尚郡小區(qū)大面積不規(guī)則基坑圍護(hù)施工

■ 姚小鹍 Yao Xiaokun

0 工程概況

上海萬源城F街坊尚郡小區(qū)為高檔精裝修房住宅小區(qū)，位于萬源路以東，南靠顧戴路，東臨蓮花路，北面是平吉路。該項目地塊呈梯形，基地面積100 908m2，總建筑面積約24.9萬m2。小區(qū)建有19棟18～30層高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)住宅（地下一層），配有1幢3層商業(yè)中心（地下一層）、2層居委會、地下車庫（地下二層）、地下行車?yán)龋ǖ叵乱粚樱┘爸行W(xué)部教學(xué)樓和其他配套的公共服務(wù)建筑設(shè)施（圖1）。項目于2009年12月份開工，目前已竣工交付中。

圖1 萬源城尚郡項目平面圖

1 項目地質(zhì)情況

現(xiàn)場自然地面±0.00相當(dāng)于絕對標(biāo)高+4.50m，據(jù)勘探，場地淺部（約20.0m以上）地基土分布較穩(wěn)定，主要以飽和黏性土為主，底部第⑤1層夾粉性土。中深部地基土在深度約20.0～45.0m（局部達(dá)49.9m）分布不穩(wěn)定，場地西北部局部區(qū)域（中小學(xué)部教學(xué)樓）屬正常地層分布區(qū)，第⑥層層面埋深26.0～31.0m，第⑦1層層面埋深29.0～33.4m；西面10#樓的西北角也屬正常地層分布區(qū)，其余場地屬“古河道”區(qū)域，以粉性土和砂土（第⑤2層）為主，受“古河道”切割、沖刷沉積影響，第⑥層暗綠色黏性土缺失，第⑦1層砂質(zhì)粉土零星分布，“古河道”區(qū)域各土層分布和土性有較大差異。深部地基土第⑦2-1層粉砂缺失或?qū)用媛裆钶^深且有起伏，第⑦2-2層粉細(xì)砂層面埋深較深且有起伏。場地地質(zhì)條件及基坑圍護(hù)設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 場地地質(zhì)條件及基坑圍護(hù)設(shè)計參數(shù)

2 施工難點

本工程地下車庫面積大，為7.7萬m2，開挖深度8.15m，局部深坑處開挖深度為9.45m。周邊環(huán)境復(fù)雜，對環(huán)境保護(hù)的要求較高。

綜合上述情況，本工程難點在于：

⑴基坑面積大，且不規(guī)則。

⑵周邊道路均已形成，并且地下管線較多，其中最近的道路距離地下車庫基坑距離僅為13.5m。

⑶現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜，場地范圍內(nèi)有數(shù)條暗浜分布，最大寬度約為25m，最大深度4.5m，地下水位高，土層滲水系數(shù)大。

⑷因施工工期較緊，地庫與號房同時施工，但施工層數(shù)為地上不超過10層。

3 圍護(hù)設(shè)計

本項目基坑施工對周邊環(huán)境影響控制指標(biāo)要求鄰近建筑物沉降≤25mm，附加傾斜≤2.5‰，管線相鄰兩監(jiān)測點（間距約20m）沉降差10mm，水平位移差10mm。基坑設(shè)計方案的選定綜合考慮了本工程的特點及周邊環(huán)境要求，在滿足地下室結(jié)構(gòu)土建施工及確保周圍環(huán)境安全可靠的前提下，為了方便施工及提高工效的標(biāo)準(zhǔn)，并考慮其經(jīng)濟合理性，采用鉆孔灌注樁+攪拌樁的圍護(hù)型式，內(nèi)支撐采用鋼支撐對撐加角撐，局部設(shè)置混凝土支撐桁架。因周邊重車荷載及堆載較多，為控制其變形，將自然地面土方卸載至主樓底板面標(biāo)高（即卸載1.75m土方），車庫外圍考慮作為施工道路和場地使用，土方不卸載。

