鐘安德 谷雪冰

(1.中國(guó)鐵路沈陽(yáng)局集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110001； 2.國(guó)鐵建設(shè)管理有限公司，北京 100048)

1 概述

受工程地質(zhì)條件、地下構(gòu)筑物及管線(xiàn)、周?chē)黝?lèi)建筑物、道路、相鄰工程施工以及工程工期等限制，在城市商業(yè)和辦公、生活密集區(qū)進(jìn)行深基坑開(kāi)挖施工，存在基坑垮塌、道路沉陷、周邊建筑物開(kāi)裂等諸多安全風(fēng)險(xiǎn)，可能危及現(xiàn)場(chǎng)施工人員和行人、居民的生命安全。

為了規(guī)避深基坑施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，確保施工人員和人民群眾的生命安全，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者和技術(shù)人員對(duì)建筑工程深基坑支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)和施工方法進(jìn)行了研究。

喻韶州、石偉[1-2]對(duì)建筑工程中的深基坑支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行了研究；潘春雨等[3]以某52層超高層建筑為例，對(duì)樁式、重力式支護(hù)體系選型和創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了分析；陳海清[4]介紹了深基坑施工中常見(jiàn)的技術(shù)類(lèi)型和高層建筑深基坑支護(hù)樁、錨桿支護(hù)技術(shù)；周凱[15]對(duì)護(hù)坡樁、土釘支護(hù)技術(shù)和施工管理進(jìn)行了分析；鐘其何[6]對(duì)鋼板樁、排列式灌注樁、深層拌和水泥土樁支護(hù)施工方法進(jìn)行了研究；陳慧蘭[7]以富興廣場(chǎng)工程為例，對(duì)定位鋼筋掛鐵絲網(wǎng)、噴射C20混凝土和土釘墻支護(hù)施工流程進(jìn)行了闡述；周勇[8]對(duì)鋼支撐、混凝土支撐、鋼與混凝土混合支撐等內(nèi)支撐的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析；梁青林[9]介紹了逆作拱墻和錨桿支護(hù)施工方法；劉波明[10]對(duì)深層攪拌樁等支護(hù)技術(shù)的操作原理進(jìn)行了總結(jié)；謝金東[11]介紹了深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型；閆懷瑞等[13-14]對(duì)重力式擋土墻和懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)的工藝原理進(jìn)行了闡述。上述研究均立足于對(duì)深基坑支護(hù)類(lèi)型、施工方法和管理手段等的研究，沒(méi)有針對(duì)某一工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的研究論證和優(yōu)化變更。

在分析沈陽(yáng)鐵路局調(diào)度所改擴(kuò)建工程原設(shè)計(jì)深基坑支護(hù)方案存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，為確保鄰近工程現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)建筑物和公共設(shè)施結(jié)構(gòu)安全[16]，同時(shí)滿(mǎn)足工程工期需要，對(duì)原設(shè)計(jì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了優(yōu)化和變更，采用護(hù)坡樁、冠梁、三道錨索綜合支護(hù)技術(shù)和信息化監(jiān)測(cè)方法，保證了工程安全和工期要求。

2 工程概況

沈陽(yáng)局調(diào)度所改擴(kuò)建工程主要工程內(nèi)容為：新建調(diào)度樓18 000 m2建筑結(jié)構(gòu)為地下2層、地上4層，配套新建客專(zhuān)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備，遷移既有普速調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備(如圖1所示)。建成后，可實(shí)現(xiàn)原沈陽(yáng)鐵路局行車(chē)、信號(hào)、通信、供電、車(chē)輛、客服、信息等各類(lèi)調(diào)度系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮。新建調(diào)度樓地下建筑總面積為14 812.35 m2，其中，調(diào)度樓及附屬設(shè)施5 600.27 m2，地下車(chē)庫(kù)9 212.08 m2，基坑7 370.3 m2(東西長(zhǎng)89.7 m，南北寬82.1 m)，最大埋深16.05 m。工程于2015年5月1日正式開(kāi)工，2015年12月30日完成主體施工，2016年10月30日調(diào)度系統(tǒng)投入使用。

圖1 新建調(diào)度樓與周邊建筑效果

3 工程難點(diǎn)

3.1 周?chē)ㄖ锞嗷虞^近

(1)東側(cè)緊鄰既有調(diào)度樓、辦公樓和雙層地下車(chē)庫(kù)，基坑底部邊緣距既有調(diào)度樓及雙層地下車(chē)庫(kù)(樁基礎(chǔ)埋深4.8 m)邊緣約5.7 m。

