì)其保護(hù),嚴(yán)格控制挖土高差,要求每層挖土厚度不得超過(guò)1 m,土方施工機(jī)械行走需要對(duì)臨時(shí)道路進(jìn)行硬化。工程樁、降水井周邊土體應(yīng)采用人工挖除。
6)施工任務(wù)重、工期緊。根據(jù)長(zhǎng)江防洪要求,建四覆土建筑物基坑支護(hù)開(kāi)挖、樁基、主體結(jié)構(gòu)、防水、回填等施工必須在一個(gè)非汛期內(nèi)完成(當(dāng)年10月至次年4月底),施工絕對(duì)工期僅6個(gè)月,按常規(guī)的施工安排,無(wú)法按期完成。經(jīng)分析策劃,其中基坑支護(hù)、土方開(kāi)挖施工是制約本項(xiàng)目工期的關(guān)鍵,因此如何確保地下覆土構(gòu)筑基坑能按期完成,是本基坑施工的重中之重。
本工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式為:基坑上部3 m采取四周放坡噴錨開(kāi)挖,下部采取鉆孔灌注樁懸臂支護(hù)。
3.1.1 基坑支護(hù)樁
基坑豎向支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁,樁徑0.9 m,間距1.3 m,樁頂標(biāo)高21.50 m,有效樁長(zhǎng)11.5~13.5 m,樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。
3.1.2 基坑扶壁樁
臨江大道側(cè)延基坑長(zhǎng)邊支護(hù)樁外側(cè)及靠江側(cè)局部土質(zhì)較差的部位外側(cè)每26 m設(shè)置1組φ900 mm@1 300 mm扶壁樁,樁頂標(biāo)高及有效樁長(zhǎng)同相應(yīng)的支護(hù)樁。
3.1.3 邊坡掛網(wǎng)噴錨
支護(hù)樁頂放坡坡面及平臺(tái)處均采用厚100 mm掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面,土釘為1φ12 mm,L=0.6 m,橫向間距1.2 m,豎向間距1.2 m。面層掛網(wǎng)采用60 mm×40 mm×3 mm鋼板網(wǎng),面層噴射混凝土強(qiáng)度C20,厚度100 mm。
3.1.4 樁間掛網(wǎng)噴錨
為防止支護(hù)樁間土體流失,樁間采用厚100 mm掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面,掛網(wǎng)采用60 mm×40 mm×3 mm鋼板網(wǎng)。
3.2.1 上層滯水控制
上層滯水主要賦存于上層填土中,主要接受大氣降水和地表排水的滲透補(bǔ)給,無(wú)統(tǒng)一自由水面,水量受季節(jié)、周邊排泄條件直接影響。采取的控制措施為:
1)上層滯水、雨水采用坑頂、坑底挖排水溝、集水坑的排水措施,排水溝與外部排水管道連通。
2)排水溝和集水坑底板采用C15混凝土澆筑,側(cè)墻采用磚砌,施工期間應(yīng)嚴(yán)防雨水等地面積水侵入基坑周邊土體。排水溝凈寬300 mm,凈高300 mm,底板厚100 mm,側(cè)墻厚240 mm;集水井凈寬500 mm,凈高500 mm,底板厚100 mm,側(cè)墻厚240 mm。
3)對(duì)場(chǎng)區(qū)坡頂?shù)孛娌捎煤?0 mm的C20混凝土硬化寬2 m范圍,以防止地表水下滲。
4)在邊坡坡面每間隔2.0~3.0 m設(shè)置1個(gè)泄水孔。
5)基坑側(cè)壁,在支護(hù)樁外側(cè)設(shè)置單排φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁止水帷幕,止水帷幕頂標(biāo)高22.00 m,有效樁長(zhǎng)7.5~10.0 m,底部深入②4層壤土不小于2 m。水泥強(qiáng)度等級(jí)為P.O 42.5,摻入量不得小于16%,水灰比為0.8~1.0,要求水泥土28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.2 MPa。
3.2.2 承壓水控制
下部砂層中的承壓水位受長(zhǎng)江水位影響較大,對(duì)基坑的開(kāi)挖具有一定影響。③1粉砂承壓含水層,頂板埋深最淺為9.8 m,基坑開(kāi)挖后,基坑底板接近承壓含水層,基坑開(kāi)挖至坑底后會(huì)發(fā)生突涌,根據(jù)武漢地區(qū)對(duì)地下承壓水降水經(jīng)驗(yàn),本工程采用深管井進(jìn)行減壓降水,將承壓水頭降至坑底以下0.5~1.0 m?;觾?nèi)布設(shè)16口降水井,5口備用降水井兼作為觀測(cè)井,共21口井,降水井成井孔徑550 mm,井深23 m,抽水能力為1 440 m3/d。