3. 1 地下車庫圍護(hù)設(shè)計

地下車庫地下2層開挖深度8.15m，面積34 890m2，邊長1 920m，是本工程圍護(hù)設(shè)計的重點（圖2、3）。

(1)地下車庫距離主樓較近處，因大部分主樓底板面標(biāo)高均為2.75m（即自然地面算起向下-1.75m），考慮經(jīng)濟性，同時充分利用各主樓的開挖深度，車庫基坑周邊均卸載至主樓底板面標(biāo)高（即土方卸載1.75m），卸載寬度9.0m，即2層車庫基坑開挖深度減小為6.40m，采用鉆孔灌注樁+深層攪拌樁的圍護(hù)型式，鉆孔樁采用Ф700@850，樁長13.25m，鉆孔樁進(jìn)入坑底以下8.35m，止水?dāng)嚢铇哆M(jìn)入坑底7.35m。

(2)車庫距離主樓較遠(yuǎn)處，其外圍作為施工場地和道路使用，土方不卸載，采用Ф850@1000鉆孔灌注樁，樁長14.25m，鉆孔樁底進(jìn)入坑底9.35m，止水?dāng)嚢铇哆M(jìn)入坑底以下7.35m。

圖2 圍護(hù)支撐平面圖

圖3 圍護(hù)支撐剖面圖

(3)南側(cè)靠近大直徑雨水管區(qū)域，在坑內(nèi)設(shè)置兩軸攪拌樁暗墩加固，攪拌樁長4m，暗墩寬度4.2m。

3. 2 地下行車?yán)葒o(hù)設(shè)計

地下行車?yán)乳_挖深度5.80m，為各主樓及地下車庫地下室完成后開挖，且西北側(cè)為萬源學(xué)校施工場地，不能采用放坡開挖，同時也無法卸載，根據(jù)上海市相關(guān)文件規(guī)定，開挖深度大于5.0m時不得采用復(fù)合式土釘墻，因此采用攪拌樁重力式擋墻的圍護(hù)型式，壩體寬度4.70m，樁長12.5m，暗浜區(qū)域壩體寬度加寬至5.20m。

3. 3 支撐系統(tǒng)

綜合考慮經(jīng)濟性、施工挖土方便性、施工進(jìn)度周期，同時為了有效地控制基坑變形，經(jīng)過優(yōu)化比選，決定采用鋼支撐，平面型式為對撐加角撐，局部設(shè)置混凝土支撐桁架。鋼支撐具有安裝、拆除方便和支撐跨度較大的優(yōu)點，且可施加一定的預(yù)軸力，對基坑周圍的環(huán)境能起到很好的保護(hù)作用。

本工程支撐體系采用雙拼Ф609×16鋼管及700×700(800×800)鋼筋混凝土支撐，開挖時應(yīng)先撐后挖，即開槽設(shè)置鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力后，方可開挖支撐以下的土方。開挖至坑底后，澆筑墊層、底板，底板與圍護(hù)樁之間設(shè)置400厚素混凝土傳力帶，設(shè)置地下車庫中樓板與圍護(hù)樁之間的傳力帶，對中樓板澆筑并養(yǎng)護(hù)，待強度達(dá)70%左右后即可以中樓板作為換撐，拆除支撐。

3. 4 局部深坑加固措施

主樓電梯井深坑落深2.95～3.15m，采用周圈設(shè)置攪拌樁壩體并設(shè)置壓密注漿封底，壩體寬度2.70m，樁長7.5m；地下車庫集水坑等落深1.30m，貼邊深坑處采用圍護(hù)墻體加強并設(shè)置坑內(nèi)加固的型式進(jìn)行加固。

3. 5 暗浜區(qū)加固措施

由于場地內(nèi)有數(shù)條暗浜分布，浜填土成分復(fù)雜，土質(zhì)軟弱，該區(qū)域采用相應(yīng)的加強措施：①浜土采取挖除換填；②重力壩寬度加寬0.50m，攪拌樁水泥摻量增加2%；③放坡寬度適當(dāng)增加，坡度放緩。

3. 6 陽角處加固措施

因車庫形狀很不規(guī)則，陽角多，為控制其位移，采用攪拌樁暗墩進(jìn)行加固，暗墩寬度4.20m，加固深度4.0m。

4 基坑圍護(hù)施工

4.1 鉆孔灌注樁施工

本工程車庫部分圍護(hù)采用Φ 850@1000鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁進(jìn)入坑底9.35m，樁長14.25m；局部主樓與車庫較近處采用Φ700@850鉆孔灌注樁，樁長13.25m，混凝土設(shè)計強度為水下C30。鉆孔灌注樁施工工藝流程見圖4。