(2)南側(cè)緊鄰北五馬路，基坑底部邊緣距道路邊緣約6.7 m。

(3)西側(cè)緊鄰昆明北街，基坑底部邊緣距道路邊緣約8.8 m，距道路一側(cè)某小區(qū)七號(hào)樓約19.5 m。

(4)北側(cè)緊鄰某新建住宅樓(地下3層含2層停車(chē)場(chǎng)，地上33層)工程，兩工程基坑垂直邊緣間距為2 m，地下工程同步施工。

3.2 工程地質(zhì)條件較差

(1)地質(zhì)鉆探顯示，在鉆孔深度范圍內(nèi)的巖土由上至下為第四系全新統(tǒng)人工填筑雜填土、素填土，第四系全新統(tǒng)沖積黏性土、砂類(lèi)土；第四系上更新統(tǒng)沖洪積黏性土、砂類(lèi)土、圓礫?；由疃葍?nèi)地下土體密實(shí)度較低，結(jié)構(gòu)松散，基坑開(kāi)挖后邊坡容易垮塌。

(2)地下水賦存于第四系的中、粗、礫砂層中，屬孔隙潛水?，F(xiàn)場(chǎng)鉆孔量測(cè)顯示，地下水水位埋深為13.20～13.50 m，穩(wěn)定水位高程為31.14～31.90 m，地下水水位季節(jié)性變幅為2.0～4.0 m，中、粗、礫砂層等含水層滲透性強(qiáng)?；咏邓掷m(xù)時(shí)間長(zhǎng)，坑內(nèi)降水對(duì)施工工期及周?chē)ㄖ锏陌踩绊戄^大。

3.3 施工條件較差

(1)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄，施工機(jī)械難以擺放，無(wú)建筑材料堆放及鋼筋加工場(chǎng)地；基坑深16.05 m，無(wú)放坡開(kāi)挖條件；開(kāi)挖土方量約13×104m3。

(2)本工程地處沈陽(yáng)市核心區(qū)繁華鬧市，東臨沈陽(yáng)鐵路局辦公樓，南側(cè)和西側(cè)緊鄰市政道路，西側(cè)、南側(cè)均為居民樓，西側(cè)地下結(jié)構(gòu)外皮距居民樓19.5 m。施工過(guò)程中的噪聲、光污染、揚(yáng)塵、混凝土澆筑等因素影響附近居民的生活和休息。

綜上所述，必須采取切實(shí)可行又經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)方案，減少對(duì)工期和環(huán)境的影響。

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案與安全監(jiān)測(cè)

4.1 原設(shè)計(jì)方案概述

(1)原基坑支護(hù)主要技術(shù)方案

原基坑支護(hù)方案為“鉆孔灌注樁+2道混凝土內(nèi)支撐”支護(hù)體系。如圖2所示。

圖2 原設(shè)計(jì)兩道鋼筋混凝土內(nèi)支撐模型

①在基坑四周設(shè)置鉆孔灌注樁，樁徑為0.8 m、1.0 m兩種，間距為1.0 m、1.2 m兩種。

②在地面以下2.0 m及9 m各設(shè)置1道鋼筋混凝土支撐，在地面以下10.5 m設(shè)置鋼管斜倒撐，在地下一層斜坡道位置設(shè)置鋼倒撐。

③在冠梁以上設(shè)置厚0.3 m、高2.0 m的混凝土擋墻。

④在鉆孔灌注樁外側(cè)設(shè)置三軸水泥攪拌樁止水帷幕。

⑤在圍護(hù)樁及樁間土體土石面網(wǎng)噴C20混凝土。

(2)存在問(wèn)題及不足

①在基坑內(nèi)兩個(gè)不同高度處施作兩道鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)體系，施工工藝復(fù)雜，與調(diào)度樓樁基、基礎(chǔ)和地下結(jié)構(gòu)施工相互交叉干擾，且基坑內(nèi)無(wú)鉆機(jī)和起重機(jī)占位條件，基坑開(kāi)挖工期近6個(gè)月，主體工程工期至少順延3個(gè)月。

②調(diào)度樓基坑施工期間，現(xiàn)場(chǎng)外在條件發(fā)生了變化，北側(cè)住宅樓工程已經(jīng)先于調(diào)度樓工程進(jìn)行基坑開(kāi)挖，基坑北側(cè)邊緣圍護(hù)樁與內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)已無(wú)法實(shí)施，調(diào)度樓基坑已由原設(shè)計(jì)的“口”字形結(jié)構(gòu)變成“門(mén)”字形結(jié)構(gòu)。如圖3所示。

