中心城區(qū)高密度地塊深基坑工程實施研究

郭 晨

（上海海泰北外灘房地產有限公司，200085）

0 引言

隨著城市發(fā)展，中心城區(qū)內的舊區(qū)改造項目將會越來越多，城市更新將是下一個階段最重要的發(fā)展方向。由于該類地塊的特殊性，其上所開發(fā)項目將越來越往“大、深”方向發(fā)展，而周邊建筑可能普遍都具有相當?shù)哪甏?，深基坑施工面臨的難題日顯突出。在這樣復雜的環(huán)境條件下，本項目體量的深基坑勢必會給周邊環(huán)境造成諸多不利的損害，進而帶來負面社會影響。故在正式施工前，如何將對周邊環(huán)境的損害及社會影響降至最低，需要有前瞻性的去主動分析、評估并加以控制。對于評估后可能存在的重大風險源，需要分門別類且有針對性的去采取措施，為本項目自身的深基坑順利實施做好各項準備工作。

1 工程概況

本項目位于上海虹口區(qū)，四川北路以西、七浦路以北、江西北路以東，塘沽路以南，由2 棟150m 高超高層住宅（37 層、39 層），1 棟27m 高博物館（4 層）和一個整體地下4 層的地下車庫組成?？偨ㄖ娣e約16 萬m2，地上建筑面積9.5萬m2，地下建筑面積約7.1 萬m2。

工程占地面積約 1.9 萬m2，首次開挖面積約 1.68 萬m2，開挖深度為19.4m～20.6m，局部深坑深度達-24.85m。本工程±0.000 相當于絕對標高+3.500m，場地內自然地坪絕對標高+2.800m（即相對標高-0.700m）?；A形式為樁基筏板，樁基為鉆孔灌注樁，底板厚度為1000/2200mm。地下室為框架結構，地上住宅為框架剪力墻結構，博物館為鋼框架結構。

2 基坑周邊環(huán)境分析

項目地處上海市中心城區(qū)，周邊環(huán)境極其復雜。在1 倍基坑開挖深度范圍內，既有歷史保護建筑、超高層辦公樓、學校等重要保護建筑，周邊市政道路下也分布有復雜和大量的地下管線，并且其中不乏年代久遠的主干線管道，都對形變非常敏感，故對本次深基坑施工提出了非常高的要求。項目周邊環(huán)境及建筑詳見下表1。

本工程深基坑正式施工之前，經過對周邊基坑開挖深度范圍內影響建筑的初始檢測及多方評估分析后，認為在深基坑開挖施工時，宇航賓館、煙草專賣局及崇明路小學這3 棟建筑將會受到較大影響，不可避免的產生附加沉降，再結合檔案館圖紙調檔查閱及綜合分析后，最后認為煙草辦公樓及崇明路小學需要進行基礎加固施工，擬對其基礎進行托換，減少深基坑施工引起的沉降。

3 鄰近建筑結構加固

3.1 煙草專賣局辦公樓

根據現(xiàn)場勘察結果及部分圖紙資料，本建筑為內框架結構，然其外墻并非嵌固于柱與柱之間，而是外附于框架外挑的結構柱上，外墻底部立于外側原始條形基礎之上。結構柱無法保證本建筑外墻的整體性，且底部受力基礎多處損壞缺失。

現(xiàn)場經過對煙草辦公樓的仔細評估后，認為其整體性較差，抵抗振動及抗變形能力極差，加固施工可能反而會對其造成大量破壞，故經與煙草公司商議后，對該建筑采取落架重建的措施。

3.2 崇明路小學教學樓

(1)學校概況

主樓為一幢5 層（局部4 層）教學樓，建造于1958年，后期在東側、西側各擴建一跨，主樓西北側貼建有一層輔樓，后期擴建、貼建房屋建造年代不詳。

主樓目前平面整體呈矩形，東西向長約36.8m，南北向寬約14.5m，建筑總高約16.8m，輔樓整體呈不規(guī)則形狀，主樓主體為磚混結構，設有圈梁，無構造柱。主樓東段為后期擴建鋼筋混凝土框架過街樓，過街樓東側與優(yōu)秀歷史建筑大橋大樓之間設縫分開，西側與主樓主體設縫分開。