(1)鉆孔灌注樁成孔用鉆頭直徑應(yīng)與樁的設(shè)計直徑等長，樁身實際灌注混凝土體積與按設(shè)計樁身計算體積加預(yù)留長度體積之和的比，即充盈系數(shù)不得＜1，也不宜＞1.3。

圖4 鉆孔灌柱樁施工工藝流程圖

(2)成孔應(yīng)一次性不間斷地完成，不得無故停鉆，成孔過程中的泥漿密度一般控制在1.10～1.3kg/cm3，若遇特殊地質(zhì)不易成孔時，應(yīng)采用特制泥漿，確保成孔質(zhì)量。

(3)清孔應(yīng)分二次進(jìn)行，第一次清孔在成孔完畢后立即進(jìn)行，第二次清孔在下放鋼筋籠和澆搗混凝土導(dǎo)管安裝完畢后進(jìn)行。

(4)鋼筋籠安裝位置確認(rèn)符合要求后，應(yīng)采取措施使鋼筋籠定位，防止灌注混凝土?xí)r鋼筋籠上拱。

(5)混凝土灌注過程中，導(dǎo)管應(yīng)始終埋在混凝土中，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土面。

(6)混凝土實際灌注高度應(yīng)比設(shè)計樁頂標(biāo)高高出一定高度，其最小高度不少于樁長5%，且≥2m，以確保樁頂混凝土質(zhì)量。

(7)混凝土在澆注過程中，現(xiàn)場應(yīng)進(jìn)行塌落度測定，測定次數(shù)如下：單樁混凝土量＜25m3，每根樁上、下各測一次；單樁混凝土量＞25m3，應(yīng)上、中、下各測一次。

(8)水下澆筑的鉆孔灌注樁混凝土的強度應(yīng)比設(shè)計強度高一等級進(jìn)行配制，以確保達(dá)到設(shè)計強度。

4.2 深層攪拌樁施工

本工程深層攪拌樁為Φ700@500mm雙頭水泥攪拌樁，水泥摻量為13%。由于施工場地內(nèi)含有暗浜，該區(qū)域二軸攪拌樁的水泥摻量提升為15%。水泥均采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

為確保樁長、樁身強度和均勻性要求，必須做到了以下幾點：

(1)嚴(yán)格按照設(shè)計要求配置漿液水灰比在0.55。

(2)樁體施工為二噴三攪工藝為：攪拌下沉——噴漿提升——攪拌下沉——噴漿提升——攪拌下沉——攪拌提升——完成。土體應(yīng)充分?jǐn)嚢?，?yán)格控制下沉速度，使原狀土充分破碎以利于同水泥漿液均勻拌和。

(3)樁頂設(shè)計標(biāo)高與施工場地地面標(biāo)高接近時，應(yīng)特別注意樁頭的施工質(zhì)量，攪拌機自地面以下1m噴漿攪拌提升出地面時，宜用慢速；當(dāng)噴漿口即將出地面時，宜停止提升，攪拌數(shù)秒，以保證樁頭均勻密實。

(4)保證養(yǎng)護(hù)時間不少于28d。

4.3 支撐立柱

本工程支撐立柱樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑Φ800mm，樁長15m，立柱采用480×480格構(gòu)鋼立柱，主受力構(gòu)件為Φ609鋼管和4L125×12等邊角鋼，立柱插入鉆孔樁基礎(chǔ)3.0m。

用全站儀根據(jù)坐標(biāo)進(jìn)行鉆孔定位，精確測定孔口標(biāo)高，保證吊筋長度準(zhǔn)確，確保立柱頂標(biāo)高符合要求，用經(jīng)緯儀或吊垂線保證立柱安放定位與軸線重合，確保質(zhì)量。

