城市中心緊鄰地鐵的超深基坑關(guān)鍵施工技術(shù)

周 炯

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是“十三五”規(guī)劃以來，地下空間的開發(fā)越來越成為城市建設(shè)的重點(diǎn)，基坑施工逐漸向著更復(fù)雜的位置、更大的深度探索，對(duì)變形控制要求也越來越高。

盡管有很多學(xué)者對(duì)深基坑變形特性進(jìn)行了大量的研究，但對(duì)于深度30 m以上的超深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)的研究較少。本文通過對(duì)杭州中心B1區(qū)基坑施工過程的研究，提煉超深基坑施工的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為類似項(xiàng)目超深基坑施工提供依據(jù)。

1 工程背景

1.1 工程概況

杭州中心項(xiàng)目位于浙江省杭州市下城區(qū)武林廣場(chǎng)東北角，中山北路與環(huán)城北路交叉口。工程總占地面積22 566 m2，包括2棟高130 m主樓和高50 m的裙房，塔樓為框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，裙樓為框架結(jié)構(gòu)。

A塔樓地上26層，B塔樓地上28層，裙房地上9層，地下室為6層，近地鐵區(qū)域?yàn)?～3層，總建筑面積244 202.30 m2，其中地上建筑面積154 597.21 m2，地下建筑面積89 605.09 m2（圖1）。

圖1 工程效果圖

1.2 圍護(hù)概況

基坑面積約為16 460 m2（其中B1區(qū)基坑面積約4 735 m2），沿基坑周邊總周長(zhǎng)549 m延長(zhǎng)米，分為A1、A2、B1、B2、D共5個(gè)區(qū)域（圖2）；B1、B2區(qū)基坑挖深約31.2 m，A2區(qū)基坑挖深約16.95 m，A1、D區(qū)基坑挖深約6.95 m；總土方量約436 000 m3?；邮┕ろ樞?yàn)锽2→B1→A2、D→A1，前一區(qū)塊±0 m結(jié)構(gòu)施工完成后，方可進(jìn)行下一個(gè)區(qū)塊的土方開挖作業(yè)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1 200 mm的地下連續(xù)墻，坑內(nèi)分隔墻采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻接縫采用十字鋼板接頭。支撐體系根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)深度設(shè)置，B1、B2區(qū)基坑為地下6層結(jié)構(gòu)，采用6道鋼筋混凝土支撐；A2區(qū)基坑為地下3層結(jié)構(gòu)，采用3道鋼筋混凝土支撐；近地鐵區(qū)間隧道的A1、D區(qū)基坑為地下1層結(jié)構(gòu)，采用1道鋼筋混凝土支撐。

圖2 基坑圍護(hù)概況

基坑加固主要采用三軸攪拌樁和高壓旋噴樁；槽壁加固采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，B1、B2、D區(qū)內(nèi)裙邊加固采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，A1、A2區(qū)內(nèi)加固采用φ800 mm高壓旋噴樁（圖3）。

圖3 基坑加固概況

B1區(qū)開挖階段，圍護(hù)墻變形報(bào)警值為50 mm，近地鐵側(cè)為24 mm，地鐵隧道沉降報(bào)警值為5 mm，收斂報(bào)警值為5 mm。

1.3 水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)區(qū)位于浙北平原區(qū)，為海積平原地貌單元，地貌形態(tài)單一?；娱_挖深度為30.2 m，基底土層為粉質(zhì)黏土，開挖范圍內(nèi)近20 m深度為淤泥質(zhì)土層，含水量高，土質(zhì)軟弱，壓縮性高，具有高靈敏度、低強(qiáng)度的特點(diǎn)。

地下水主要為第四系松散巖類孔隙承壓水和深部基巖裂隙水?？紫稘撍宦裆?.2～1.7 m，對(duì)應(yīng)高程為4.13～5.22 m；承壓含水層頂板埋深35.90～38.90 m，頂板高程為－32.62～－29.51 m；承壓水頭埋深在地表下5.14 m，相應(yīng)高程為1.28 m。