本工程基坑普挖深度6.8 m,單座基坑土方開(kāi)挖量達(dá)到約160 000 m3,工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜,土方開(kāi)挖總體施工難度較大。
土方開(kāi)挖是基坑工程施工的主要環(huán)節(jié),所有支護(hù)措施均是為了土方順利、安全開(kāi)挖。因此土方開(kāi)挖的施工組織是保證土方開(kāi)挖按期完工的決定性因素[1-2]。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),地下覆土構(gòu)筑物灘地上基坑開(kāi)挖施工區(qū)域內(nèi)外自然地面標(biāo)高均高于基坑支護(hù)設(shè)計(jì)圖紙中自然地面標(biāo)高,相差0.5~2.0 m,覆土建筑物A-C列在現(xiàn)有防洪堤下,為了確?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工與基坑支護(hù)設(shè)計(jì)工況保持一致,本工程基坑開(kāi)挖總體順序如下:
1)第1步:平整灘地,灘地土方開(kāi)挖至標(biāo)高25.00 m,同時(shí)將現(xiàn)有防洪堤土方開(kāi)挖至標(biāo)高25.00 m。
2)第2步:開(kāi)挖基坑冠梁以上土方,開(kāi)挖底標(biāo)高21.40 m,同步進(jìn)行樁頂放坡坡面掛網(wǎng)噴射混凝土、冠梁施工。
3)第3步:開(kāi)挖冠梁以下土方至坑底,普挖標(biāo)高18.20 m,同步進(jìn)行樁間掛網(wǎng)噴射混凝土施工,承臺(tái)、基礎(chǔ)梁開(kāi)挖,承臺(tái)開(kāi)挖底標(biāo)高17.50 m。
本工程基坑平面布置呈長(zhǎng)條形,長(zhǎng)約480 m,寬約42 m,土方開(kāi)挖從平面上擬分6個(gè)區(qū)域展開(kāi)施工,施工順序?yàn)閺闹胁竣蹍^(qū)、④區(qū)同步開(kāi)始,依次向①區(qū)、⑥區(qū)開(kāi)挖(圖2)。
圖2 土方開(kāi)挖平面分區(qū)示意
每個(gè)區(qū)域土方分2次開(kāi)挖至坑底,開(kāi)挖采取退挖法,每區(qū)域內(nèi)土方開(kāi)挖完成后,立即進(jìn)行護(hù)坡噴錨及冠梁施工。
為了盡量縮短施工工期,本基坑土方分階段開(kāi)挖。綜合考慮基坑開(kāi)挖面積大,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,基坑土方分3個(gè)階段開(kāi)挖。
第1階段土方開(kāi)挖將現(xiàn)有堤防從標(biāo)高29.80 m開(kāi)挖至標(biāo)高25.00 m,土方量約40 000 m3。此階段分東、西、中三作業(yè)面同時(shí)開(kāi)始。土方開(kāi)挖前先清理表面草皮和地上建(構(gòu))筑物拆除后的建筑垃圾,運(yùn)輸至指定的棄渣場(chǎng)。現(xiàn)有堤防的土方運(yùn)輸至建設(shè)四路江灘堆放,作為基坑回填土和堤防覆土用土。由于場(chǎng)地原因,現(xiàn)有堤防土方在江灘只能堆放20 000 m3,其余土方外運(yùn)至指定棄土場(chǎng),待以后取土回填。
第2階段土方開(kāi)挖從地面標(biāo)高25.00 m開(kāi)挖至冠梁底,開(kāi)挖深度3.60 m,開(kāi)挖面底標(biāo)高21.40 m,開(kāi)挖范圍內(nèi)主要土質(zhì)為壤土、壤土夾砂壤土,土方量約90 000 m3。該階段土方開(kāi)挖相對(duì)較為簡(jiǎn)單,開(kāi)挖不受約束,采取分層、分段開(kāi)挖的方式,利用反鏟開(kāi)挖,從基坑中間開(kāi)始,同步向基坑兩側(cè)開(kāi)挖。開(kāi)挖時(shí)盡量先開(kāi)挖基坑邊坡及支護(hù)樁頂,以便樁頂坡面、冠梁等能快速施工(圖3、圖4)。
圖3 第2階段土方開(kāi)挖示意
開(kāi)挖前在場(chǎng)地內(nèi)鋪墊土方運(yùn)輸車輛臨時(shí)行走道路,土方運(yùn)輸車輛臨時(shí)行走道路為4條寬6 m的車道,采用碎石和片石鋪筑,厚度800 mm。此階段每座地下覆土構(gòu)筑物基坑設(shè)置8臺(tái)1 m3反鏟挖機(jī)。
圖4 第2階段土方開(kāi)挖運(yùn)輸車輛行走道路示意
