大跨度无横撑深基坑支护设计与施工技术探讨
大跨度无横撑深基坑支护设计与施工技术探讨
曹毅
（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067）
摘要：佛山市顺德区碧桂路南国路立交工程地处珠三角腹地，工程地质及水文地质情况极为复杂，主体工程为碧桂路下穿地道，其设计和施工难度都很大。结合地道工程施工图设计方案和现场施工实际情况，对大跨度无横撑深基坑支护设计与施工技术进行探讨，并与传统有横撑深基坑支护进行比较，为类似的深基坑工程支护设计与施工提供参考。
关键词：深基坑支护；设计与施工技术探讨
文章编号：1009-6477(2010)01-0063-03中图分类号：U459.2文献标识码：B
Probe into Design and Construction Technique of Supporting in
Large-span Deep Foundation Pit without Transverse Bracing
CAO Yi
佛山市顺德区快速干线网碧桂路南国路立交工程为既有道路改造工程，位于佛山市顺德区大良镇东侧，主线道路为碧桂路，被交线道路为南国路，近期方案为不完全互通菱形立交，远期为全互通立交工程。碧桂路下穿地道为该立交工程的主体工程。
碧桂路地道工程全长318.24m，设计车速为80 km/h，净宽27.5m，双向6车道。工程区域位于珠三角平原区，场地为既有碧桂公路，其为广州至珠海一交通大动脉，既有道路重交通量极大。场地周边地势低洼，沿线渠涌纵横，鱼塘密布。地面标高一般在2.5～4.5m之间，地下水相对稳定水位埋深为1.2～1.8m。
本地道工程基坑开挖深度约7～8m，局部达到12m，在必须保证既有道路通行的前提下，地质水文条件极其复杂的深基坑设计、施工成为项目的重点与难点。深基坑主要采用无横撑的钢筋混凝土排桩支护，在佛山市众多地道工程中首次采用无横撑支护方案。相比传统的钢管横撑支护，因减少了大量支撑格构柱和横向、斜向钢支撑，可节约造价约2000万元。本文结合地道工程施工图设计、计算过程以及现场施工实际情况，对大跨度无横撑深基坑支护的设计与施工技术进行探讨。
1场地岩土层地质特征
场地内地基由人工填土（Qme）、第四系海陆交互相冲淤积层（Qmc）、第四系残积土层（Qel）、加里东期混合花岗岩等组成。第四系冲淤积层厚度中等，主要由亚粘土、淤泥、淤泥质土、粉细砂等组成，厚约28～42m。
2场地水文地质条件
工程区域内属亚热带海洋性季风气候区，温暖潮湿，雨量充沛。钻孔终孔24h后，测得地下水相对稳定水位埋深为1.2～1.8m。地下水类型主要为人工填土中的潜水及冲淤积土层的微承压孔隙水和基岩的裂隙水。场地内主要含水层为粉细砂，砂层孔隙度高，含水量丰富，且基岩中含少量裂隙水。地下水补给来源于大气降水及含水层侧向渗流补给，排泄方式为蒸发及向下渗透。水位受季节、天气影响而变化，雨季洪水期水位略上升，旱季下降。地下水环境类型属Ⅱ类。
3深基坑设计
3.1地道主体设计概况
本地道工程位于R＝3100m的竖曲线及其2.8%纵坡坡段上，按使用要求分为U型开口框架和闭合箱型框架2种型式，闭合箱型框架位于碧桂路南国路平交口下方。根据主体工程结构计算结果，开口框架下设置Ф1.2m钢筋混凝土抗拔
收稿日期：2009-05-15
作者简介：曹毅（1978-），男，四川省巴中市人，本科，工程师.
公路交通技术2010年2月第1期Technology of Highway and Transport Feb.2010No.1
图1碧桂路地道无横撑深基坑支护施工
桩，闭合箱型框架则仅对基底进行软基处理，不再设置抗拔桩基。同时，因结构沉降缝设置需要而划分为15个结构节段。地道基底全部采用Ф0.5m@1.5mL10m 水泥搅拌桩进行软基处理。3.2地道深基坑支护设计3.2.1
支护方案
本地道基坑横向跨度大（约为30m
），考虑到项目工期紧，如采用传统的有横撑深基坑支护方案，则一是施工极不方便（对地板和侧墙的钢筋绑扎、模板支架搭设、混凝土浇筑影响较大），势必影响工期。二是鉴于节约工程建安费的目的，因为如果采用有横撑支护，如此大跨度的横向支撑无疑需要大量型钢格构柱和横撑钢管，而格构柱又需要大量工作桩，工程量极大；横撑钢管预加应力施工难度大，工期进度慢，钢管刚度要求较高，工程造价也会陡增。故本基坑支护施工图设计初始阶段就摒弃了传统的有横撑支护方案，而寻求一种无横撑，但又经济、安全的支护方案。图1为碧桂路地道无横撑深基坑支护施工。
根据不同挖深高度，地道基坑支护按以下2种方式设计。
