超深基坑工程支护及开挖方案优化设计研究
摘要：近年来，随着国民经济的快速发展，城市土地资源越来越稀缺宝贵，为了节省土地，带来了大量地下工程的规划与建设。城市基坑工程越来越呈现出紧、近、深的特点。在建筑物林立，地下管线密布的城市内建造深基坑，大大提高了支护结构的设计及施工的难度。因此本文对超深基坑工程支护及开挖方案优化设计进行了研究。
关键词：超深基坑工程,支护及开挖,方案,优化设计
1.工程简介
某暨综合交通枢纽工程坐落于深圳市福田区的城市核心区域，车站总长1024米，宽78米，其共设8线4站台，为地下三层式结构，建筑面积约12.8万平方米。暨综合交通枢纽汇集了客运专线地下火车站，地铁1. 2. 3, 4, 11号线以及城市地面交通，是集国家高速铁路干线、城际铁路、城市轨道交通和公路交通等多种交通方式于一体的现代化综合交通枢纽工程。
2.基坑支护方案优化设计
2.1基坑围护结构方案优化设计
车站主体围护结构采用1200mm厚地下连续墙。施工段一、施工段二、施工段五主体围护结构采用1200mm厚地下连续墙;考虑到地质条件及周边环境的差异，施工段三、施工段四主体围护结构部分地段采用1500mm厚地下连续墙，南北两端封堵墙采用1200mm厚地下连续墙。车站地下连续墙嵌固深度在满足整体稳定性计算的同时，由于车站较长，地质条件变化较大，根据不同的质地情况，入土深度取值可不同，但应保证基坑底面之下的地下连续墙嵌入全风化岩层的深度不小于15m;嵌入强风化岩层的深度不小于5m;嵌入弱风化岩层的深度不小于2.5m。连续墙混凝土钢筋保护层厚度迎土面为70mm，背土面为50rnm。
为保障地下连续墙施工质量，墙体施工应分为五个大环节来控制，即测量放线、浇筑导墙、槽段开挖、钢筋笼制作及安装、泥浆制备和浇筑混凝土。地连墙成槽须采用跳槽施工，先施工两个双雌段(带工字钢接口)，然后施工二序的双雄段(不带工字钢接口)。钢筋笼必须由钢筋班统一加工，钢筋笼须在现场整体制作成型后，利用履带吊进行整体吊装。为防止钢筋笼在起吊过程中产生不可恢复的变形，沿钢筋笼竖向设置水平析架筋，采用主 (30OT/260T)、副 (150T/80T)两台履带吊车起吊钢筋笼。
导墙采用钢筋混凝土结构，厚150mm，高1200mm，。导墙开挖后，需做好排水、降水工作，施工时地下水位降到1.7米以下，保持沟槽干燥。挖出的土方及时外运。重型车辆、机械在成槽和成槽结束后，应尽量减少在旁行走，减小对槽壁的侧压力，避免因行走时造成瞬间侧压力引起槽壁坍方。钢筋笼吊放须垂直入槽，避免因吊放倾斜碰撞槽壁引起塌方。
槽段开挖采用成槽机、冲击钻及双轮铣槽机配合开挖成槽。强风化花岗岩以上地层采用成槽机抓土成槽，强风化花岗岩以下地层采用冲击钻机或双轮铣槽机成槽。一般单元槽段长度为5m。根据连续墙的施工工艺，分1、2期槽段施工，当施工一个1期槽段后，中间隔开一个2期槽段，进行下一个1期槽段施工，当两个1期槽段达到2.5MPa后，进行中间的2期槽段的成槽与其它工序。
