南京长江四桥南锚碇基础_形超深基坑开挖施工技术

建筑技术

ArchitectureTechnology

第41卷第3期2010年3月

Vol．41No．3Mar．2010

南京长江四桥南锚碇基础“∞”形超深

基坑开挖施工技术

段朝静1，徐

摘

伟1，何超然2

(1.同济大学，200092，上海；2.中交二航局有限公司，430014，武汉)

要：平面形状为“∞”形的超深基坑在国内首次获得实践应用，其受力较复杂，同时有周围环境复杂及石

油管线等众多制约因素。“∞”形基坑的开挖方式有利于控制“∞”形围护结构的受力和变形，应用信息技术进行监测，可确保“∞”形基坑的稳定及周边管线的安全。

关键词：“∞”形；基坑工程；开挖中图分类号：TU753.67

文献标识码：B

文章编号：1000-4726（2010）03-0204－04

CONSTRUCTIONTECHNOLOGYOF∞-SHAPEDSUPERDEEPSOUTHANCHORAGEFOUNDATIONPITEXCAVATIONOFFOURTHNANJINGCHANGJIANGRIVERBRIDGE

DUANChao-jing1,XUWei1,HEChao-ran2

(1.TongjiUniversity,200092，Shanghai，China；2.TheSecondHarbourEngineeringCompany,Ltd.,430014，Wuhan,China)

Abstract:∞—shapedsuperdeepfoundationpitwasusedfirstinourcountry,theforceismorecomplexandatthesametime,therearecomplicatedperipheralenvironment,oilpipelinesandotherrestrictionsoflotsoffactors.excavationmethodof∞—shapedfoundationpitwaspresentedinthispaper,inordertofacilitatethecontrolofthestressandthedeformationof∞—shapedfoundationpit,andutilizeinformationtechnologyformonitoringtoensurethestabilityof∞—shapedfoundationpitandthesafetyofperipheralpipelines.

Keywords:∞—shaped;foundationpit;excavation

南京长江第四大桥是南京市城市总体规划中“五桥一隧”过江通道之一，也是南京绕越高速公路的过江通道的重要组成部分，位于南京长江二桥下游10km处，距长江入海口320km。主桥为1418m的双塔三跨悬索桥。其南锚碇基础采用井筒式地下连续墙结构形式，平面形状为“∞”形，这种规模形式的地下连续墙基坑属国内第一、世界罕见，其受力较复杂，因此基坑开挖技术尤为关键。

悬出地下连续墙内侧1.0m，总宽度2.5m，高3.0m，隔墙处帽梁悬出隔墙两侧各1.0m，总宽度3.5m，高3.0m。

为满足地下连续墙开挖阶段受力要求，在墙内侧设置钢筋混凝土内衬。内衬高3.0m，厚度自上而下依次为1.0m，1.5m，2.0m，各内衬底面设置成斜坡，并在与隔墙相交处设置倒角。帽梁及内衬采用C30混凝土。

基坑开挖至基岩面-38.120~-29.230m处，总开挖深度44.620~35.730m。南锚碇基坑布置见图1，2。

1

1.1

工程概况

工程概况

南锚碇基础平面形状为“∞”形，长82.00m，宽

1.2水文地质条件

南锚碇区地层属扬子地层区，宁镇－江浦地层小

区，受沉积间断及构造运动的影响，区内地层发育较全，伴有火成岩侵入。该处地下水可分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水：孔隙水主要为承压水，目前地下水位约为+4.5m，含水层由粉砂组成，北侧厚，南侧基本缺失，渗透系数k=4.29m/d，影响半径R=127.34m；基岩孔隙不发育，裂隙仅少量发育，且裂隙连通性较差，故赋水性和透水性均较差。

59.00m，由2个外径59m的圆和1道隔墙组成，墙厚1.50m。地下连续墙施工平台高程为6.5m，底高程为-35.000~-45.000m，嵌入中风化砂岩约3.00m，总深度40～50m。

