復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工技術(shù)及控制

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海虹橋商務(wù)核心區(qū)（一期）06地塊由D17、D18和D19三個(gè)街坊組成，D17街坊規(guī)劃主功能為酒店、公寓和商務(wù)辦公；D19街坊主要為商業(yè)用地， D18街坊為地下已建虹橋交通樞紐的西交通廣場西延伸段，與D17、D19街坊構(gòu)成地下空間聯(lián)體、設(shè)置設(shè)備房和下沉式廣場，整個(gè)地塊形成集綜合性、多功能的商業(yè)、辦公、酒店、休閑為一體的商業(yè)區(qū)（圖1）。

圖1 工程概況

D17街坊北至蘇虹路，東臨申虹路及已建成西交通廣場下沉式停車場，西側(cè)為申長路，南側(cè)為舟虹路及D18街坊?；卣嫉孛娣e約為29 570 m2，長約200 m，寬約150 m，平均開挖深度約為16.00 m，最大開挖深度為19.15 m。基地南側(cè)舟虹路及D18街坊下為已建成開通運(yùn)營軌交10號線、2號線（青浦段）等區(qū)間，其中，D17地塊的辦公樓離地鐵隧道地下連續(xù)墻距離僅為4.3 m。基地西側(cè)為申長路下方埋設(shè)有各類市政管線共18 根。整個(gè)基坑的施工階段對隧道水平變形和沉降等控制十分嚴(yán)格，施工過程對基坑及周邊環(huán)境的保護(hù)要求極高。

2 工程實(shí)施關(guān)注點(diǎn)

基于上述工程情況，得出本場地不僅緊鄰軌交線路和西交通廣場，而且因前期施工建（構(gòu)）筑物完成后填埋的大量雜填土、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等已成為本工程的障礙物，給本次施工帶來較大影響[1-4]，其主要關(guān)注點(diǎn)如下：

（a）D17東側(cè)為已經(jīng)建設(shè)完成西交通廣場，地塊擬建建筑物部分地下結(jié)構(gòu)將侵入原虹橋西交通廣場停車通道，尤其是原西交通廣場的圍護(hù)重力壩體、擋墻結(jié)構(gòu)、擋墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)樁、部分停車通道底板與擬建建筑地下結(jié)構(gòu)重合，本次完成后的結(jié)構(gòu)將和西交通廣場停車通道連通。

（b）原西交通廣場擋土墻與待建工程樁的影響：由于存在擋土斜向支撐及底板等構(gòu)筑物阻礙，擋土墻區(qū)域的待建工程樁，其施工方法與施工時(shí)機(jī)要充分考慮到與本工程的銜接，該區(qū)域內(nèi)的樁基需在拆除擋墻后進(jìn)行施工，部分樁如與原工程樁相碰（圖2），則需要拔樁處理。

（c）原西交通廣場基坑施工時(shí)配筋護(hù)坡及放坡回填物整個(gè)基坑重合的面積為16 800 m2，且本工程約20%的工程樁在重力壩放坡區(qū)域內(nèi)。重力壩的放坡上配筋護(hù)坡混凝土以及放坡回填時(shí)較多的建筑垃圾雜物對本工程樁基地下連續(xù)墻施工將產(chǎn)生極大影響。

圖2 原有擋土墻與本工程樁基的相互影響

（d）D17地塊的辦公樓基坑離地鐵隧道地下連續(xù)墻距離僅為4.3 m，基坑土方開挖后，對地鐵隧道的擾動將是圍繞基坑工程整個(gè)過程的關(guān)鍵所在。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)[5-8]

D17基坑平均開挖深度約為16.00 m，臨近地鐵隧道一側(cè)基坑圍護(hù)采用厚800 mm地下墻，插入比為1∶1。兩側(cè)Φ850 mm三軸攪拌樁槽壁加固；D17東側(cè)西交通廣場側(cè)，基坑在西交通廣場原有底板下開挖，考慮土體對西廣場結(jié)構(gòu)可能造成的影響，圍護(hù)采用Φ1 000 mm硬法咬合樁；D17其余側(cè)圍護(hù)采用厚800 mm地下連續(xù)墻，插入比為1∶0.9（圖3）。

