緊鄰地鐵和保護建筑的大型深基坑設(shè)計與施工管理

李志明

（上海首創(chuàng)正恒置業(yè)有限公司，上海 200000）

0 引言

大型深基坑設(shè)計與施工是當前建筑工程建設(shè)的重要內(nèi)容，其能有效改變工程基礎(chǔ)支撐環(huán)境，提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性和安全性。項目施工中，深基坑建設(shè)受周圍環(huán)境干擾較大，容易因地質(zhì)、水文、人為因素而產(chǎn)生一系列的病害，影響工程的綜合效益?；诖?，有必要在項目建設(shè)初期，進行深基坑支護體系的有效設(shè)計，同時在施工中，還應(yīng)注重土方開挖與支撐施工、專項保護、施工安全的細化管理。本文結(jié)合中美信托金融大廈項目建設(shè)實際，就緊鄰地鐵和保護建筑的大型深基坑設(shè)計與施工管理要展開分析。

1 工程及環(huán)境狀況

1.1 工程概況

本項目為中美信托金融大廈項目，建筑總面積122637.47m2，地上23層地下4層。其中基坑開挖區(qū)面積約9500m2，基坑最大開挖深度約19m。地下室北側(cè)臨近天潼路12號線區(qū)間隧道外壁約10.19m。主體采用框架結(jié)構(gòu)體系，地基基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。地下深基坑項目建設(shè)中，采用連續(xù)墻兼圍護墻止水帷幕與結(jié)構(gòu)外墻兩墻合一維護支撐形式。項目建設(shè)區(qū)域位于市中心地鐵沿線，周邊存在優(yōu)秀歷史保護建筑及蘇州河，同時基坑內(nèi)有老工程樁等障礙物，這使得深基坑項目施工難度較大，容易對周圍土體造成干擾，綜合考慮基坑周邊環(huán)境保護要求，整個基坑分為4個區(qū)進行施工。

1.2 環(huán)境概況

項目擬建場地位于虹口區(qū)，基坑位于吳淞路、蘇州路、乍浦路及天潼路所圍之地。就基坑北側(cè)而言，地下室外墻與該側(cè)基地紅線最近距離約7.5m，該側(cè)地鐵對項目建設(shè)影響最為強烈，隧道直徑6200mm，與本項目地下室最近距離約為10m；場地西側(cè)、南側(cè)與地下室外墻最近距離均為5.0m，其中南側(cè)存在蘇州河河底，河堤與基坑的最近距離約為20.0m，河堤內(nèi)有雙排鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁樁徑為600mm，樁長為18.0m，樁間距為2.0m；東側(cè)與地下室外墻最近距離約5.70m，存在多幢建筑物。此外，工程建設(shè)區(qū)域附近還存在道路、地下管線等構(gòu)筑物，不同程度的對項目建設(shè)造成影響，增加了工程建設(shè)難度。

1.3 工程地質(zhì)條件

項目場地周圍被眾多高層建筑所環(huán)繞，場地地勢平坦，地貌形態(tài)單一，屬古河道沉積區(qū)，地層變化較大，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地層包含人工填土、灰色江灘土、灰色淤泥質(zhì)黏土、灰色粉質(zhì)黏土、暗綠～灰綠色粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)砂土、灰色粉砂、含礫細砂夾中粗砂等，整體地層環(huán)境較為軟弱，基礎(chǔ)承載能力交叉。此外，地層中存在一定的潛水和承壓水。

2 深基坑支護設(shè)計

2.1 圍護結(jié)構(gòu)

本工程擬采用順作法施工，由于基坑北側(cè)為地鐵12號線區(qū)間隧道，保護要求較高，結(jié)合類似面積及開挖深度規(guī)模的大量基坑工程實踐，基坑圍護結(jié)構(gòu)考慮采用分區(qū)順作法施工?；又苓叢捎?兩墻合一'地下連續(xù)墻作為基坑圍護體，該圍護形勢下，地下連續(xù)墻在基坑開挖階段發(fā)揮著擋土止水的作用，同時在正常使用階段，其可作為地下室結(jié)構(gòu)外墻，對建筑物進行支撐保護[1]。項目深基坑分ABCD四個施工區(qū)域，如圖所1示，設(shè)計中，于A區(qū)和B區(qū)，C區(qū)和D區(qū)之間分別設(shè)置1000mm和800mm的地下連續(xù)墻作臨時隔斷，以此來減少坑開挖對地鐵隧道的影響；同時采用?850@600三軸水泥土攪拌樁槽壁加固對地鐵隧道側(cè)地墻兩側(cè)進行加固，其他區(qū)域設(shè)計?600高壓旋噴樁止水構(gòu)造，減少基坑降水對地鐵隧道的影響。