泥浆的制作、使用，严格按技术操作要求进行，加强质量管理，确保泥浆在施工过程中保持泥浆的可使用性质。施工过程中随时进行泥浆取样试验，按试验结果判断新泥浆的可使用性，再生和修正配合比等措施，确保成槽精度，安全施工。成槽中由于对泥浆污染较大，需注意地下水位变化情况，随时向槽内补充新泥浆进行调整，保持泥浆的液位。在槽段周围要采取排水措施，防止地面水和雨水流入沟槽内。首幅槽段浇筑硅前接头处要预埋定位钢板，方便闭合幅槽段开挖，定位钢板要深入导墙面下6m。地下连续墙内的混凝土是通过混凝土导管输送到地下墙内，导管直径300mm的钢管，混凝土浇灌过程中应随时掌握浇灌高度及混凝土表面高度。采用测锤随时测定混凝土高度及上升情况以及它们的高差，测定时每槽段不小于4处。在任何情况下都应保证混凝土导管埋入混凝土的深度最小5m以上，最大6m以下。混凝土浇灌到顶部时，放慢浇灌速度，减小导管埋入混凝土深度。在已完成的槽段混凝土接头处，用接头刷连续清洗，直至接头刷无泥为止，以防止硅接头处出现夹泥，产生冷缝，引起渗漏。合理布置导管数量及间距，控制好各导管的硅浇筑顺序，保证硅面的均匀上升，避免因泥浆卷入影响墙体和槽段接头处的混凝土质量而引起渗漏。保证混凝土具有良好的和易性，防止因硅流动性不佳，使导管之间和槽段接头部位硅易卷入泥渣，影响混凝土质量并降低其防渗性能。地下连续墙的功能包括挡土、止水和承受荷载。为使地下连续墙能充分发挥上述三项功能，为保证墙底端承力和止水效果，采用后压浆技术。
2.2基坑支撑体系设计
明挖施工段主体基坑采用4道支撑进行开挖临时支护，第一道采用600X1200的钢筋混凝土支撑，标准段间距6m，第2一4道支撑采用中800mm，t=20mm钢管横撑，钢支撑水平间距为3m，竖向层距为7.5m一8.5m。
基坑开挖过程中先施工腰梁、架设钢支撑，以尽早对围护结构进行支撑;然后采用分层、分台阶法进行基坑开挖，每层开挖高度不超过3m。
盖挖逆做作段基坑开挖宽度78m，开挖深度深约31m，属于宽大超深基坑，场地地下水水位高且水量丰富，土层中素填土、流塑淤泥、砾砂、粗砂厚度较大。钢筋混凝土支撑施工必须结合挖土方案，做到开挖一块施工一段，在60h内完成支撑施工，以尽量减少每层土方开挖基坑无支撑暴露时间。待整道支撑施工完成、形成整体，混凝土达到设计强度80%后，才能进行支撑下面土方的开挖。
基坑开挖过程中先施工腰梁、架设钢支撑，以尽早对围护结构进行支撑。钢管支撑加工完成后运送到施工现场，安装前在地面拼装，土方开挖到钢管支撑标高时，及时用吊车或汽车吊安设钢围凛与钢管横撑，通过钢管支撑活络端用油顶施加预加力，再用楔块塞紧，取下油顶。在基坑开挖过程中将充分利用“时空效应”理论，钢支撑的安装和预加力的施加控制在8小时以内。
3.基坑开挖方案优化设计
3.1基坑开挖方案设计
明挖段基坑开挖必须在围护结构封闭且连续墙、冠梁和第一道混凝土支撑达到设计强度后进行。
基坑分台阶开挖，人工配合挖掘机直接接力挖装，自卸汽车运输。第一道钢筋混凝土支撑下土方采用挖掘机反向开挖，其余各层顺挖并随挖随撑。混凝土腰梁施作前，先凿出地下连续墙里的预埋件。在地下连续墙上立模浇筑混凝土腰梁，焊接完成支撑托架的安装。钢管支撑的安装按土方挖完一段随即支撑一段的原则进行，使其能及时发挥支护作用减小地下连续墙的变形，然后采用分层、分台阶法进行基坑开挖，每层开挖高度不超过3m。基坑分段分层开挖。每段长度为20一30m，每层厚度不得大于3m，每层土的开挖深度必须按设计要求进行，不得超挖，并按设计要求施工腰梁和混凝土支撑。下层土体的开挖应在混凝土腰梁达到设计强度、钢支撑施加预加轴力后方可进行。钢管支撑所在之处的土方挖完以后，通过测量放出这一道钢管支撑与地下连续墙的接触点，要保证钢管支撑与地下连续墙的墙面垂直，位置适当。