帽梁沿地下连续墙外墙及隔墙设置，外墙处帽梁

收稿日期：2009-09-24

基金项目：南京长江第四大桥科学研究项目

作者简介：段朝静（1984-），男，安徽砀山人，硕士研究生，e-mail：mand

2总体施工方案

基坑开挖前进行抽水试验，检验地下连续墙的封

uan@163.com．

水性能，当地下连续墙封水达到要求后进行基坑开挖。

2010年3月段朝静，等：南京长江四桥南锚碇基础“∞”形超深基坑开挖施工技术··205

帽梁共分8段施工，其中圆弧段分6段，隔墙段分

2段。内衬共分12段施工，其中圆弧段分8段，隔墙段

分4段。内衬采用逆作法施工，即开挖一层土体施工一层内衬，当同一层内衬混凝土强度达到80%后开挖下一层土体。同一层内衬平面内浇筑单元长度不大于36m。

基坑开挖过程中对地下连续墙、基坑、周边土体和建筑物进行监控，确保施工安全。

基坑开挖及帽梁内衬施工工艺流程见图3。

3

3.1

基坑开挖方案

基坑开挖施工工艺及流程

基坑开挖共分14层进行，南北两侧基坑同步施工。

土体开挖采用岛式法施工，先对称开挖坑内周边土体，后开挖中间土体。每层开挖深3.0m，开挖方量为10908

m3，单层开挖周期约7d。

每层基坑开挖前，将坑内地下水位降低至开挖底面以下1m，保持基坑内开挖环境相对干燥。

第一层开挖时直接将自卸车开至基坑内，用反铲挖土装车后外运至土方转运点。第2～14层开挖时，先用反铲在基坑内挖土并装入料斗，然后用履带起重机吊土并倒放至基坑外平台，最后用装载机装车并运至土方转运地点。基坑开挖流程见图4。

基坑开挖严格按设计工况分层分区进行，分层厚度与内衬分层高度（3m/层）相同，每层平面上分区进行。采用6台反铲对称开挖，各区开挖的先后顺序按照内衬分段的施工顺序确定。开挖采用岛式法进行，每层先挖除周边4m区域内土方，随即施工内衬体系；在施工内衬的同时开挖中间区域土方，待上层内衬混凝土强度达到80%设计强度后再开挖下一层周边土方。在挖设置横撑的土层时，先开挖横撑处土体，进行横撑施工，再开挖坑内周边及中间土体，如此循环直至基底。基坑从上到下按阶梯形开挖。

3.2基坑开挖顺序

当帽梁施工完毕并达到80%设计强度及基坑内顶

部软土层加固满足要求，在接到开挖令后，开始进行基坑土方开挖。

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建筑技术第41卷第3期

3.3基坑开挖方法

（1）土方开挖前按设计要求，将坑内地下水位降

至开挖面以下1m。采用反铲挖掘机配其他设备按中心岛法进行分层开挖，一次开挖到底。

（2）各层土方采用放坡开挖，先开挖周边4m区域内土方，用反铲掘松，履带式起重机配料斗出坑，周边土方开挖后立即施工内衬体系，内衬施工时开挖中间土方。履带式起重机采用定点取土方式，通过反铲将基坑中部土方倒运到料斗取土点，再由履带式起重机运出坑。履带式起重机布置时尽量避开内衬施工区。

（3）在内衬部位，每层土方开挖到底时预留10～20

cm采用人工开挖整平。降水管井周围50cm范围内的土

方采用人工开挖，开挖过程中根据要求注意在需要处放出排水坡。

（4）第1层土方设斜坡道由自卸车直接开入基坑，反铲挖土装车，自卸车运土至土方转运场运走。

（5）第2～14层土方开挖，先用反铲在基坑内挖土并装入10m3料斗，然后用履带式起重机吊土并倒放至基坑外平台，最后用装载机装车并运至土方转运地点。

土施工吊装设备，要求工作平面尽可能覆盖整个基坑；（2）塔式起重机位置尽可能考虑对后期工程施工影响最小，且用于后期工程。3台塔式起重机工作幅面基本覆盖整个锚区。锚体上部结构施工时，需安装门式起重机。

塔式起重机立面布置见图6。3台塔式起重机在高度上相差3～4节标准节高度（9～12m）。因锚区平台南侧布置有搅拌站，同时整个平台交通出口设置在西南侧（履带式起重机通行频繁），则锚区南侧塔式起重机最高，为54.1m；锚区西侧塔式起重机高度次之，为42.1

3.4基坑降水施工

（1）采用降水管井将水抽排出基坑，降水管井深

入中风化基岩内3.0m，兼作基岩内减压排水作用。软土层内采用砂砾渗井（砂桩）加速排水和疏干（降水井已在地下连续墙施工前完成）。

（2）坑内降水管井布置在基坑内离地下连续墙内侧约4.5m处，锚区北侧布置3口降水井，南侧布置2口降水井。

（3）为使基坑开挖过程中保持良好的干施工条件，每层土方开挖前，通过设在坑内的5口降水管井降低基坑内的地下水位。降水过程中要注意观察坑内水位，确保每次水位降深在开挖面以下1m，不得超降。

（4）降水管井随开挖面下降拆除，孔口始终保持高于开挖面1.5m。潜水泵沿基坑内衬布置固定管路，管路绕过帽梁及外施工平台，抽出的水经平台排水沟流至主排水沟。排水管路采用覫83×4钢管。