4.4 基坑降水施工

本工程地下車庫采用深井井點降水，其余區(qū)域采用輕型井點降水。

⑴降水深度：本工程水位在地表下0.3～2.3m左右，為了提高被動土壓力，土方開挖前要進(jìn)行坑內(nèi)預(yù)降水，降水深度控制在坑底下1m。

⑵降水時間：降水應(yīng)在挖土前2～3周進(jìn)行，降水期間應(yīng)通過坑內(nèi)外水位觀測井及時掌握實際降水情況。一般在14d左右。

⑶降水單位需在基坑降水期間測報每天的抽水量和坑內(nèi)水位。

⑷明排水措施：除井點降水外地面及坑內(nèi)應(yīng)設(shè)明排水措施，及時排除地面雨水及基坑流水,及時用水泵抽出坑內(nèi)，不得在坑內(nèi)周邊挖設(shè)排水明溝。

4.5 基坑土方開挖

土方開挖在降水達(dá)到設(shè)計標(biāo)高以后進(jìn)行，先開挖主樓與車庫的圍護(hù)圈梁及混凝土支撐施工，分層開挖，先撐后挖，開挖主樓基礎(chǔ)，在施工主樓基礎(chǔ)底板完成并養(yǎng)護(hù)7d后，同時地下車庫開挖條件具備（圍護(hù)樁、圈梁及支撐強度，鋼支撐預(yù)應(yīng)力完成、坑內(nèi)水位降水到位），才可開始對地下車庫的開挖。由于本工程工期緊，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用加設(shè)內(nèi)支撐的方式，因此在車庫基坑施工期間（即車庫頂板完成并回填土結(jié)束前），主樓的上部主體結(jié)構(gòu)可同步向上施工，但允許施工層數(shù)為地上不超過10層，并要求主樓外側(cè)重力式擋土墻及放坡與主樓之間不回填，不對主樓造成側(cè)壓。主樓距離車庫較近，且部分區(qū)域采用放坡開挖，先行開挖可對車庫周圈進(jìn)行卸載，減小車庫開挖深度。挖土中機械不得碰撞支撐桿件，開挖面的高差在2.5～3m，主要控制不均衡土壓差，在整個土方開挖過程嚴(yán)密監(jiān)測基坑圍護(hù)，防止坍塌和偏移?；舆厙?yán)禁大量堆載，地面超載一般控制在20kN/m2以內(nèi)。機械進(jìn)出口通道鋪設(shè)路基箱擴散壓力，機械挖土，配合人工進(jìn)行修整土，嚴(yán)格控制挖土深度及平面范圍，嚴(yán)禁超挖；如超挖，其挖坑應(yīng)用砂回填，嚴(yán)禁用松土回填。開挖最下一層土方時，需隨挖隨澆搗墊層，暴露面積≤250m2。開挖到坑底時，混凝土墊層要直接澆搗至圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)，為保證挖土過程的邊坡穩(wěn)定，分層開挖放坡坡度嚴(yán)格按圍護(hù)設(shè)計圖紙，放坡臺階長度≥3m。

地下行車?yán)葨|側(cè)區(qū)域距離已建主樓較遠(yuǎn)，采用兩級放坡開挖土方，一級土方坡高3.75m，坡寬7.0m（暗浜區(qū)8.0m），平臺寬2.0m；二級土方坡高2.05m，坡寬4.0m（暗浜區(qū)5.0m），按綜合坡比1：2.24（暗浜區(qū)綜合坡比1：2.58）進(jìn)行土方開挖。開挖時需注意，因邊長較長（約280m），為減小長邊效應(yīng)，應(yīng)采用分塊開挖，先期開挖部分底板，完成后方可開挖下一部分。

在挖土施工中，嚴(yán)禁挖土機撞擊混凝土支撐下鋼格構(gòu)柱與井點降水管，并且隨挖隨對鋼格構(gòu)柱與支撐進(jìn)行連接，按順序組織流水施工作業(yè)。挖土須在樁兩邊對稱進(jìn)行，高差不超過0.8m，防止軟土滑陷而發(fā)生樁身位移。

5 基坑施工監(jiān)測

5.1 監(jiān)測警戒值確定

在基坑施工中，為確保施工安全，時時注意動態(tài)跟蹤，嚴(yán)密監(jiān)測，根據(jù)本工程的實際情況，確定基坑圍護(hù)施工和開挖施工為監(jiān)測工作的重點階段，考慮現(xiàn)場周邊環(huán)境情況及設(shè)計提出的監(jiān)測技術(shù)要求，本基坑圍護(hù)體系監(jiān)測警戒值控制如表2。