2 周邊環(huán)境

項(xiàng)目地處浙江省杭州市核心區(qū)域武林廣場(chǎng)東北角，東鄰中山北路，南側(cè)為6層淺基礎(chǔ)住宅小區(qū)（距B2地下連續(xù)墻約12 m），西南側(cè)為電信大樓（15層，框架結(jié)構(gòu)，距B2區(qū)地下連續(xù)墻約30 m），西側(cè)為浙江省科協(xié)大樓（21層，框架結(jié)構(gòu)，距B1、B2區(qū)基坑10～15 m），西北側(cè)為杭州地鐵1/3號(hào)線武林廣場(chǎng)站及區(qū)間隧道（1號(hào)線已運(yùn)營(yíng)，隧道狀況極差，距A1區(qū)3.5 m、B1區(qū)15.0 m），北側(cè)為環(huán)城北路。道路下方布設(shè)有各類管線，特別是環(huán)城北路下方有110 kV電力管線、DN1 600污水管線等城市主要管線（圖4）。

圖4 周邊環(huán)境示意

3 超深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1）本工程內(nèi)支撐原為中間開大洞的形式。該方案有利于2～3層土方開挖，但剛度不足，不利于圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制，可能會(huì)在開挖過程中發(fā)生較大的基坑變形。考慮地鐵保護(hù)等級(jí)要求較高，基坑深度較大，借鑒類似工程并與基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)協(xié)商后，將第2～6道支撐中間大洞取消，調(diào)整為拉通井格支撐的形式，并將基坑跨中部位第4～6道支撐的主撐截面由1 200 mm×1 100 mm調(diào)整為1 600 mm×1 100 mm，圍檁截面由1 300 mm×1 100 mm調(diào)整為1 600 mm×1 100 mm，大大提高了支撐的剛度。

2）基坑北側(cè)角部各設(shè)置2道大角撐，使支撐結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的三角形，在提高支撐結(jié)構(gòu)剛度的同時(shí)，也降低了南北向?qū)螌?duì)B1/B2區(qū)分隔墻集中力的影響（圖5）。

圖5 調(diào)整前后的B1區(qū)支撐平面

3）墊層由厚150 mm素混凝土改為厚300 mmC30混凝土內(nèi)配單層雙向φ12 mm@250 mm×250 mm。降低了基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后長(zhǎng)時(shí)間暴露的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 限制工況調(diào)整

原設(shè)計(jì)限制工況要求B2區(qū)結(jié)構(gòu)施工至±0 m后，方可開挖B1區(qū)第1道支撐以下的土方。為加快施工速度，同時(shí)最大限度地保障地鐵運(yùn)營(yíng)，經(jīng)與圍護(hù)設(shè)計(jì)協(xié)商后，在原支撐結(jié)構(gòu)中增加板帶，將原B1區(qū)土方開挖限制工況，調(diào)整為3個(gè)小限制工況：

1）限制工況1：B2區(qū)地下5層結(jié)構(gòu)完成后，方可開挖B1區(qū)第1道支撐以下的土方（圖6）。

圖6 限制工況1

2）限制工況2：B2區(qū)地下4層結(jié)構(gòu)完成后，方可開挖B1區(qū)第3道支撐以下的土方（圖7）。

圖7 限制工況2

3）限制工況3：B2區(qū)地下3層北側(cè)結(jié)構(gòu)完成后，方可開挖B1區(qū)第4道支撐以下的土方（圖8）。

圖8 限制工況3

3.3 土方開挖方案

基坑開挖施工時(shí)，遵循“分層、分塊、留土護(hù)壁、對(duì)稱、限時(shí)開挖”的總原則，利用時(shí)空效應(yīng)原理，減少基坑暴露時(shí)間，嚴(yán)格控制基坑變形[1-2]。各分區(qū)開挖完成48 h內(nèi)形成支撐，同時(shí)根據(jù)與相鄰基坑之間的開挖限制工況等情況，調(diào)整基坑開挖的方向。

首層土方根據(jù)樁基工程場(chǎng)地移交的順序，分為4個(gè)區(qū)域（圖9），由東向西、從北向南進(jìn)行退挖。

圖9 首層土方分區(qū)

第2、3層土方根據(jù)調(diào)整后的限制工況分為8個(gè)區(qū)域，采用盆式開挖，先開挖中部區(qū)域。為防止第2、3道支撐對(duì)B1/B2區(qū)分隔墻體的集中力對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，周邊區(qū)域由北向南進(jìn)行開挖（圖10）。

圖10 第2、3層土方分區(qū)

第4～6層土方分為8個(gè)區(qū)域（圖11），采用盆式開挖，先開挖基坑中部區(qū)域，周邊區(qū)域由南向北進(jìn)行開挖，重點(diǎn)控制地鐵側(cè)地下連續(xù)墻的變形，最大限度地保障地鐵安全運(yùn)營(yíng)。

