在建高層建筑群包圍中的大型深基坑施工技術(shù)

鄭信榮 鄭宗揚(yáng)

1. 上海新長(zhǎng)寧集團(tuán)建筑裝飾實(shí)業(yè)有限公司 上海 200050；2. 無(wú)錫城市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目管理中心 江蘇 無(wú)錫 214031

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某保障性住房建設(shè)項(xiàng)目是上海市長(zhǎng)寧區(qū)第1塊區(qū)內(nèi)自建的保障性住房工程，屬于本市重點(diǎn)民生工程。該地塊處于南漁浦以東南，協(xié)和路以西，仙霞高爾夫練習(xí)場(chǎng)以北。本工程占地50 000 m2，總建筑面積約128 000 m2，該項(xiàng)目由12棟13層小高層公寓（地下1層）、大型地下2層車庫(kù)、1棟4層公建配套房以及若干沿街商鋪所組成（圖1）。小高層及地下車庫(kù)樁基均采用預(yù)應(yīng)力管樁，筏板基礎(chǔ)?；映什灰?guī)則形狀，尺寸約為150 m 320 m，圍護(hù)周長(zhǎng)約2 100 m，開挖總面積約28 000 m2，主樓挖深2.55 m，地下2層車庫(kù)挖深9 m，局部挖深10 m。

1.2 周邊環(huán)境

本工程用地緊張且周邊環(huán)境復(fù)雜，尤其西側(cè)緊靠城市景觀河道，駁岸渠水與蘇州河相通。具體場(chǎng)地環(huán)境情況如下：基坑?xùn)|側(cè)靠近協(xié)和路，周邊地下管線繁多。距基坑較近的有路燈和信息管線，二者距基坑分別為4、5 m。除此之外還有雨水、污水、煤氣、電力等地下管線，都在基坑影響范圍之內(nèi)?；幽蟼?cè)區(qū)域?qū)儆谑姓G地，距基坑15 m?；游鱾?cè)13 m是南漁浦城市河道，其中與基坑最小距離為11 m。河?xùn)|駁岸采用φ200 mm密排木樁，樁長(zhǎng)4 m左右，河渠深度約3 m?；游髂蟼?cè)是仙霞高爾夫練習(xí)場(chǎng)，練習(xí)場(chǎng)內(nèi)有高35 m的鐵塔作為網(wǎng)柱，柱距約18 m，鐵塔基礎(chǔ)與基坑最近距離為7 m?；颖眰?cè)緊靠規(guī)劃道路，該道路距離基坑4.8 m。在圍護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，基坑西側(cè)的河道防汛墻及練習(xí)場(chǎng)鐵塔基礎(chǔ)需要作為重點(diǎn)保護(hù)的對(duì)象來(lái)考慮。

圖1 基坑平面示意

1.3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告，場(chǎng)地較平坦，地貌單一，屬濱海平原地貌類型。地下水屬于潛水類型，初見水位埋深在2.2～4.1 m，穩(wěn)定水位埋深0.1～1.1 m。基坑開挖深度較大，故必須有針對(duì)性的設(shè)置抽水井點(diǎn)，適時(shí)、適量抽取，從而確?；影踩?。場(chǎng)地內(nèi)有多處暗浜等不良地質(zhì)現(xiàn)象存在，暗浜最深處為4.2 m，該區(qū)域需進(jìn)行抽淤換填并采取適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施。

2 研究難點(diǎn)

1）開挖深度較深，中央大型地下2層車庫(kù)大面積開挖深度達(dá)9 m（電梯井和集水井等范圍局部還需加深），按上海市基坑規(guī)程的規(guī)定，整體屬于二級(jí)基坑。

2）基坑面積大，施工時(shí)若將整個(gè)地下室范圍整體開挖，基坑尺寸達(dá)150 m 250 m。由于規(guī)模大，基坑的空間效應(yīng)相對(duì)較弱，對(duì)基坑的穩(wěn)定和變形控制均不利。

3）地下2層車庫(kù)被9幢號(hào)樓高層所包圍，號(hào)樓建筑單體的基坑又與車庫(kù)外墻距離很小，兩兩緊靠。在基坑開挖過(guò)程中，基坑圍護(hù)體的變形對(duì)正在施工高層建筑帶來(lái)不利影響，因此給土方開挖帶來(lái)了諸多的限制。

4）基坑?xùn)|側(cè)協(xié)和路是周邊小區(qū)居民主要的出入道路，車流量較大，且地下管線分布較多，基坑施工不能對(duì)道路交通和地下管線設(shè)施造成影響。應(yīng)該考慮合理控制圍護(hù)體的變形，確保鄰近的設(shè)施和建筑物的安全和正常使用。