底板位于弱风化地层中，基坑开挖时需要爆破施工，须采用微差、控制爆破。为避免超挖扰动原状土，基底以上30cm采取人工突击开挖。主体结构紧跟土方开挖，自南向北按设计分段施工，每段长约24米，主体结构自下而上逐层顺序施工。负二层紧跟负三层、负一层紧跟负二层，形成流水作业。
明挖段支护体系建立的主要步骤:
(1)基坑开挖至第一道钢筋混凝土支撑底标高，模筑施工冠梁和第一道支撑;
(2)向下开挖至第二道支撑中心线下0.5m后，施工腰梁及第二道支撑;
(3)向下开挖至第三道支撑中心线下0.5m后，施工腰梁及第三道支撑;
(4)向下开挖至第四道支撑中心线下0.5m后，施工腰梁及第四道支撑;
(5)向下开挖至基坑底，施作综合接地网及垫层，施工结构。
盖挖段基坑开挖，首先需将顶板结构以上部分明挖土方施工:表层上采用挖掘机沿横向多工作面开挖，平均挖深约3m，开挖到顶板基础标高。每层开挖一前20天先进行，待地下水位位于开挖面以下后，再开始相应节段的土。盖挖施工段施工步骤为:
(1)负一层分两层开挖，开挖至负一层中板主梁底标高，并考虑设置垫层的影响。
(2)施工负一层结构，并对应顶板预留出土孔洞，负一层中板强度达到设计强度的85%以上，进行下层土方开挖;
(3)向下开挖负二层，负二层根据预应力锚索的位置进行分层开挖，及时施作预应力锚索;
(4)预应力锚索注浆强度达到设计强度后，施工负二层结构，并对应上层位置预留出土孔洞，负二层中板强度达到设计强度的85%以上，进行下层土方开挖;
(5)预应力锚索注浆强度达到设计强度后，依次施工底板和负三层结构;
(6)负三层结构施工完成后，进行车站内部结构施工;
(7)内部结构施工完成后，封闭预留孔洞，进行顶板防水层施工和顶板回填土填筑。
施工期间应注意地面和基坑内的引排水，在雨季施工时，应准备一定量的抽水设备，及时排水，确保工程的安全和设备的正常运转。另外，需在基坑四周地面设截水沟，基坑内可根据实际情况设置临时的排水沟和集水井。
基坑地下水治理设计为防止涌砂、流砂等诱发基坑周围建筑物的过大变形或开裂等事故、病害，必须对地下水进行有效治理，主要为降水及截水两种方式。根据深圳地区的工程经验，灌浆效果一般比较差，难以形成全封闭的帷幕体。场地内局部地段淤泥质细砂、细砂层及中砂层具液化性，对液化砂层采取普通注浆加固，加固宽度为基坑外5.0m，注浆深度宜分别进入上下不液化土层0.5m，注浆孔距1.5m，呈梅花型布置，浆液扩散半径1.0米。灌注浆液:水泥采用标号不低于R32.5的普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比1:1注浆压力，初压:0.2一0.5MPa终压:2一3Mpa。注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得注浆施工经验。为缩短浆液的凝胶时间，在浆液中掺加3‰的速凝剂。注浆后土体应达到硬塑状粘性土特性标准，抗压强度多1.0MPa，注浆结束标准:进浆量小于20L/min，并达到设计终压后稳定10分钟。
参考文献：
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