（5）在粉质粘土和淤泥质粉质粘土层，因土的渗透系数较小，为加快该层的降水速度和改善降水效果，雨季在坑内用反铲开挖若干排水沟和集水坑，利用小型潜水泵及时抽排坑内积水。降水井管路布置见图5。

m；东侧塔式起重机最低，为33.1m。

3.6基坑开挖的时效分析

第1层土方开挖时直接将自卸车开入基坑，用反铲

装车，开挖工期考虑3d，第2～14层开挖只考虑2台履带起重机取土时的工期，实际配3台履带起重机。基坑开挖总工期约68d，满足总工期120d要求。基坑开挖工期从帽梁施工完成并达到80%强度开始计算，第一层开挖时间受反铲和运输车辆效率控制，以下各层受履带起重机效率控制。若开挖过程中履带起重机效率不能满足要求，则需及时增加履带起重机，确保满足每层开挖时间控制在预计时间内。

3.5塔式起重机布置

塔式起重机布置在基坑周围，其平面布置需考虑

以下两个因素：（1）塔式起重机主要作为基坑钢筋混凝

2010年3月段朝静，等：南京长江四桥南锚碇基础“∞”形超深基坑开挖施工技术

表2

监项

测目

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3.7基坑开挖注意事项

（1）开挖过程中应采取周密的监控措施，实施信

监测频率表

监

测

频

率

息化施工，确保施工安全。

（2）基坑开挖与内衬施工要保持一致，严格按设计要求进行。

（3）开挖过程中注意降、排水系统的正常运转，确保基坑内施工环境干燥。

（4）开挖过程中采取周密的安全防护措施，设置足够的安全工作通道，并加强对降、排水系统和监测设施的保护。

（5）基坑施工期间，坑外的载重车辆和堆载不得超越设计规定的范围。

（6）开挖过程中定时对工作面的空气质量进行检测，若不满足要求须采取有效的通风措施。

地连墙施工坑内降水开挖至底板施工至地面

—测点埋设测点埋设测点埋设

—测点埋设测点埋设测点埋设测点埋设

周边地基土沉降围护墙顶垂直、水平位移围护墙侧向位移连续墙钢筋应力内衬墙钢筋应力及

内横撑应力坑外孔隙水压力坑外土压力坑内、外地下水位

温度

1次／3d———测点埋设

1次／1d1次／1d1次／1d1次／1d1次／1d1次／1d1次／1d1次／1d1次／1d

1次／7d1次／7d1次／7d1次／7d1次／7d1次／7d1次／7d1次／7d1次／7d

1次／3d1次／3d1次／3d1次／1d

（2）现场监测工程师分析当天监测数据及累计数据的变化规律并与报警值比较。若发现接近报警值时立即向业主、施工单位和监理方提出报警，提请有关部门关注，同时一起参与应对方案的制定和研究。

（3）每月提交监测月报和测试数据变化走势图，每个施工阶段提供监测阶段报告，监测工程结束后3周内提供监测总结报告。

4

4．1

信息化施工

测点布置

根据本工程特点、现场情况及总体设计要求，设定

本工程监测内容见表1。

表1

基坑系统

监测项目表

测试手段光学测量光学测量测斜仪钢筋应力计钢筋应力计钢筋应力计光学测量潜水和承压水土压力计渗压计光学测量光学测量声发射系统

监测项目墙顶水平位移监测

（4）若监测结果超过设计警戒值应立即紧急提示，并提出相应的对策，供有关方面参考。各项目的报警建议值见表3,鉴于有关规范对基坑安全性判别标准中均涉及相关参数的设计取值（如设计时应用的侧压力等），实施中的预警值还需经过设计单位确定。

表3

监测项目墙体位移墙顶位移、沉降墙体应力温度

围护墙体

墙顶竖向位移监测墙体深层水平位移墙体内力监测

支撑系统

隔墙内力监测内衬应力监测周边地表竖向位移监测

地下水位监测

监测结果报警参考值

警戒值

备注

周边环境

坑外土压力监测坑外孔隙水压力监测周边建（构）筑物变形

长江大堤监测油管结构内部损伤监测

日变量累计变化值

±3mm±3mm

30mm25mm

4.2施工监控频率

为确保基坑安全，本工程以建立立体监测预警系

±5MPa设计强度的60％—

—

根据季节情况而定设计控制值的60％～80％

统为目的，根据基坑运行的变化规律，按经济合理的原则安排监测进程。基坑开挖阶段各监测项目每天监测1次，具体监测频率见表2。

土压力、孔隙水压力±5kPa

水位

－20kPa±3m－20mm

±0．5m

周边地表竖向位移－3mm

4.3监测数据处理与预警

（1）在现场设立计算机数据处理系统进行实时处

参考文献

［1］

中交二航局有限公司南京四桥项目部.南京长江四桥南锚碇地质钻探工程地质报告.2009．

理，每次观测数据经检查无误后输入计算机，经专用软件处理，自动生成报表。监测成果以日报和周报的形式及时提交给相关部门。