3 圍護(hù)方案的選型

為確?；邮┕ぜ劝踩止?jié)約成本，根據(jù)不同區(qū)域的開挖深度和周邊環(huán)境的特點(diǎn)，確定了如下2種形式的基坑圍護(hù)方案[1-2]：

1）重力壩。2#～10#樓位于地下車庫(kù)周圍，號(hào)樓基坑開挖深度不到3 m，考慮到等車庫(kù)開挖后，場(chǎng)地內(nèi)施工道路的環(huán)通，號(hào)樓的基坑采用水泥土攪拌樁重力壩擋墻進(jìn)行外圍圍護(hù)。該支護(hù)形式具有許多優(yōu)點(diǎn)：施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲、無(wú)泥漿廢水污染環(huán)境；施工操作簡(jiǎn)便，成樁工期較短，造價(jià)低；基坑開挖時(shí)，一般不需要設(shè)置支撐，方便挖土；施工工藝成熟，兼?zhèn)鋼跬梁透羲?種功能。

2）板式支護(hù)。地下2層車庫(kù)開挖達(dá)9 m，深度較深。特別是車庫(kù)又緊靠號(hào)樓群基礎(chǔ)，故采用板式支護(hù)形式（鉆孔灌注樁＋兩軸攪拌樁止水），水平支撐1道，局部開挖深度10 m區(qū)域設(shè)置第2道水平支撐（圖2）。支撐采用鋼筋混凝土形式。

4 基坑施工

4.1 鉆孔灌注樁圍護(hù)施工

鉆孔灌注樁采用φ750、φ850、φ900 mm等3種規(guī)格，灌注樁在雙軸止水?dāng)嚢铇妒┕さ? d后穿插進(jìn)行施工。

1）成孔質(zhì)量。成孔鉆頭直徑應(yīng)根據(jù)地層特性和設(shè)計(jì)樁徑合理選定，必須保證成孔直徑達(dá)到設(shè)計(jì)樁徑。選擇平直的鉆桿，尤其要保證主動(dòng)鉆桿的垂直。鉆進(jìn)時(shí)采用正循環(huán)鉆進(jìn)，自然造漿，一次全面鉆進(jìn)的施工方法，做到成孔一次不間斷；根據(jù)已知土層垂直分布情況，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)保持低壓慢轉(zhuǎn)，采用黏度與密度較大泥漿，為防止螺旋孔壁出現(xiàn)，鉆進(jìn)過(guò)程中要適當(dāng)上下活動(dòng)鉆頭，修正孔壁。為避免孔斜，在軟、硬地層變換處，要吊打，待鉆頭完全進(jìn)入新的地層后，再進(jìn)行正常鉆進(jìn)。終孔后，要多次提動(dòng)鉆具掃孔，以利于再次打碎泥塊，清除鉆渣，保證終孔直徑及深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖2 圍護(hù)剖面示意

2）清孔質(zhì)量。清孔分2次進(jìn)行，一次清孔的目的是為了盡量減少孔內(nèi)沉渣，以免影響樁端承載力。終孔前，鉆進(jìn)到最后幾根鉆桿時(shí)放慢鉆進(jìn)速度，邊打邊清孔；終孔后，將鉆頭提離孔底10～20 cm，使用孔內(nèi)泥漿反復(fù)循環(huán)，直至泵口基本無(wú)大泥塊返出為止，一清即達(dá)目的。二次清孔的目的是進(jìn)一步清理孔底沉渣，降低孔內(nèi)泥漿相對(duì)密度，減少灌注混凝土?xí)r的阻力，以利于灌注成樁。二次清孔用大泵量泥漿泵在導(dǎo)管下入孔內(nèi)后進(jìn)行，導(dǎo)管離孔底控制在10～20 cm，清孔主要過(guò)程中逐步地稀釋泥漿，泥漿相對(duì)密度為1.20～1.25，當(dāng)測(cè)定孔內(nèi)沉渣符合規(guī)范要求時(shí)，二次清孔即達(dá)到要求。清孔后30 min內(nèi)必須進(jìn)行混凝土灌注，否則需重新清孔。

3）混凝土質(zhì)量?；炷凉嘧r(shí)，要控制混凝土的灌注速度，當(dāng)混凝土面接近鋼筋籠籠底標(biāo)高時(shí)，一定要緩慢注入預(yù)拌混凝土，防止鋼筋籠上浮或下沉。提升導(dǎo)管要平穩(wěn)，要反復(fù)插搗，以保證樁頭頂標(biāo)高混凝土的強(qiáng)度；灌注過(guò)程中，由專人勤測(cè)混凝土面上升高度，并結(jié)合計(jì)算混凝土的使用量，合理拆卸導(dǎo)管，在確認(rèn)樁頂標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，即可停止混凝土灌注；圍護(hù)樁混凝土灌注結(jié)束后，及時(shí)割斷吊筋，抜出護(hù)筒。