1）地道进出口共4个节段因基坑挖深较小（挖深＜3m ），边坡采用直接放坡处理，放坡坡率为1∶2。放坡开挖迎土面采用双层砂袋反压防护，砂袋厚60cm ，铺砌前先沿坡面铺设透水土工布。坡底及坡顶分别设置截水沟和排水沟。在基坑挖深略大位置（挖深约3～5.5m ），采用从现状道路先放坡3m ，再施作数排咬合Ф0.5m@0.4m 水泥搅拌桩，将其作为水泥土墙支护。但在施工地道主体工程时应随时观测水泥土墙的变形情况，若变形过大，则需继续挖除桩外侧土体或采用其他加固措施。
2）地道中间7个节段（包括雨水泵房）因挖深较大（5.5～12m ），在既有路面开挖放坡3m 高
度，放坡坡率为1∶2，坡面防护同1
）类处理。并要求放坡施工完成后，放坡坡底应预留至少1.5m 宽平台作为临时排水沟，放坡坡底采用Ф1.0
m@1.3m 的钢筋混凝土支护桩，桩顶设置1.2m 高冠梁。桩外侧采用Ф0.5m@0.4m 双排水泥搅拌桩的止水帷幕增强基坑防护、止水效果。支护桩长约24m ，桩基总长约为有效支护长度的2.5～3倍，水泥搅拌桩止水帷幕的深度按照12m 控制。在地道泵房局部位置，考虑基坑挖深较大（约12m ），纵横向跨度均较小，故仍在坑内布置6道横撑或斜撑，以减小坑顶的侧向变形，但横撑及格构柱的工程量很小。
3m 放坡处理可有效卸除部分桩体外侧土体，减小对桩体的主动土压力，并可大幅缩短桩体长度，从而节约工程造价。3.2.2止降水措施
关于基坑的止降水问题，因基坑四周均为水位一致的鱼塘，地下水经土层渗透后基本相通，要采用降低坑外侧水位措施很困难，故本基坑主要考虑止水帷幕和临时排水问题，未单独考虑基坑降水措施。止水帷幕主要采用双排水泥搅拌桩水泥土墙，临时排水系统由素混凝土浇筑的截水沟、排水沟、集水井等组成。3.2.3监测方案
考虑基坑坑顶护道较小，现有交通量大，为保证道路通行安全，防止基坑崩塌，对基坑监测方案也进行了详细设计，具体包含深部位移监测、
地表沉降及水平位移监测、土压力监测及地下水
位监测。
3.3地道深基坑支护设计计算
为在施工前准确把握深基坑的内力和变形情况，设计采用《理正深基坑支护软件（5.3版）》，参照JGJ-122—99《建筑基坑支护技术规程》(简称《规程》)，土压力采用弹性法土压力模型（即“m 法”）对基坑土压力、位移、弯矩和剪力进行分析。同时对基坑整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起、抗管涌进行了验算。计算结果显示，挖深在（5.5～12m ）范围内坑顶变形量均不超过35mm ，较《规程》对位移要求最大50mm 要小，故能够满足《规程》要求，稳定性等验算也能获得通过。本基坑设计以坑顶位移值作为衡量计算能否通过的主要指标，也是监测方案的预警控制性参数（以35mm 作为预警标准值）。
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图2是基坑挖深为6.5m的节段，并一次性全部开挖至坑底工况下的内力位移包络图。
4深基坑施工
4.1深基坑施工时序与开挖原则
本项目深基坑施工是以确保现有交通不中断为前提而进行的围闭施工。施工前对区域内原有管线进行了再次调查和拆移。
基坑施工时序是：破除旧路面→支护桩施工（同时进行坑底软基处理）→止水帷幕施工→3m 放坡开挖→迎土面处理→大开挖至坑底→基底垫层、防水层处理→主体施工。基坑施工前即对地道基底进行超前软基处理（Ф0.5m@1.5mL10m 水泥搅拌桩处理）。如果开挖后在淤泥面上再进行坑底软基处理，则势必造成人员和机械设备不能正常入场，故在支护桩施工的现有地表进行超前软基处理。
基坑大开挖采用逐段跳槽开挖的原则，避免连续开挖易造成坑壁失稳的现象出现。
4.2深基坑施工经验总结
在深基坑施工过程中及完成后，进行了多次沉降位移观测，观测结果表明设于桩基冠梁顶的观测点沉降量基本为零，横向位移约为25～30 mm，完全满足《规程》要求。现对施工过程出现的问题进行总结：
1）本基坑多数段落采用排桩支护，钻孔桩施工采用冲孔成孔工艺，因旧路路床为砂性土回填，故桩顶成孔较为困难，施工中采用了适当加长桩顶护筒的措施。
2）钻孔桩间距较近（净距1.2m），成孔过程扩孔率较大，施工中采用调整泥浆配合比，适当添加外加剂的措施进行处理。
3）施工中严密监控坑顶位移，其值一旦超过或接近设计预警值，应立即停止开挖，局部进行回填。查明原因并采取加固措施后再进行施工。
4）雨季绝不能贸然进行大规模基坑施工，并应在3m放坡坡面进行临时防水处理，完善临时排水设施，坑底集水井抽水工作及时到位。
5）支护桩顶冠梁伸缩缝预留的纵向间距应加大（一般以40m设置1道为宜），以增强桩顶横向连接，减小桩顶位移。
5结语
对顺德碧南立交地道深基坑设计与施工技术的分析计算可知，对于挖深不太大而跨度较大的深基坑工程，可采用无横撑支护，这既利于施工又节约造价，可在类似工程推广、应用。
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