圖1 基坑平面

2.2 基坑加固

基坑加固主要是對基坑內(nèi)部的土體進行加固[2]。在其加固設(shè)計中，考慮以下設(shè)計要素：①通過采用?850@600三軸水泥土設(shè)計攪拌樁滿堂加固形式，對鄰近地鐵側(cè)的基坑進行加固，其目的在于減少圍護體的水平位移，實現(xiàn)周邊多層建筑物和市政管線的有效保護。②加固范圍設(shè)計中，要求對第一道支撐底至基底以下12.0m實施加固，加固過程中，第一道支撐底與第二道支撐水泥摻量控制在10%；而第二道支撐下水泥摻量需控制在20%。③加固強度設(shè)計中，要求加固28d后，土體無側(cè)限抗壓強度最低保持在0.8MPa。④土體加固采用三軸水泥土攪拌樁，要求攪樁采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥加工而成，加工中使用二噴二攪工藝，加固成型墻體抗?jié)B系數(shù)10-6～10-7cm/sec。

2.3 水平支撐體系

水平支撐分區(qū)域進行設(shè)計，在A區(qū)及B區(qū)內(nèi)，采用對稱形式布置四道鋼筋混凝土進行加固，其中，第一道支撐混凝土強度為C30；后續(xù)支撐混凝土強度為C40；確保AB區(qū)主筋保護層厚度控制在30mm，并對支撐桿件截面尺寸、強度等級、中心標高等指標進行合理規(guī)劃，如表1所示。C、D區(qū)設(shè)計中，采用一道鋼筋混凝土水平支撐和兩道水平鋼管支撐體系。鋼管支撐的鋼材選用Q345B。

表1 AB區(qū)水平支撐體系構(gòu)件控制標準

2.4 豎向支撐體系

豎向支撐采用鉆孔灌注樁內(nèi)插角鋼格構(gòu)柱的支撐立柱樁的設(shè)計，立柱樁包含利用的主體結(jié)構(gòu)工程樁作為立柱樁和增打立柱樁，增打的立柱樁采用?800的鉆孔灌注樁設(shè)計，要求樁身混凝土強度保持為C30。鋼立柱規(guī)格設(shè)計中，于A區(qū)及B區(qū)內(nèi)使用4L180×16角鋼格構(gòu)柱，而在D區(qū)，使用4L125×12角鋼格構(gòu)柱，確保鋼材型號均為Q345B鋼。待支撐完成后，對支撐效果進行檢查，確保其滿足設(shè)計標準后，按照分區(qū)、分塊、分層的原則，進行地下土方開挖施工。

3 土方開挖與支撐施工

3.1 預(yù)降水

本項目土方開挖中，分四個小坑逐個施工，同時施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，土層內(nèi)含水量豐富，存在承壓水問題。項目中，承壓水容易對基坑底板的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，故而需要進行預(yù)降水施工的有效處理。施工中，項目采用泄壓井進行降低承壓水的工作。在降水經(jīng)設(shè)計中，進行真空深井和泄壓管井的系統(tǒng)計算，然后以此為基礎(chǔ)，進行降水井布設(shè)。就降水井位置而言，要求其避開支撐、工程樁、立柱樁和坑底的抽條加固區(qū)，同時盡量靠近支撐以便井口固定。泄壓井還須避開主體結(jié)構(gòu)墻柱、支撐棧橋；此外按照設(shè)計標準進行降水井構(gòu)造的合理施工，該環(huán)節(jié)中，要求井口高出地面0.5m，避免污水流入其中，同時井深不小于2m，井管壁采用焊接鋼管的建設(shè)形式，確保井壁厚度滿足項目設(shè)計要求；此外，進行過濾器、沉淀管、填濾料的有效處理，確保降水井滿足項目建設(shè)需要，實現(xiàn)地層富水的有效處理[3]。

3.2 挖土與支撐

土方開挖按照分區(qū)、分層開挖的施工方式，并且在單層開挖中，按照“先遠后近”分區(qū)盆式開挖支撐施工，邊挖邊澆搗鋼混凝土支撐。在開挖過程中，為避免對周圍構(gòu)筑物、管線和環(huán)境造成影響，嚴格按照施工方案的規(guī)定進行施工，在開挖前，進行定位控制線、標高控制樁的再次復(fù)核，采用混凝土支撐時，只有當混凝土支撐強度達到設(shè)計標準的80%后，才可進行下層開挖；開挖施工中，對定位樁、軸線樁、水準基樁等要素進行重點監(jiān)測，避免土方超挖，同時當距坑底開挖完成面標高300mm時，采取人工修土至設(shè)計標高的方式，此外，在開挖時，嚴禁基坑周邊堆放重物，需將基坑邊物體荷載控制在20kN/m2以內(nèi)。

