緊鄰地鐵站臺(tái)的建筑深基坑土方開挖施工要點(diǎn)

吳春桃 王明章

中建一局集團(tuán)第一建筑有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海市某商業(yè)辦公綜合體項(xiàng)目整個(gè)基坑分為5個(gè)分區(qū)（圖1），①、②區(qū)地下室結(jié)構(gòu)由前期施工單位施工完成。③區(qū)基坑開挖面積約為4 721 m2，挖深20.02～21.57 m；④區(qū)基坑開挖面積約為8 418 m2，挖深19.82～22.32 m；⑤區(qū)基坑開挖面積約為554 m2，挖深20.42 m。①、②區(qū)與上海軌道交通9號(hào)線和13號(hào)線站臺(tái)僅一墻之隔（圖2），東南側(cè)為220 kV區(qū)域變電站，地下埋深約19 m，與基坑距離約7 m，周邊地下管線較多，項(xiàng)目北側(cè)同為深基坑在施項(xiàng)目。③、④、⑤區(qū)基坑施工順序?yàn)橄乳_挖③、⑤區(qū)，待③、⑤區(qū)結(jié)構(gòu)完成至±0.00 m再開挖④區(qū)；基坑圍護(hù)形式為地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐系統(tǒng)。本項(xiàng)目周邊環(huán)境保護(hù)要求極高，基坑采用盆式開挖，并以對(duì)撐抽條的方式開挖[1-3]。

圖1 基坑總平面示意

圖2 基坑與軌交13號(hào)線車站位置關(guān)系

2 土方開挖前的要點(diǎn)分析和準(zhǔn)備

2.1 群井抽水試驗(yàn)

本項(xiàng)目場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖深度范圍內(nèi)存在淤泥質(zhì)土，土質(zhì)軟弱。潛水埋深在1.00～2.00 m之間，承壓水位埋深為10.00～10.85 m，含有微承壓含水層，與承壓水層直接聯(lián)系，含水量較為豐富，水位埋深約5.3 m。影響土方開挖的最主要條件即降水效果，而降水效果的好壞主要取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水和繞流效果。因此，土方開挖前，必須進(jìn)行群井抽水試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證：降水設(shè)計(jì)是否合理，承壓水水位及水力聯(lián)系情況，地下連續(xù)墻繞流效果，地下連續(xù)墻止水效果。下面通過(guò)③區(qū)群井抽水試驗(yàn)作簡(jiǎn)要分析（圖3）。

圖3 ③區(qū)群井試驗(yàn)平面布置

整個(gè)群井試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為10 d，從坑內(nèi)、坑外觀測(cè)井的水位變化歷時(shí)曲線（圖4、圖5）可看出：

圖4 坑內(nèi)⑤3層觀測(cè)井水位變化

圖5 坑外⑤3層和⑦層 觀測(cè)井水位變化

1）坑內(nèi)第⑤3層觀測(cè)井水位變化已基本穩(wěn)定，坑內(nèi)整體水位變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，表現(xiàn)為：距離抽水中心越近，水位降幅越大，距離越遠(yuǎn)，降幅越小。最終坑內(nèi)BG2水位埋深降至地面下12 m左右，降幅約4.60 m；J3水位埋深降至地面下10 m左右，降幅約2.70 m。表明降水設(shè)計(jì)合理。

2）坑外第⑤3層水位下降變幅29～52 cm，變化幅度整體較小，可見(jiàn)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻對(duì)第⑤3層微承壓含水層的繞流效果明顯。同時(shí)坑內(nèi)第⑤3層抽水時(shí)，坑外第⑦層承壓含水層也有16 cm的水位下降，根據(jù)勘察資料，場(chǎng)地第⑤3層和第⑦層直接聯(lián)系，上覆第⑤3層含水層水位下降時(shí)引起下伏第⑦層的水位下降，說(shuō)明第⑤3層與第⑦層之間的水力聯(lián)系非常密切。

2.2 棧橋優(yōu)化

深基坑土方開挖速度是保證基坑穩(wěn)定的重要因素。在土方開挖過(guò)程中，由于卸載的原因，基坑會(huì)產(chǎn)生較大變形，只有加快土方開挖速度，盡快形成內(nèi)支撐，才能有效地減輕基坑的變形和對(duì)周邊的不利影響。

影響土方開挖速度最重要的一點(diǎn)在于棧橋的設(shè)計(jì)，棧橋的布置主要取決于土方開挖時(shí)取土點(diǎn)的分布，每臺(tái)挖土機(jī)在一定條件下的工效是基本固定的，挖機(jī)的數(shù)量＝每層的土方量÷該層土方開挖的計(jì)劃工期÷每臺(tái)挖機(jī)的工效，若棧橋的設(shè)計(jì)不能滿足計(jì)算出的挖機(jī)的分布，則需要增加棧橋。

本工程③區(qū)原棧橋的布置為十字形布置，整個(gè)基坑的東南區(qū)域面積較大，小挖機(jī)坑內(nèi)倒運(yùn)速度慢，嚴(yán)重影響挖土的效率，考慮在此處增設(shè)棧橋（圖6）。