圖3 “門(mén)”字形基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型

③兩道混凝土內(nèi)支撐和兩道鋼倒撐的支護(hù)體系保險(xiǎn)系數(shù)過(guò)大，基坑支護(hù)造價(jià)在調(diào)度樓主體工程造價(jià)中占比過(guò)高，造成沒(méi)有必要的投資浪費(fèi)。

4.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型

為滿(mǎn)足工程工期和周?chē)扔薪ㄖ锛暗缆返陌踩?，同時(shí)降低基坑支護(hù)工程造價(jià)，工程實(shí)際開(kāi)工后，鐵路局開(kāi)展了工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地挖驗(yàn)和基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，并組織專(zhuān)家進(jìn)行論證，確定將原設(shè)計(jì)的“支護(hù)樁+兩道混凝土內(nèi)支撐”支護(hù)體系，優(yōu)化為“支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索”支護(hù)系統(tǒng)，設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿及鋼腰梁，形成樁錨結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式；為保證既有調(diào)度指揮樓和既有地下車(chē)庫(kù)安全，在基坑?xùn)|側(cè)增設(shè)雙排樁設(shè)計(jì)，取消“在基坑內(nèi)施作兩道混凝土內(nèi)支撐支護(hù)體系”的原設(shè)計(jì)。

(1)基坑護(hù)坡設(shè)計(jì)參數(shù)

①地面超載按q=20 kPa考慮，行車(chē)指揮樓超載按q=50 kPa，地下車(chē)庫(kù)超載按q=20 kPa考慮。

②基坑變形：基坑樁錨支護(hù)部位按Ⅰ級(jí)基坑控制變形，基坑安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)；北側(cè)放坡體按Ⅲ級(jí)基坑控制變形，基坑安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

(2)基坑各剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)規(guī)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)選型和地層現(xiàn)狀、基坑深度、場(chǎng)地周邊建筑物等情況，對(duì)基坑支護(hù)方案進(jìn)行細(xì)化，分為5個(gè)剖面：1-1(基坑西南側(cè)及南側(cè))、2-2(基坑?xùn)|側(cè))、3-3(基坑?xùn)|側(cè)北端)、5-5(基坑西北側(cè)，剖面采用“雙排樁+370 mm磚擋墻+錨索”支護(hù)體系)、4-4(基坑北側(cè)，剖面自然放坡)。新建調(diào)度樓基坑平面及剖面位置如圖4所示；基坑剖面及支護(hù)位置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景如圖5所示。

圖4 新建調(diào)度樓基坑平面及剖面位置

圖5 新建調(diào)度樓基坑剖面及支護(hù)位置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景示意

4.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

(1)以1-1剖面設(shè)計(jì)為例，“樁錨+370 mm磚擋墻”支護(hù)設(shè)計(jì)方案如圖6。

圖6 基坑1-1剖面三道錨索示意(單位：mm)

①本剖面位于基坑西南側(cè)及南側(cè)，從自然地面算起，基坑深約16.00 m，采用“樁錨+370 mm磚擋墻”支護(hù)體系，上部1.65 m施作370 mm磚擋墻，預(yù)留肥槽(寬1.2 m)，地面超載為20 kPa。

②護(hù)坡樁采用A型鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)23.5 m，其中嵌固段長(zhǎng)9.65 m，樁間距1.0 m，樁徑800 mm，樁身強(qiáng)度為C30，混凝土塌落度為180～220 mm。

③冠梁尺寸為800 mm×500 mm，強(qiáng)度為C30，兩側(cè)各配3C20HRB400級(jí)熱軋螺紋鋼筋，中間加配2C18HRB400級(jí)熱軋螺紋鋼筋，箍筋為C8@150。

④三道錨索分別位于冠梁頂下3.35 m、7.35 m、11.35 m處，水平間距為1.5 m(三樁兩錨)，錨索孔徑為150 mm，下傾角為15°。錨索成孔后，放入4～5φ15 mm(7φ5 mm)低松弛型鋼絞線(xiàn)，每2 m設(shè)1對(duì)中支架。二次壓漿灌注P.S.A32.5 MPa礦渣純水泥漿，水灰比為0.50，強(qiáng)度為20 MPa。錨索鋼絞線(xiàn)下入過(guò)程中，增加1根塑料壓漿管，沿著該塑料管注漿和二次壓漿(塑料壓漿管不取出)。錨索鎖在2根I28b型鋼上。1-1剖面3道錨索參數(shù)如表1所示。