本項目支護包含混凝土支護和鋼支護良好總形態(tài)。就混凝土支護施工面而言，需進行其模板、混凝土支撐鋼筋、混凝土澆筑工程的有效管理。就混凝土澆筑模板施工，要求設(shè)計圖尺寸現(xiàn)場定位放樣，同時做好底模、支撐截面寬的有效管理，底模寬度須大于支撐截面寬每邊150～200mm，同時標高一致，表面平整；而在鋼筋工程建設(shè)中，要求采用機械連接方式，接頭在同一斷面處數(shù)量不超過50%，同時鋼筋遇到立柱時，應(yīng)盡量穿過去；混凝土澆筑施工需做好試塊強度測試，要求混凝土強度達到80%后，開始進行下層土方開挖。鋼支撐按照分次施加軸力的方式進行施工，結(jié)合項目建設(shè)需要，單次軸力施加需控制在500kN或1000kN[4]。

4 歷史建筑的專項保護措施

由于項目位于虹口區(qū)市中心地段，周邊存在優(yōu)秀歷史保護建筑及蘇州河。深基坑項目施工存在一定振動，容易對周圍建筑物造成影響，要求施工人員詳細閱讀、熟悉掌握建設(shè)單位提供的圖紙資料，并召開施工會議，探討對歷史建筑的保護方法。對歷史建筑進行專項保護。

例如：基坑北側(cè)地下室外墻與該側(cè)基地紅線最近距離約7.5m，該側(cè)項目建設(shè)對地鐵影響強烈，對此，將臨近地鐵的基坑監(jiān)測作為項目專項施工的重點，實現(xiàn)水平位移、沉降及應(yīng)力狀況的有效監(jiān)測，避免項目施工對臨近建筑物形成影響。

同時還根據(jù)不同建筑物的結(jié)構(gòu)特征，匯總單體建筑不同位置處的沉降變形資料和信息，及時提交施工方，以便迅速采取針對措施，當建筑物沉降速率較大或不均勻沉降比率較大時，通知業(yè)主并加大監(jiān)測頻率，或者增加其他監(jiān)測手段，如在裂縫處補貼石膏餅、安裝裂縫監(jiān)測儀等，針對四個小基坑，分批按順序一個一個坑地施工至正負零。同樣還要求在施工過程中，對現(xiàn)場施工技術(shù)負責(zé)人，工地主管，班組長的責(zé)任進行劃分，同時建立“保護公共事業(yè)管線責(zé)任制”，明確管理人員責(zé)任，進行施工過程的全面追蹤和監(jiān)測，要求在各監(jiān)測項目測點布設(shè)位置及密度管理中，要進行圍護結(jié)構(gòu)類型、基坑開挖順序、被保護對象特性的有效分析，同時當達到報警值時，查找原因，調(diào)整施工順序和流程或報設(shè)計、監(jiān)理等單位共同研究處理方案，減少施工過程對周圍環(huán)境的影響。

5 施工安全控制措施

基于工程建設(shè)的復(fù)雜性，需進行施工安全的有效管理。本項目建設(shè)中，為進一步提升安全施工水平，在項目建設(shè)初期，系統(tǒng)設(shè)置安全文明生產(chǎn)管理目標，然后進行施工過程的全程監(jiān)管，主要監(jiān)管內(nèi)容包含強圍護墻體的水平位移及沉降位移、支撐軸力、坑外地下水位、基坑周圍土體地表沉降及基坑內(nèi)立柱樁沉降、蘇州河防汛墻沉降等諸多要素，同時結(jié)合工藝要點，系統(tǒng)化的進行沉降和位移處理，同時系統(tǒng)設(shè)置安全管理機構(gòu)，明確機構(gòu)職責(zé)，并就人員、設(shè)備、電氣、環(huán)境等要素進行全面管理，有效的提升了施工安全控制管理質(zhì)量，促進了項目建設(shè)工作的有序開展。

6 結(jié)論

大型深基坑項目建設(shè)受周圍環(huán)境影響明顯。在中美信托金融大廈項目建設(shè)中，緊鄰地鐵和保護建筑對于項目施工造成諸多阻礙。項目建設(shè)基于工程環(huán)境，不僅進行圍護結(jié)構(gòu)、基坑加固、水平支撐體系、豎向支撐的系統(tǒng)設(shè)計，而且統(tǒng)籌土方開挖與支撐施工過程，并進行歷史建筑的專項保護和安全管理，有效的提升了工程建設(shè)質(zhì)量。

針對復(fù)地質(zhì)環(huán)境下的深基坑項目建設(shè)，充分考慮工程就建設(shè)環(huán)境和建設(shè)特征，進行項目設(shè)計、施工的全過程管理，有效的提升深基坑建設(shè)質(zhì)量，進而促進建筑工程行業(yè)的有序發(fā)展。