圖3 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

為減小開挖對軌交運(yùn)營的影響，整個(gè)基坑劃分為A區(qū)基坑（遠(yuǎn)地鐵隧道側(cè)）及B區(qū)基坑（近地鐵隧道側(cè)），A區(qū)采用厚800 mm地下連續(xù)墻劃分為A-1、A-2、A-3三個(gè)小基坑先期施工，B區(qū)同樣采用厚800 mm地下連續(xù)墻劃分為B-1、B-2、B-3三個(gè)小基坑后期施工。A區(qū)基坑設(shè)計(jì)采用3 道鋼筋混凝土支撐，B區(qū)基坑采用1 道混凝土支撐+3 道鋼支撐，鋼支撐采用自動軸力補(bǔ)償系統(tǒng)。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 土方開挖及支撐總流程

由于基坑占地面積較大，同時(shí)涉及地鐵保護(hù)區(qū)，根據(jù)施工進(jìn)度、施工階段基坑的穩(wěn)定性及周邊環(huán)境的保護(hù)要求，將基坑分為A區(qū)及B區(qū)，再細(xì)分為6 個(gè)獨(dú)立的小基坑分別進(jìn)行施工。基坑土方開挖及支撐施工共分 12 個(gè)施工階段（圖4）。

圖4 基坑分坑示意

（a）施工A區(qū)第1皮土方開挖及支撐施工；

（b）待第1道支撐達(dá)到強(qiáng)度后，施工A-2區(qū)域第2皮土方開挖及第2道支撐施工直至底板；

（c）待A-2區(qū)域底板養(yǎng)護(hù)完成后，同時(shí)施工A-1、A-3區(qū)第2皮土方及支撐施工，A-2區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)反筑；

（d）待A-1、A-3區(qū)第2道支撐達(dá)到強(qiáng)度后，同時(shí)施工A-1、A-3區(qū)第3皮土方及支撐施工；

（e）待A-1、A-3區(qū)第3道支撐形成強(qiáng)度后，開挖第4皮土方及底板施工，A-2區(qū)施工BM結(jié)構(gòu)板；

（f）施工A-1、A-3區(qū)底板，待A-2區(qū)BM結(jié)構(gòu)板達(dá)到強(qiáng)度后，開挖B-2區(qū)域第1皮土方及第1道混凝土支撐；

（g）A區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)反筑，B-2區(qū)域開挖第2～5皮土方及鋼支撐施工；

（h）A區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)反筑，B-2區(qū)施工底板并養(yǎng)護(hù)；

（i）待A-1、A-3區(qū)施工至BM板結(jié)構(gòu)及B-2區(qū)底板養(yǎng)護(hù)完成后，同時(shí)施工B-1、B-3區(qū)第3皮土方及支撐施工；

（j）施工B-1、B-3第4皮土方及鋼支撐；

（k）施工B-1、B-3第5皮土方及底板；

（l）B區(qū)結(jié)構(gòu)反筑，待施工至B0板后，拆除A區(qū)剩余棧橋，拆除中隔墻完成地下結(jié)構(gòu)。

4.2 土方分塊措施

按照設(shè)計(jì)流程，在限定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行土體開挖以及混凝土墊層的施工，以確保基坑的變形在規(guī)定的范圍之內(nèi)，避免因基坑的變形而威脅周邊建筑物、軌交運(yùn)營、管線的安全。以A 區(qū)為例，A-2區(qū)分塊如圖5所示，A-1、A-3區(qū)分塊如圖6所示。

4.3 A區(qū)土方施工措施

根據(jù)工況，A區(qū)基坑由A-2區(qū)最先進(jìn)行土方開始及支撐施工。A-1、A-3區(qū)待A-2區(qū)完成結(jié)構(gòu)底板澆筑及混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求75%強(qiáng)度后同步進(jìn)行土方開挖及支撐施工。A-1、A-3區(qū)在施工過程中必須做好聯(lián)動，基坑施工進(jìn)度不得超過1 層土方。

圖5 A-2區(qū)分塊示意

圖6 A-1、A-3區(qū)分塊示意

同時(shí)，A區(qū)3 個(gè)獨(dú)立小基坑的挖土施工過程，必須按“分層、分塊、錯(cuò)位”工況流水作業(yè)，小基坑內(nèi)相鄰分塊不超過1 個(gè)流水工況，土體開挖必須按照“分層、分塊、限時(shí)”的原則進(jìn)行，嚴(yán)格確保日出土量2 500 m3。

土方開挖采取1∶1.5邊坡留土，由遠(yuǎn)軌交側(cè)向至B區(qū)側(cè)向退挖，以減少A區(qū)基坑施工時(shí)，對B區(qū)土體及隧道區(qū)間的影響。同時(shí)，為加快施工進(jìn)度，盡快形成支護(hù)體系，避免基坑在無支護(hù)的情況下暴露太久，A區(qū)混凝土支撐墊層由原C20細(xì)石混凝土墊層改為生石灰固化土體后鋪設(shè)竹笆，縮短墊層澆筑養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到盡快形成支撐及縮短工期的效果。同時(shí)，對第2、3 道混凝土支撐采用提高混凝土標(biāo)高至C40來使得支撐混凝土盡快達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