經與教育局協(xié)商后，決定對崇明路小學采取樁基礎加固措施，使基坑影響范圍內其基礎壓縮層位于基坑開挖面以下較好的土層上，同時通過樁基加固間接起到對建筑物下土體的"遮簾"效應，減少土體的擾動。

根據校方原始圖紙，教學樓基礎應為鋼砼條形基礎，而現(xiàn)場進場實地開挖檢查后，發(fā)現(xiàn)教學樓基礎為磚砌大放腳形式。故現(xiàn)場針對該特殊情況，將加固設計方案進行了優(yōu)化調整，在一層所有內、外墻體地面下增設基礎梁，在基礎梁上再施工錨桿靜壓樁對原有基礎進行托換。在基礎梁的施工過程中，現(xiàn)場又發(fā)現(xiàn)部分房間下存在歷史遺留人防結構，結合現(xiàn)場情況，對無法施工基礎梁的墻體在墻根部采用28 號槽鋼通過螺栓對拉代替。

為不影響崇明路小學師生的正常教學秩序的開展，本次加固施工，包括裝修恢復加固施工必須造成的破壞，一系列工作均需要在暑假期間全部完成，設計方案調整帶來的倍增的工作量給現(xiàn)場施工組織安排帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

(2)現(xiàn)場加固設計及施工組織

本次加固施工采用的是基礎梁+錨桿靜壓鋼管樁，在建筑內、外墻體地面標高以下兩側分別施工混凝土基礎梁（700×450），再設置350×450 連梁穿墻貫通連接兩側基礎梁，原墻體采用薄壁鉆機成孔?；A梁混凝土強度等級為C35，連梁頂采用C60 無收縮混凝土灌漿料填縫。對于局部無法施工基礎梁的墻體，在其墻根部采用兩根28 號槽鋼對拉進行替換。

鋼管樁采用Φ245×8 鋼管，樁長36m，深入至⑤1b 灰色粉質粘土層，根據建筑內層高情況，將鋼管樁分為18 節(jié)，每節(jié)2m。在基礎梁上預留壓樁孔洞，每根靜壓樁四周預埋6 根錨桿，作為壓樁反力架固定基礎。鋼管樁內填芯采用C20 混凝土，樁頂采用C35 混凝土封頂，樁頂錨入基礎500mm。

現(xiàn)場要求裝修恢復單位提前進場，在加固施工作業(yè)的同時對現(xiàn)場重點部位進行記錄，然后將教學樓施工區(qū)域劃分為5 區(qū)8 大塊，根據靜力壓樁施工的特點，集合教學樓現(xiàn)場的特點，分區(qū)域施工，分塊移交裝修單位，形成有序流水搭接，穿插提效作業(yè)。

(3)加固效果

最終現(xiàn)場在工程量翻倍，工期不變的情況下，依靠合理的施工組織規(guī)劃，依然在既定工期內完成了所有施工作業(yè)，順利保證了學校的正常教學秩序開展。

加固施工前，根據有限元模型測算，崇明路小學預計最大沉降將會達到28.15mm，加固后預計最大沉降為9.54mm?，F(xiàn)場土方開挖至基礎底板完成后，崇明路小學的最大沉降為10.12mm，平均沉降僅為5.44mm。

4 深基坑工程實施

4.1 工程地質、水文概況

(1)本工程地質地層從上至下分別為：①填土，②1 灰黃色粘質粉土，②3 灰色粘質粉土，④灰色淤泥質粘土，⑤1a 灰色粘土，⑤1b 灰色粉質粘土。本基坑坑底位于⑤1a 層土，故以下土層略去不表。

