復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工技術(shù)優(yōu)化及決策

沈立SHEN Li

（上海東飛環(huán)境工程服務(wù)有限公司，上海 201304）

1 工程概況

金橋汽車產(chǎn)業(yè)基地06-02 地塊住宅新建項目位于浦東新區(qū)金橋汽車產(chǎn)業(yè)基地，東至西群河及申啟路，西至申江路，南至軻橋路，北至東力新村小區(qū)。項目用地面積41014m2，如圖1 所示，包括12 幢7～8 層的住宅建筑，1 座KT 站、3 座PT 站、地下車庫等，住宅采用裝配式建筑進(jìn)行設(shè)計施工，預(yù)制范圍為首層至頂層。

圖1 本項目平面圖

如圖2 所示，本項目基坑分地下一層區(qū)域和地下二層區(qū)域：地下一層區(qū)域，基坑面積約7430m2，普遍挖深7.3m；地下二層區(qū)域，基坑面積約25120m2，普遍挖深9.3m?；又螄o(hù)體系采用三軸水泥土攪拌樁止水帷幕+鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐，首道支撐設(shè)置棧橋板。

圖2 本項目首道支撐原設(shè)計圖及施工紅線

本項目設(shè)計要求自然地坪卸土至相對標(biāo)高-0.900m（下文均為相對標(biāo)高），地下二層區(qū)域坑邊施工總荷載不得大于20kN/m2，地下一層區(qū)域為30kN/m2。在基坑開挖中總體流程為先深后淺，先施工地下二層區(qū)域，后施工地下一層區(qū)域，遵循分層、分塊、限時、跳挖的原則。

2 施工難點及應(yīng)對策略

2.1 大面積深基坑場布難

本項目基坑開挖深度一般，但開挖面積較大，總面積約32550m2，東西向邊長達(dá)285m，屬大面積深基坑工程，約占項目紅線范圍區(qū)域的80%。

其中，基坑?xùn)|側(cè)距離西群河河道邊線約10.4m，駁岸頂與項目紅線重合，與基坑相距約4.4m。項目紅線與南側(cè)軻橋路邊線重合，距基坑約5.9m。北側(cè)紅線與東力新村小區(qū)圍墻重合，距地下一層區(qū)域最近處為8.7m，最遠(yuǎn)處也僅10.4m。

地下二層區(qū)域施工期間，僅北側(cè)和西側(cè)有空置場地可作為臨設(shè)及堆場，場內(nèi)道路也需依靠棧橋連通。如何合理做好場地平面布置，將極大影響項目的順利開展。

2.2 環(huán)境復(fù)雜文明施工難

對本項目紅線范圍內(nèi)及周圍的各種管線排摸，涉及五家管線單位，如圖3 所示，包含：天然氣、電力、信息、電信、上水。需保護(hù)管線主要位于南側(cè)軻橋路，且埋深較淺，在路面下0.5～1.0m 之間。

圖3 南側(cè)軻橋路下管線與基坑位置關(guān)系

東力新村居民樓為上世紀(jì)90 年代磚混結(jié)構(gòu)，設(shè)置有條形基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)距離基坑均在2 倍開挖深度外，但東西兩幢居民樓緊貼圍墻，施工期間勢必對居民產(chǎn)生影響。

2.3 客觀因素影響趕工難

無論是基坑開挖過程中跳倉開挖澆筑的技術(shù)要求，還是新型模塊化小型PC 構(gòu)件吊裝的不可控性，對于按期封頂而言，本身就是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為給上部新型PC 構(gòu)件施工留出富足時間，需要適當(dāng)加快深基坑施工進(jìn)度。又恰逢2020 年新冠疫情影響，難以實現(xiàn)2021 年春節(jié)前完成地下二層施工區(qū)域全面出零的原定計劃。

2.4 應(yīng)對策略

為正確應(yīng)對以上特點難點，在項目的策劃階段和實施階段，采用赫伯特·西蒙的管理決策流程，重點加強(qiáng)決策流程中信息獲取階段的工作，對本項目基坑施工技術(shù)路線進(jìn)行系統(tǒng)地規(guī)劃與制定，從而推進(jìn)項目的實施（見表1）。

表1 本項目管理決策流程

3 平面布置及棧橋優(yōu)化

3.1 坑邊道路標(biāo)高調(diào)整

如圖4 和圖5 所示，本項目場地設(shè)計標(biāo)高為-0.900m，與東力新村場地標(biāo)高-0.800m 和西側(cè)申江路標(biāo)高-0.700m接近；但與軻橋路一側(cè)道路標(biāo)高-0.600～1.100m（由西向東起坡）有較大高差。