第3階段土方開(kāi)挖標(biāo)高從冠梁底標(biāo)高(21.40 m)至基坑底標(biāo)高(18.20 m),開(kāi)挖厚度3.20 m,開(kāi)挖范圍主要土質(zhì)為壤土夾砂壤土、淤泥質(zhì)壤土。基坑底主要位于②3壤土夾砂壤土層,局部進(jìn)入②4a淤泥質(zhì)壤土層,土方量約70 000 m3。該階段基坑土方開(kāi)挖深度較深,開(kāi)挖相對(duì)較為困難,且土質(zhì)較差、開(kāi)挖量較大,坑底局部土方需要進(jìn)行二次轉(zhuǎn)運(yùn)。為了便于施工,采取退挖方式,即每區(qū)域內(nèi)土方開(kāi)挖完成后,立即進(jìn)行墊層、承臺(tái)、地梁等開(kāi)挖,局部大型反鏟開(kāi)挖不到的土方采用小型反鏟轉(zhuǎn)運(yùn)至坑邊,然后采用大型反鏟挖出(圖5)。
圖5 第3階段土方開(kāi)挖示意
該階段土方開(kāi)挖要等冠梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后方可進(jìn)行。開(kāi)挖應(yīng)遵守分層、對(duì)稱、均衡、限時(shí)開(kāi)挖,嚴(yán)禁超挖的原則。該階段土方開(kāi)挖局部為軟土層,為確保開(kāi)挖范圍內(nèi)工程樁(超灌部分)、降水井等的安全,要求每層開(kāi)挖厚度不得超過(guò)1 m,且工程樁、降水井周邊土體采用人工開(kāi)挖,開(kāi)挖過(guò)程中指派專人進(jìn)行監(jiān)控。土方運(yùn)輸車輛臨時(shí)行走道路為4條寬6 m的車道,采用碎石和片石鋪筑,厚度800 mm。在基坑兩端修筑坡道,坡比1∶8。此階段地下覆土構(gòu)筑物基坑設(shè)置8臺(tái)1 m3反鏟挖機(jī)。
第2、第3階段土方全部外運(yùn)至指定的棄土場(chǎng)。
1)土方開(kāi)挖應(yīng)嚴(yán)格遵守“分段分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的原則,并盡可能對(duì)稱、均衡地進(jìn)行土方開(kāi)挖。
2)對(duì)土方開(kāi)挖過(guò)程中臨時(shí)邊坡范圍內(nèi)工程樁和降水井應(yīng)采取保護(hù)措施,均勻挖去其周圍土體,以避免其受到附加的側(cè)向壓力。
3)應(yīng)充分考慮施工作業(yè)荷載影響,嚴(yán)禁重型機(jī)械在基坑頂部行走和作業(yè)。
4)基坑開(kāi)挖過(guò)程中必須堅(jiān)持信息化施工,注意監(jiān)測(cè)信息的反饋資料,及時(shí)指導(dǎo)開(kāi)挖工程。應(yīng)有充分的應(yīng)急準(zhǔn)備,遇有異常情況時(shí),應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工措施。若出現(xiàn)緊急情況,則必須采取果斷措施,采取回填反壓、坡頂卸載的原則,阻斷事態(tài)發(fā)展,再行加固處理,消除隱患后方可繼續(xù)開(kāi)挖。
5)基坑土方開(kāi)挖要在深度范圍內(nèi)合理分層,在平面上合理分塊,并確定各分塊開(kāi)挖的先后順序,可充分利用未開(kāi)挖部分土體的抵抗能力,有效控制土體位移,以達(dá)到減緩基坑變形、保護(hù)周邊環(huán)境的目的?;訉?duì)稱開(kāi)挖,即對(duì)稱、間隔開(kāi)挖;基坑限時(shí)開(kāi)挖就是要盡量控制無(wú)支撐暴露的時(shí)間;基坑平衡開(kāi)挖是指保持各分塊均衡開(kāi)挖。
6)開(kāi)挖到冠梁作業(yè)面后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行冠梁的施工,減少基坑暴露時(shí)間和空間。
7)土方開(kāi)挖分層厚度一般控制在1.5 m左右。軟土各分層開(kāi)挖的深度不宜超過(guò)1 m。
8)基坑開(kāi)挖期間,應(yīng)加強(qiáng)降水,確保地下水位始終在開(kāi)挖面標(biāo)高以下0.5~1.0 m。
9)挖土機(jī)械不得碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)、降水運(yùn)行系統(tǒng)、測(cè)量標(biāo)志和監(jiān)測(cè)元件,嚴(yán)禁損傷隔滲帷幕和碰撞、拖動(dòng)工程樁;機(jī)械挖土應(yīng)避免對(duì)工程樁產(chǎn)生不利影響,挖土機(jī)械不得直接在工程樁頂部行走。