圖11 第4～6層土方分區(qū)

第7層土方根據(jù)底板分區(qū)情況，采用盆式開挖的方式，先開挖中間區(qū)域再挖周邊區(qū)域，分為4個(gè)區(qū)域收底（圖12），最后開挖中部核心筒深井區(qū)域。在近地鐵側(cè)設(shè)置2個(gè)小分區(qū)，施工時(shí)快速開挖并澆筑混凝土。

3.4 淤泥質(zhì)土層換填

針對(duì)基坑內(nèi)淤泥質(zhì)土層的流變特性，施工時(shí)利用裙邊加固土體的特性，開挖時(shí)，首先開挖基坑中部區(qū)域未加固的淤泥質(zhì)土方，并超挖0.5 m；然后開挖基坑周邊加固土體，利用部分加固土體將中部超挖區(qū)域回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再施工支撐結(jié)構(gòu)。采用基坑內(nèi)加固土體換填后，在保障基坑開挖速度的前提下，改善了基坑中部軟弱土層在支撐施工時(shí)的沉降情況。

3.5 基坑降水

本工程中大量的基坑土層為淤泥質(zhì)黏土，其滲透性極差，根據(jù)抽水試驗(yàn)，幾乎無法抽取地下潛水，因此，基坑內(nèi)不考慮設(shè)置疏干井，潛水降水采用基坑內(nèi)明溝排水的技術(shù)措施。

承壓水涉及4層圓礫層承壓水，經(jīng)實(shí)測(cè)水頭為8～10 m，基坑開挖深度較深，故需要采取降承壓水措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際抽水試驗(yàn)情況，在B1區(qū)內(nèi)設(shè)置4口減壓井及1口坑內(nèi)承壓水觀測(cè)井，基坑外各邊設(shè)置1口承壓水觀測(cè)井。由于水量較小，降水后補(bǔ)給緩慢，土方開挖時(shí)根據(jù)開挖深度和承壓水水頭的關(guān)系計(jì)算需保持的水位，按需降水，防止因過度降水導(dǎo)致周邊環(huán)境沉降。

3.6 底板分區(qū)施工

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用筏板基礎(chǔ)，主樓區(qū)域板厚2.6 m，裙樓區(qū)域板厚1.8 m。開挖至基礎(chǔ)底板時(shí)，基坑變形較快，為保護(hù)地鐵及保護(hù)變形最大區(qū)域，將底板分為4個(gè)區(qū)域，1區(qū)為地下連續(xù)墻變形最大的區(qū)域，2、3區(qū)為近地鐵區(qū)域，1、2、3小區(qū)優(yōu)先完成并澆搗混凝土（圖12）。

圖12 基礎(chǔ)底板澆搗分區(qū)

4 實(shí)施效果

B1區(qū)基坑開挖過程中，基坑變形較為平穩(wěn)?；颖O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：開挖過程中，每道支撐開挖時(shí)墻體深層水平位移增加8～10 mm，至基礎(chǔ)底板完成時(shí)，圍護(hù)墻體最大深層水平位移49.7 mm，支撐最大軸力20 789.5 kN，地鐵盾構(gòu)隧道最大沉降4.7 mm，收斂1.1 mm，較好地做到了對(duì)地鐵隧道的保護(hù)，未對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)造成影響（圖13）。

圖13 最大變形點(diǎn)第2～7層土方施工變形曲線

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于超過30 m的深基坑施工，基坑土壓力極大，應(yīng)高度重視基坑變形情況。為減小因支撐壓縮而增加的基坑變形，需優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)支撐系統(tǒng)剛度，必要時(shí)應(yīng)適當(dāng)加密支撐間距及增大支撐截面。土方工程需根據(jù)周邊環(huán)境保護(hù)以及現(xiàn)場(chǎng)出土速度等情況進(jìn)行科學(xué)分塊，并快速開挖，在48 h內(nèi)形成支撐結(jié)構(gòu)，減少基坑無撐時(shí)間。同時(shí)，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整施工方案，及時(shí)優(yōu)化施工組織。

隨著城市化程度的提高，城市中心區(qū)域鄰近地鐵的30 m以上超深基坑項(xiàng)目將越來越多[3-4]。本文所述杭州中心項(xiàng)目超深基坑工程的成功實(shí)施經(jīng)驗(yàn)可為今后類似項(xiàng)目提供借鑒。