(2)本場地對工程建設有影響的地下水主要為第四系地層中的淺層潛水和深層承壓水：

a、潛水

本場地淺部地下水屬潛水類型，主要賦存于淺部地層中的填土、粘性土、粉性土中。補給來源主要為大氣降水與地表徑流，在勘察期間實測得地下水埋深在地表以下1.36m～1.4m。

b、承壓含水層

主要含水層為⑦層的砂質粉土層，其水位呈周期性變化，埋深一般在地表下3.0～12.0m。

4.2 基坑圍護體系及優(yōu)化

本工程圍護體系采用地下連續(xù)墻，厚度為1000/1200mm 厚，墻深46～50m。地下連續(xù)墻兩側預先采用3?850@1200/1800 三軸攪拌樁進行槽壁加固，水泥摻量20%，深度28～32m。水平向設置4 道鋼筋混凝土支撐，電梯井深坑區(qū)域設置一道型鋼(H400×400×13×21)支撐。

圖2 基坑圍護示意圖

1.地下連續(xù)墻厚度調整

根據初始圍護設計，周邊環(huán)境保護等級均為二級，但后續(xù)隨著對周邊環(huán)境的深入了解，周邊已有的建筑均具有相當年限，由于歷史原因等，不少建筑原始資料的調檔具有相當?shù)碾y度，考慮到周邊環(huán)境的復雜性，在與設計單位進行協(xié)商后，將基坑北側、東側、南側的環(huán)境保護等級調整為一級，將上述3 側的地下連續(xù)墻的厚度由1m 增加至1.2m，以期確?；铀闹艿沫h(huán)境安全。

根據施工至大底板完成時，周邊環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據對比如下表3：

表3 周邊環(huán)境監(jiān)測數(shù)據

其中塘沽路一側管線及路面監(jiān)測點位均為累計報警，江西北路一側部分監(jiān)測點位發(fā)生速率報警。

東西向水平對撐區(qū)域，在第四道支撐施工時，發(fā)生墻體測斜報警，東側墻體最大累計變形 82.07mm，最大變化速率 4.83mm/d；西側墻體最大累計變形147.15mm，最大變化速率9.06mm/d。1.2m 厚地墻區(qū)域外環(huán)境變形情況顯著好于1m厚地墻區(qū)域。

2.地下連續(xù)墻幅間增加止水

現(xiàn)場圍護施工完成后，根據以往深基坑施工經驗再結合周邊環(huán)境的特殊性，認為雖然本項目地墻深度理論上已經隔斷⑦層承壓水，但由于本工程地下連續(xù)墻均采用圓形鎖口管接口，為柔性接頭，可能在地墻接縫處存在一定的滲漏風險?？紤]到基坑周邊敏感復雜的環(huán)境，土方開挖后，臨近的建筑物一旦發(fā)生滲水，搶險空間不足，將無法進行坑外搶險封堵。其次是北側臨近塘沽路區(qū)域，有深坑緊貼地墻，一路之隔又為地下3 層的超高層大樓。為避免可能發(fā)生的風險，對上述兩處區(qū)域增加接縫止水。采用雙高壓旋噴樁形式，幅間接縫外25cm 處布設3 根Φ 1000@700，深度同地墻深度?，F(xiàn)場深基坑施工至大底板完成，未發(fā)生較大的滲漏水風險。雙高壓旋噴加固的應用，是一種可有效截斷或部分截斷承壓水層與深基坑水力聯(lián)系的可靠工藝。

3.支撐加強板優(yōu)化

在基坑東南角，臨近崇明路小學區(qū)域，有一處面向基坑內的陽角，該類區(qū)域向來是深基坑工程中的重點關注區(qū)域，支撐體系在此處設置了300 厚板帶加強區(qū)域，在原支撐區(qū)域上設置加強板抵抗該區(qū)域變形。