4.2 兩軸攪拌樁圍護(hù)施工

本工程的雙軸攪拌樁主要用于地下車庫(kù)鉆孔灌注樁的外側(cè)止水、擋土以及號(hào)樓的重力壩體和坑內(nèi)加固等部位。主要施工要求如下：

1）控制水泥摻量，確保土體充分?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。

2）壓漿階段不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，輸漿管道不得堵塞，全樁須注漿均勻，不得發(fā)生夾心層。

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

4.3 深井降水

地下車庫(kù)基坑挖深9 m，因此降水方案的選擇尤為重要，采用深井降水?？紤]到基坑內(nèi)支撐等對(duì)降水井布置的影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，共布置58口深井，每3口井配置1臺(tái)真空泵。

4.4 土方開挖

基坑開挖遵循“時(shí)空效應(yīng)”的原理，施工基坑在開挖時(shí)嚴(yán)格遵循分塊、分層、對(duì)稱的原則進(jìn)行。由于基坑開挖、坑內(nèi)卸載，圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生撓曲，從而導(dǎo)致土層移動(dòng)?？紤]到在這階段，一是主動(dòng)土壓力對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)逐步增加荷載，二是盡可能縮短基坑無(wú)支撐的暴露時(shí)間，故采取了以下主要技術(shù)措施。

1）根據(jù)工程特點(diǎn)分區(qū)、分塊、分階段進(jìn)行土方開挖。先開挖車庫(kù)第1道支撐以上和號(hào)樓基礎(chǔ)的土方，加快號(hào)樓基礎(chǔ)大底板施工，為控制基坑變形贏得寶貴的時(shí)間，開挖流程如圖3所示。

圖3 土方開挖流程示意

2）地下車庫(kù)較深，基坑土方從南、北兩側(cè)向中間對(duì)稱開挖，從3個(gè)出口出土。同步施工，形成工作面后及時(shí)澆筑混凝土支撐。

3）卸土。為保護(hù)號(hào)樓，減少主樓兩側(cè)土體的壓力差，當(dāng)主樓一側(cè)基坑已經(jīng)開挖而另一側(cè)未開挖時(shí)，對(duì)未開挖一側(cè)先挖出基坑邊寬2.5 m、深3.5 m的溝槽，減少了基坑圍護(hù)兩側(cè)土方對(duì)圍護(hù)的壓力差，溝槽臨時(shí)邊坡坡度大于1∶1.5，如圖4所示。

圖4 保護(hù)主樓措施開挖示意

5 主樓和地下車庫(kù)結(jié)構(gòu)同步施工進(jìn)度控制

1）開挖主樓底板底標(biāo)高時(shí)，車庫(kù)圍護(hù)圈梁支撐可同步施工。

2）主樓基礎(chǔ)底板完成，養(yǎng)護(hù)7 d后，如地下車庫(kù)條件滿足圍護(hù)樁圈梁及支撐強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求，坑內(nèi)水位降水到位，可進(jìn)行地下車庫(kù)開挖。

3）車庫(kù)基礎(chǔ)底板及傳力帶完成前，主樓同步向上施工，不超過(guò)5層頂；車庫(kù)中板及傳力帶完成前，主樓同步向上施工不超過(guò)8層頂；車庫(kù)頂板完成回填土結(jié)束前，主樓同步向上施工可至最高層。

4）與此同時(shí)，各工況根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)累計(jì)報(bào)警值的80%時(shí)需預(yù)警。分析其原因，如地下車庫(kù)開挖對(duì)主樓影響較大，則停止主樓向上施工。

6 基坑監(jiān)測(cè)

經(jīng)專業(yè)監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)，圍護(hù)墻頂累計(jì)垂直和水平最大位移均為9 mm；坑外深層側(cè)向變形最大位移20 mm，在深度9 m處發(fā)生；周邊管線沉降最大累計(jì)值為12.5 mm；各號(hào)樓沉降差均未超過(guò)8 mm。

各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，基坑施工未對(duì)在建高層建筑和周邊環(huán)境造成任何不良的影響。

7 結(jié)語(yǔ)

1）基坑施工中采用分塊、分層、對(duì)稱的開挖方式，利用土體平衡的原則和施工進(jìn)度控制措施，較好地保護(hù)了被包圍的在建高層住宅建筑的安全。

2）施工過(guò)程中，采用多種工程監(jiān)測(cè)手段。通過(guò)監(jiān)測(cè)及時(shí)反饋信息，為發(fā)現(xiàn)基坑變形規(guī)律提供了可靠的數(shù)據(jù)資料，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)對(duì)施工進(jìn)度和方案進(jìn)行調(diào)整，在整個(gè)施工過(guò)程沒有出現(xiàn)任何事故，保證了工程的順利進(jìn)行。