表1 1-1剖面三道錨索參數(shù)

⑤樁間土體掛φ6.5@200×200 mm鋼筋網(wǎng)，使用C16 U形鋼筋勾將鋼筋網(wǎng)片與護(hù)坡樁固定，加強(qiáng)筋的縱向間距為1.0 m。然后噴射細(xì)石混凝土，強(qiáng)度為C20，面墻厚度約為100 mm。

⑥采用信息法施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整。

(2)以2-2剖面為例，“雙排樁+370 mm磚墻擋墻+錨索支護(hù)”設(shè)計(jì)方案如下。

①本剖面位于基坑?xùn)|側(cè)，鄰近既有行車(chē)指揮中心，護(hù)坡樁內(nèi)皮距指揮中心約5.7 m，行車(chē)指揮中心基礎(chǔ)埋深4.8 m，采用樁基礎(chǔ)。從自然地面算起，坑深約16.00 m，采用“雙排樁+錨索+370 mm磚擋墻”支護(hù)體系，上部1.65 m施作370 mm磚擋墻，預(yù)留肥槽(寬1.2 m)，地面超載為20 kPa。

②B型鉆孔灌注樁護(hù)坡樁長(zhǎng)24.5 m，其中嵌固段長(zhǎng)10.65 m，前排樁間為距1.2 m，后排樁間距為2.4 m，排距為2.0 m，樁徑為1 000 mm，樁身強(qiáng)度為C30，混凝土塌落度為180～220 mm。

③冠梁尺寸為1 000 mm×500 mm，強(qiáng)度為C30，兩側(cè)各配3C20HRB400級(jí)熱軋螺紋鋼筋，中間加配4C20HRB400級(jí)熱軋螺紋鋼筋，箍筋為C8@150。

④連梁、錨索、樁間土體掛鋼筋網(wǎng)的做法同1-1剖面。

⑤采用信息法施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整。

(3)注意事項(xiàng)

①距坑邊3.0 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆放鋼筋等雜物或行駛重型卡車(chē)。

DBT對(duì)非致密型腺體的檢查敏感性、特異性、陽(yáng)性/陰性預(yù)測(cè)值與FFDM相比，差異不顯著（P＞0.05）；對(duì)于致密型腺體良惡性的判斷，DBT特異性較FFDM高，比較差異顯著（P＜0.05），但敏感性、陽(yáng)性/陰性預(yù)測(cè)值相比，兩者差異均不顯著（P＞0.05）。見(jiàn)表3。

②土方開(kāi)挖要與護(hù)坡相協(xié)調(diào)，嚴(yán)禁超挖。

③錨索張拉鎖定前，坑邊嚴(yán)禁行駛車(chē)輛，避免因動(dòng)荷載引起鋼絞線(xiàn)與水泥漿之間出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

4.4 基坑開(kāi)挖安全監(jiān)測(cè)與施工

深基坑的安全與穩(wěn)定直接關(guān)系到基坑本身及鄰近建筑物、基坑周邊道路和鄰近地下管線(xiàn)的安全。根據(jù)深基坑支護(hù)有關(guān)規(guī)范要求，在結(jié)構(gòu)主體地下部分施工階段，必須對(duì)基坑支護(hù)系統(tǒng)和周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于巖土工程的復(fù)雜性，深基坑支護(hù)系統(tǒng)受到許多難以確定因素的影響，因此，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握支護(hù)系統(tǒng)及周?chē)h(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，確保支護(hù)系統(tǒng)和周?chē)h(huán)境的安全。

(1)支護(hù)坡體水平及垂直位移監(jiān)測(cè)

① 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

支護(hù)坡體水平、垂直位移，基坑周邊道路、管線(xiàn)及地面沉降觀(guān)測(cè)，錨索內(nèi)力監(jiān)測(cè)，基坑深部位移變形監(jiān)測(cè)，既有建筑物沉降觀(guān)測(cè)，地下水水位觀(guān)測(cè)，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)。