2.3 土方開挖方式

針對(duì)周邊環(huán)境復(fù)雜的深基坑開挖，尤其是周邊有地鐵、變電站等重要設(shè)施的基坑，考慮到基坑的時(shí)效影響，縮短基坑暴露時(shí)間對(duì)于控制圍護(hù)墻位移至關(guān)重要，因此對(duì)大面積基坑工程，應(yīng)采取分區(qū)、分塊、抽條開挖和分段形成支撐的施工方法?；娱_挖有嚴(yán)格的限時(shí)要求，具體要求為：非地鐵側(cè)分塊為30 h，地鐵側(cè)分塊為24 h。最后一層土方開挖及墊層澆筑限時(shí)總時(shí)間：非地鐵側(cè)分塊為24 h，地鐵側(cè)分塊為16 h。

3 開挖過(guò)程中的施工要點(diǎn)

3.1 開挖順序動(dòng)態(tài)調(diào)整

棧橋以下的土方受到棧橋的影響，挖機(jī)工效降低，原先制訂的分塊抽條對(duì)稱開挖方式難以滿足現(xiàn)有工期要求，應(yīng)在開挖前進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。調(diào)整的原則設(shè)定為：每個(gè)分塊的挖土量盡量均勻，先開挖對(duì)周邊影響較小的分塊，盡快形成對(duì)撐，后開挖對(duì)周邊影響較大的區(qū)域。以③區(qū)為例，原土方開挖分塊是由設(shè)計(jì)單位確定的（圖7），此種開挖分塊難度大，放坡難度大，可操作面小。后調(diào)整為圖8的開挖方式，①、②區(qū)為已完成結(jié)構(gòu)，鄰近①、②區(qū)的分塊相對(duì)穩(wěn)定，因此首先開挖3-1區(qū)，再開挖3-2-1區(qū)，形成3-1、3-2-1區(qū)南北向的水平支撐，再開挖3-2-2區(qū)，形成3-1、3-2-2區(qū)東西向的水平支撐，最后集中機(jī)械資源開挖3-3、3-4區(qū)并迅速形成支撐。

圖8 調(diào)整后的土方分塊

3.2 土方開挖與支撐施工的配合

為了在土方開挖完成后盡快形成支撐，土方平整、立柱清理、廢樁破除、支撐模板鋪設(shè)、圍檁施工、剪刀撐焊接及人員通道設(shè)置等工序應(yīng)及時(shí)穿插到土方開挖施工中，施工過(guò)程中應(yīng)安排專員進(jìn)行跟蹤，否則將會(huì)影響整體開挖進(jìn)度。機(jī)械開挖至一定標(biāo)高后，應(yīng)立即安排人員清理平整支撐所在位置的土方，盡快鋪設(shè)支撐底模、綁扎鋼筋，同時(shí)安排人員進(jìn)行立柱與支撐交界處的清理工作，保證鋼筋順利穿過(guò)立柱，形成可靠連接；圍檁吊筋與地下連續(xù)墻的縱筋焊接應(yīng)及時(shí)穿插施工；如遇到有廢棄樁，應(yīng)提前安排機(jī)械及人員進(jìn)行鑿除。

3.3 土方開挖與降水的配合

對(duì)于坑內(nèi)開挖范圍內(nèi)的潛水，采用真空深井進(jìn)行疏干處理，為開挖施工提供良好的作業(yè)環(huán)境。對(duì)于影響基坑開挖安全的微承壓含水層，采用深井減壓方式，降低承壓水水頭，對(duì)承壓水進(jìn)行“按需降水”，使基坑免于承壓水突涌威脅。

降水過(guò)程中應(yīng)安排專人巡視，基坑周邊應(yīng)設(shè)置排水溝，排水溝應(yīng)設(shè)置在遠(yuǎn)離圍護(hù)墻的一側(cè)，排水溝應(yīng)有防水措施，避免排水溝的水滲流到圍護(hù)墻內(nèi)。

挖土期間應(yīng)注意對(duì)降水井的保護(hù)，安排專員進(jìn)行看護(hù)，降水井遭到破壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)安排人員進(jìn)行修整，降水井口應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)封堵，避免土方開挖過(guò)程中泥土掉落到井里，破壞降水效果。

3.4 基坑監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施

本工程開挖深度大、周邊環(huán)境復(fù)雜，除了基坑本身的監(jiān)測(cè)外，還需要在施工過(guò)程中考慮周邊建筑物垂直位移、周邊管線垂直位移、周邊地表沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)垂直水平位移及側(cè)向位移、坑外土體深層側(cè)向位移、支撐軸力、坑外水位、立柱樁垂直位移、地鐵站臺(tái)差異化沉降、變電站環(huán)境等的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)各方共享，并及時(shí)匯報(bào)設(shè)計(jì)院，基坑開挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)會(huì)同相關(guān)人員立即查明原因，并采取有效措施[4-6]。

4 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜環(huán)境下的深基坑開挖，最關(guān)鍵的是土方開挖和支撐形成的速度，如何保證土方開挖和支撐形成的速度，取決于基坑開挖的部署和各工序之間的協(xié)調(diào)配合。基坑開挖過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)保持謹(jǐn)慎的態(tài)度，注重細(xì)節(jié)，土方開挖本身工序并不復(fù)雜，但影響因素很多，往往會(huì)因?yàn)楹苄〉募?xì)節(jié)影響全局，造成不可彌補(bǔ)的損失。在開挖過(guò)程中，對(duì)各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)分析，隨時(shí)掌控基坑的各類動(dòng)態(tài)，及時(shí)做好調(diào)整，這樣才能順利地完成基坑施工。