10)基坑周邊、放坡平臺(tái)的堆載及施工荷載不得超過(guò)支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定的荷載值;基坑開(kāi)挖的土方不應(yīng)堆放在基坑周邊及鄰近建筑物的影響范圍內(nèi)。按照設(shè)計(jì)要求,基坑坡頂周邊8 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆載,挖出土方必須及時(shí)運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)。
11)坑底應(yīng)根據(jù)地基土性質(zhì)預(yù)留厚度0.3~0.5 m(對(duì)樁基應(yīng)留厚1.0 m)的余土采用人工清理,防止大型機(jī)械開(kāi)挖對(duì)天然地基及樁基造成擾動(dòng)及破壞。已挖好的基坑應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清邊檢底,滿封墊層保護(hù)基底,以利于改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀況。
12)鄰近基坑邊的局部坑中坑宜在大面積墊層完成后開(kāi)挖。
13)基坑開(kāi)挖過(guò)程中必須作好基坑內(nèi)外的截水、排水,防止水對(duì)基坑坑壁和坑內(nèi)土體浸泡,并保證正常施工作業(yè)面。
14)基坑開(kāi)挖至坑底標(biāo)高后,應(yīng)盡量減少暴露時(shí)間,及時(shí)進(jìn)行墊層及基礎(chǔ)施工,防止坑底浸水和暴露,并及時(shí)將基礎(chǔ)和支護(hù)樁之間的空隙填充密實(shí),確保其緊密銜接。
本工程基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)存在軟土層,確保工程樁在挖土?xí)r不受損傷是基坑土方開(kāi)挖的重點(diǎn)之一,主要采取的技術(shù)保護(hù)措施如下:
1)挖土前,對(duì)挖土施工單位、反鏟車司機(jī)做好技術(shù)交底,明確工程樁位置、挖土順序、每層開(kāi)挖厚度等。
2)土方開(kāi)挖時(shí),派專人負(fù)責(zé)指揮,分層進(jìn)行,嚴(yán)格控制標(biāo)高。
3)當(dāng)工程樁超出坑底過(guò)高時(shí),應(yīng)控制分層開(kāi)挖的深度和分段進(jìn)行截樁,工程樁頂與開(kāi)挖面底部高差保持在1.5 m范圍。在深厚軟弱土層分布區(qū),要嚴(yán)格控制每層開(kāi)挖厚度(分層厚度不得超過(guò)1 m)及長(zhǎng)度,及時(shí)截?cái)噙^(guò)高的工程樁,清除樁側(cè)不均勻分布的土體,防止樁體受到外力而發(fā)生偏移和傾斜。
4)工程樁、降水井周邊土體應(yīng)采用人工開(kāi)挖,并嚴(yán)格控制其四周土方高差不得超過(guò)0.5 m。土方開(kāi)挖前先安裝降水水平管的垂直支撐,分階段分層開(kāi)挖。降水水平管的垂直支撐用25#工字鋼,上部用200 mm×300 mm×10 mm鋼板做柱頭,下部用500 mm×500 mm×20 mm鋼板做柱腳。先開(kāi)挖支撐部位的土方,安裝支撐后,再進(jìn)行大面積開(kāi)挖(圖6)。
圖6 降水管加固支撐示意
5)進(jìn)入軟土層后,反鏟車不得在工程樁、降水井周邊行走和挖土作業(yè),以免造成樁體偏位和斷樁。無(wú)法避讓時(shí),需對(duì)工程樁、降水立管周邊土體進(jìn)行加固,并派專人進(jìn)行監(jiān)護(hù)[3-4]。
大型建筑物深基坑土方開(kāi)挖施工比較繁瑣,制約施工的復(fù)雜因素較多,對(duì)開(kāi)挖技術(shù)也要求較高。在實(shí)際開(kāi)挖施工開(kāi)始前,應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實(shí)際情況具體分析施工重、難點(diǎn),制訂具有針對(duì)性的專項(xiàng)方案,為土方開(kāi)挖的順利施工創(chuàng)造條件。在組織土方開(kāi)挖的施工過(guò)程中,科學(xué)合理地選擇開(kāi)挖機(jī)械設(shè)備,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地下土層分布情況,按照相關(guān)規(guī)范要求來(lái)選擇合理的開(kāi)挖方式和順序,重視深基坑土方開(kāi)挖的質(zhì)量管理,在確保工程質(zhì)量和安全的同時(shí),按照預(yù)定工期完工。