4.4 B區(qū)土方施工措施

由于B區(qū)施工場地靠近軌交2號線區(qū)間段，故在開挖時(shí)考慮土體變化對地鐵隧道側(cè)的影響，采用4 道支撐體系，同時(shí)，為增加B區(qū)基坑的穩(wěn)定性，鋼支撐均在安裝完成后及時(shí)進(jìn)行軸力補(bǔ)償系統(tǒng)的軸力加設(shè)。考慮到B區(qū)結(jié)構(gòu)底板施工時(shí)間較長，可能導(dǎo)致地下連續(xù)墻側(cè)向位移形變量較大及對軌交運(yùn)營的影響較大，在結(jié)構(gòu)底板上側(cè)預(yù)留第5道鋼管支撐及軸力補(bǔ)償系統(tǒng)。

挖土采用順作法進(jìn)行施工，挖土施工按“分層、分塊、限時(shí)、錯(cuò)位”工況流水作業(yè)。具體的土方施工方法同A區(qū)。

4.5 基坑施工特殊措施

4.5.1 扶壁柱施工

本工程自然地坪標(biāo)高為+4.50 mm（相對標(biāo)高，下同），第1道混凝土支撐墊層底標(biāo)高為+2.80 mm。第1道混凝土支撐施工前需完成第1皮土方開挖，挖深為2.50 m。由于該表層土為雜填土，對于該層土體開挖時(shí)正直秋冬雨季，在A區(qū)進(jìn)行第1道混凝土支撐施工時(shí)第1道支撐上部懸臂土體局部出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，存在塌方的險(xiǎn)情。針對上述險(xiǎn)情，經(jīng)與設(shè)計(jì)及時(shí)溝通，對第1道支撐上側(cè)懸臂土體采用扶壁柱進(jìn)行加固。同時(shí)，為避后續(xù)開挖過程中出現(xiàn)類似現(xiàn)象，在后續(xù)施工過程中，對首皮土方開挖時(shí)，采用了除進(jìn)行邊坡留土外還進(jìn)行跳浜開挖及扶壁柱加固等措施，有效提高了該層懸臂土體的穩(wěn)定性。

4.5.2 局部深坑加強(qiáng)措施

在B區(qū)基坑施工過程中，由于業(yè)主要求春節(jié)前夕完成最后一皮土方開挖（除塔樓范圍局部深坑外）并進(jìn)行大底板澆筑。但由于春節(jié)期間放假無勞動力，局部深坑區(qū)域長時(shí)間暴露，可能帶來深坑土體隆起和地下承壓水管涌等不可預(yù)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)分析后對局部深坑范圍除進(jìn)行首次臨時(shí)厚200 mm 的C20混凝土墊層澆搗后，在底板施工階段對該區(qū)域原墊層基礎(chǔ)上進(jìn)行Φ12 mm@200 mm雙層雙向鋼筋配筋厚300 mm的 C30混凝土墊層澆搗，鋼筋與非深坑區(qū)大底板鋼筋錨固形成臨時(shí)底板。然后在該臨時(shí)底板上壓重，待節(jié)后勞動力充足后再對該局部深坑進(jìn)行施工。通過上述方案，有效控制了局部深坑范圍的深坑土體隆起和地下承壓水管涌的現(xiàn)象。

5 實(shí)施效果

通過與設(shè)計(jì)作大量的前期溝通，本工程一直較為順利，成為虹橋商務(wù)區(qū)同期開工工程中第1個(gè)結(jié)構(gòu)封頂?shù)墓こ?，設(shè)計(jì)與施工的結(jié)合以及過程中，信息化手段是保障基坑安全的重要手段和措施。工程監(jiān)測顯示，本工程基坑開挖階段非地鐵隧道側(cè)圍護(hù)墻累計(jì)最大水平位移22.40 mm，靠地鐵隧道側(cè)圍護(hù)累計(jì)最大水平位移15.90 mm。隧道區(qū)間及車站累計(jì)最大位移8.02 mm，基坑周邊管線最大沉降26.90 mm。在基坑實(shí)施過程中，成功地控制了地鐵車站及周邊管線的變形量，日變形量及累計(jì)變形量均在設(shè)計(jì)、監(jiān)護(hù)限度值的范圍內(nèi)。