②監(jiān)控預(yù)警值和報(bào)警值

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB50497—2009)，本次基坑?xùn)|側(cè)(調(diào)度樓一側(cè)) 2-2剖面、3-3剖面的基坑變形控制：水平安全預(yù)警值為h×1.0‰×70%，報(bào)警值為h×1‰；垂直變形安全預(yù)警值為h×1.0‰×70%，報(bào)警值為h×1‰?；?-1剖面、5-5剖面變形控制：水平安全預(yù)警值為h×2.0‰×70%，報(bào)警值為h×2‰；垂直變形安全預(yù)警值為h×2.0‰×70%，報(bào)警值為h×2‰?；?-4剖面變形控制：水平安全預(yù)警值為h×5.0‰×70%，報(bào)警值為h×5‰；垂直變形安全預(yù)警值為h×6.0‰×70%，報(bào)警值為h×6‰。樁錨支護(hù)連續(xù)3 d內(nèi)變形速率不得超過(guò)2 mm/d；4-4剖面連續(xù)3 d內(nèi)變形速率不得超過(guò)5 mm/d；周邊管線(xiàn)連續(xù)3 d變形速率不得超過(guò)2 mm/d?；又ёo(hù)變形觀(guān)測(cè)預(yù)、報(bào)警數(shù)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照如表2所示。

表2 基坑支護(hù)變形觀(guān)測(cè)預(yù)、報(bào)警數(shù)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照 mm

錨索的內(nèi)力監(jiān)測(cè)宜采用專(zhuān)用測(cè)力計(jì)、鋼筋應(yīng)力計(jì)或應(yīng)變計(jì)，量程宜為對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)值的2倍，量測(cè)精度不宜低于0.5%F·S，分辨率不宜低于0.2%F·S。

(3)護(hù)坡樁變形監(jiān)測(cè)

通過(guò)測(cè)斜儀觀(guān)測(cè)各深度處的水平位移。測(cè)斜儀系統(tǒng)精度不宜低于0.25 mm/m，分辨率不宜低于0.02 mm/500 mm。

4.5 基坑開(kāi)挖施工要點(diǎn)

(1)按“分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的施工原則，嚴(yán)防基坑邊坡超挖。按支護(hù)方案施工工藝與支護(hù)步數(shù)逐層分段開(kāi)挖，待支護(hù)達(dá)到允許強(qiáng)度后再進(jìn)行下部開(kāi)挖。

(2)當(dāng)土方開(kāi)挖至冠梁底面高程后進(jìn)行冠梁施工；冠梁施工完成后，分層開(kāi)挖至錨索高程下500 mm，逐層進(jìn)行錨索施工，直至挖至基底以上300 mm。

(3)基坑開(kāi)挖到距距離坑底300 mm時(shí)，必須采用人工挖除，基坑開(kāi)挖到最終坑底面后應(yīng)及時(shí)施作墊層。

(4)基坑開(kāi)挖施工時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)周?chē)牡孛娉d不能大于設(shè)計(jì)規(guī)定的超載極限值，基坑3.0 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆載。

(5)土方開(kāi)挖時(shí)，挖斗嚴(yán)禁碰撞護(hù)坡樁、錨頭、腰梁等支護(hù)結(jié)構(gòu)。

5 安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析

通過(guò)優(yōu)化護(hù)坡樁、冠梁、錨索、掛網(wǎng)噴漿、擋水墻和基坑支護(hù)變形監(jiān)測(cè)等安全防護(hù)技術(shù)方案，保證了基坑四周既有建筑物和道路、管線(xiàn)等的設(shè)施安全，保證了施工、辦公、道路通行人員和居民安全，縮短基坑支護(hù)工期3個(gè)月，節(jié)約投資230萬(wàn)元，確保了2015年末調(diào)度樓主體結(jié)構(gòu)、屋面和全部砌體按期完成(見(jiàn)圖7)。

圖7 建成后調(diào)度樓實(shí)景

2016年12月28日，新建調(diào)度大廳125個(gè)調(diào)度臺(tái)和普速、客專(zhuān)調(diào)度系統(tǒng)全部按期開(kāi)通使用，通信、信號(hào)、信息、供電、客服等各專(zhuān)業(yè)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和安全性得到極大改善和提高，尤其是保證了133個(gè)既有調(diào)度信息系統(tǒng)搬遷施工的按期完成，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度信息系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量、使用功能、運(yùn)行速度和可靠性等方面質(zhì)的飛躍，使得鐵路局調(diào)度所對(duì)全局客專(zhuān)和普速鐵路行車(chē)的調(diào)度指揮更加順暢，為鐵路局運(yùn)輸提質(zhì)增效做出了貢獻(xiàn)，取得了較好的安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。