5.2 基坑監(jiān)測具體做法

⑴圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部位移監(jiān)測布設(shè)，在攪拌樁壓頂頂部每隔10m布設(shè)監(jiān)測點。

⑵灌注樁樁身測斜管，在鉆孔灌注樁成樁期間，隨鋼筋籠一起沉入測斜管，測斜管深度與灌注樁深度相同，埋深約15m；設(shè)深層土體測斜監(jiān)測點，沿基坑圍護(hù)間距約30m，采用鉆孔埋設(shè)PVC測斜管，埋深為18m。側(cè)向位移在基坑開挖過程中很敏感, 是確定圍護(hù)體系是否安全的一個重要數(shù)據(jù)。

⑶支撐軸力監(jiān)測布點，將表面應(yīng)變計焊接在鋼支撐側(cè)面。

⑷坑外水位監(jiān)測點，布點間距約30m，布置在止水帷幕的外側(cè)約2m左右，水位孔深度為8m。通過測量基坑外地下水位在基坑降水和基坑開挖過程中的變化情況，了解基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水效果，以及時發(fā)現(xiàn)和防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏、基坑外水土向坑內(nèi)流失等情況。

⑸監(jiān)測頻率正常情況下每日1 次，在挖土及有數(shù)據(jù)超出報警或發(fā)生突變時，監(jiān)測頻率加密。

5.3 基坑施工監(jiān)測效果分析

⑴通過連續(xù)監(jiān)測，我們發(fā)現(xiàn)在土方挖至第一道支撐前，基本上沒有位移（基坑水平變形位移及圍護(hù)體的水平位移），這說明一道內(nèi)支撐及鉆孔灌注樁、水泥土攪拌樁的剛度是可行的。在挖到基坑底時有少量位移，到底板混凝土澆搗2周后，基本保持不變。位移方向基本面向基坑內(nèi)，是正常的支撐體的壓縮變形所致。

⑵基坑外地下水位監(jiān)測顯示，其水位變化范圍比較平穩(wěn)，沒有明顯起伏情況，說明本圍護(hù)體的止水效果較好。

⑶本工程大致可分為3個階段，第一階段為挖土至第一道支撐前，對周圍沉降影響較?。坏诙A段為挖土至基礎(chǔ)底板混凝土澆筑前，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，這個階段沉降變形較大，是挖土施工較危險的時期，因基坑底被動區(qū)土體經(jīng)擾動等因素，土體界于塑性狀態(tài)，說明基坑不能暴露過長時間，應(yīng)加快施工進(jìn)度，澆筑底板混凝土；第三階段為底板混凝土澆搗的延續(xù)時間，約2周，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)沉降有少量發(fā)展，說明基坑后期有剩余變形。

表2 基坑圍護(hù)體系監(jiān)測警戒值

通過監(jiān)測，確保了整個基坑在施工過程中處于全方位全時段可控范圍中。在整個基坑施工過程中，未發(fā)現(xiàn)圍護(hù)體系滲漏水，坑內(nèi)深井降水效果明顯，基本保持干燥狀態(tài)下操作，便于挖土作業(yè)順利進(jìn)行。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部最大位移為28mm，基坑地下管線最大位移為8.8mm，建筑物底板最大水平位移為1.7mm，垂直位移3.1mm，均在設(shè)計要求之內(nèi)，結(jié)果表明房屋整體不均勻沉降遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的限值，支護(hù)體系合理有效。

6 結(jié)語

大面積不規(guī)則基坑施工是一項技術(shù)難度較大，施工管理要求高的工程。本項目通過科學(xué)選型、設(shè)計，針對不同的施工工況及周邊環(huán)境因地制宜采用了不同的圍護(hù)形式，嚴(yán)格按規(guī)范要求施工，保證了超大型基坑圍護(hù)施工的順利進(jìn)行，同時均衡主樓、地下車庫、地下行車?yán)鹊葐误w的地下工程施工，全程動態(tài)監(jiān)控，保質(zhì)保量地完成了基坑圍護(hù)施工，使周邊環(huán)境變形得到了有效控制，達(dá)到了經(jīng)濟、高速、安全的預(yù)期效果，為同類項目的施工提供借鑒。