但根據設計圖紙，加強板帶板頂與支撐梁頂平?，F(xiàn)場考慮施工時，該區(qū)域需加快施工，如將板頂平梁頂改為板底同梁底，就可以有效加快現(xiàn)場施工速度，省去板底搭設矮排架及支模的時間，故與設計單位協(xié)商后將該加強板進行了優(yōu)化。優(yōu)化后，現(xiàn)場省去了本道支撐支設矮排架的時間及下一層土方開挖時，矮排架的拆除時間，大大加快了該區(qū)域的支撐成型速度。

4.3 深基坑工程實施

(1)降水施工

將本次降水工程疏干降水井單井有效抽水面積計取為220m2。共設置79 口降水井，井深46m，其中坑內降壓井兼觀測井8 口，疏干井62 口，坑外水位觀測兼?zhèn)溆镁? 口。

(2)深基坑施工部署

本次深基坑土方開挖工程，第一層土方開挖采用大開挖形式，沿基坑長向從北向南開始依次開挖，基坑二道支撐至第四道支撐土體開挖采用盆式開挖。將本基坑分為3 大區(qū)15 小塊，分區(qū)分塊進行施工。

(3)基坑降水分析及措施

現(xiàn)場在第二層土方開挖后，發(fā)現(xiàn)該層土體潛水含水層重力釋水量較大，造成開挖面大量積水，影響開挖面的正常施工，同時在挖土機械動荷載的作用下土體產生液化現(xiàn)象，施工機械難以在開挖面上進行操作，土方也無法進行外運；較高的含水量也使得土體自立性差，影響開挖效率，粉性土層在動水壓力下容易產生流水流砂現(xiàn)象，甚至造成坡面的不穩(wěn)定，對已開挖區(qū)域的井點保護也帶來了巨大的困難。

現(xiàn)場暫停土方出土后，對該現(xiàn)象原因進行了排查分析，認為主要原因有以下幾方面：

第二層土方開挖施工面位于②3 粘質粉土層，經現(xiàn)場工程實際分析，②3 層粘質粉土層內夾粉質粘土，由于細粒粘性土的存在導致②3 層內較多水以結合水的形式存在，結合水與粘性細粒之間存在較強的相互作用力，在真空負壓狀態(tài)下只能排出土體里面的重力水及弱結合水，較難以排出強結合水，因此整體出水量較??；降水井配備數(shù)量較少；開挖前降水時間略顯不足。

針對上述情況，采取了以下措施：

1)加密疏干井點

根據現(xiàn)場開挖后實際效果并考慮部分井點遭破壞，現(xiàn)場降水效果不佳，故在第二道混凝土支撐平面上增加疏干井點，根據井點破壞情況及現(xiàn)場降水效果，共增加疏干井20 口，坑內疏干觀測兼?zhèn)溆镁? 口，井深17m。

2)增加輕型井點

根據基坑所在土層及現(xiàn)場實際情況，結合本工程實際情況，為保證基坑開挖的順利進行，現(xiàn)場決定在局部區(qū)域布設輕型井點，對下層土體內潛水進行短期強效速排。但根據輕型井點的特點，其井管總長約6m，下部濾管1.5m 長，有效降水范圍在5m 左右，本工程一層土方厚度5.5m，且需將水位降至坑底0.5～1m，輕型井點的降水深度略有不足。本項目現(xiàn)場對輕型井點施工方案進行了調整，在開挖面處開挖1.5m×1m 的溝槽，將輕型井點施工于溝槽內，確保了其有效降水深度滿足本工程要求。根據現(xiàn)場情況共增補16 套輕型井點。

5 結束語

對于深基坑工程，“水”是決定其施工成敗的最重要因素之一，而周邊環(huán)境的狀態(tài)則是檢驗其施工效果的最重要標準。深基坑施工之前，尤其位于中心城區(qū)，需要對附近已建地塊及周邊建筑進行深入了解。對部分風險較大建筑要進行結構加固，通過對原有基礎進行適當加固，減少基坑開挖產生的土體擾動對其的影響。經工程實踐證明，本工程地區(qū)附近特有的粘質粉土層內夾有粉質粘土，在常規(guī)布置疏干井的同時需要增設輕型井點，對土體內含水進行短期速排。