圖4 南側(cè)軻橋路側(cè)圍護(hù)設(shè)計標(biāo)高

圖5 軻橋路現(xiàn)狀

因軻橋路道路標(biāo)高較高，管線埋深較淺，基坑邊距離軻橋路紅線較近，若按現(xiàn)有圍護(hù)圖紙要求卸土，較大風(fēng)險擾動甚至損壞軻橋路道路、管線。故考慮將南側(cè)場內(nèi)道路標(biāo)高與軻橋路標(biāo)高盡可能保持一致，經(jīng)整平硬化后標(biāo)高為-0.700～-0.240m。北側(cè)東力新村為本項目施工時重點保護(hù)區(qū)域，該側(cè)場內(nèi)道路施工時為避免產(chǎn)生較大影響，經(jīng)整平硬化后標(biāo)高為-0.800m。

根據(jù)場內(nèi)坑邊道路標(biāo)高的調(diào)整，形成了北低南高、西低東高的場內(nèi)道路布置，場內(nèi)有組織排水應(yīng)與場內(nèi)標(biāo)高相適應(yīng)，由申江路一側(cè)接入市政管網(wǎng)。但現(xiàn)有辦理的排水許可證中所規(guī)定的接入點位于軻橋路一側(cè)，在大臨方案編制時與甲方及時協(xié)商，重新申報了排水接入點。

為確?？油庥薪M織排水，避免地面積水灌入坑內(nèi)造成安全隱患，如圖6 所示，本項目排水明溝采用磚砌+抹灰形式，深度隨道路走勢沿著遠(yuǎn)離基坑一側(cè)布置，達(dá)到1～2‰泛水，最淺處為250mm；每隔50m 設(shè)置一處500mm 深集水坑；坑邊道路采用≥200mm 厚C30 混凝土澆筑，同步澆筑擋水反坎。

圖6 道路及排水剖面示意圖

3.2 棧橋優(yōu)化

現(xiàn)場臨時辦公區(qū)設(shè)置于基坑西側(cè)10m 處，在基坑開挖深度1 倍范圍之外；而北側(cè)場地作為本項目唯一可利用的場內(nèi)道路，設(shè)置地磅及洗車池等生產(chǎn)設(shè)施；軻橋路大門處無設(shè)置洗車池條件，采用環(huán)繞式截水溝作為簡易車輛沖洗場地。

在合理布置場地的情況下，僅留有場地北側(cè)道路作為主干道，需充分利用棧橋，方能實現(xiàn)場內(nèi)道路的環(huán)通。現(xiàn)場踏勘時，對比既有圍護(hù)設(shè)計圖紙，首先發(fā)現(xiàn)由于基坑邊線過分接近于南側(cè)道路紅線，在棧橋板未與南側(cè)出入口接順的情況下，工程車輛難以進(jìn)入。其次，東、南、西三側(cè)在無法行車、無法挖機(jī)作業(yè)的情況下，勢必擠占北側(cè)場地及棧橋作為出土作業(yè)點，現(xiàn)有棧橋設(shè)計條件下，易造成場內(nèi)車輛通行不暢，且北側(cè)坑邊車輛荷載難以控制。

如圖7 所示，在充分考量現(xiàn)狀場地條件后，緊緊圍繞項目安全可行提出棧橋優(yōu)化方案：

圖7 棧橋優(yōu)化方案

①調(diào)整棧橋布置位置，使其中南北向能正對軻橋路側(cè)出入口。并考慮到出入口與棧橋板面標(biāo)高-1.200m 之間存在高差，為保證工程車輛入場安全，在進(jìn)口棧橋斜坡車增設(shè)喇叭口。

②考慮到棧橋上每跨內(nèi)最多只能分布一輛施工機(jī)械，棧橋需兼顧基坑開挖、棧橋通車、材料堆放的功能，需適當(dāng)增加棧橋板結(jié)構(gòu)，保障施工動線流向順暢。其中，地下二層區(qū)域南北向棧橋?qū)挾?0m，各向東西側(cè)增加2 跨棧橋，以提供出土平臺；地下一層區(qū)域開挖時，北側(cè)最窄處不足9m，增設(shè)棧橋板以避免開挖時阻礙坑邊道路。

③棧橋的增設(shè)使得開挖點至棧橋裝車點距離為挖機(jī)作業(yè)半徑的2-3 倍，適當(dāng)提高了基坑開挖效率。

④棧橋局部設(shè)置堆場以緩解北側(cè)場地卸料及取用壓力，明確棧橋局部堆載不得超過20kPa。

⑤軻橋路出入口棧橋斜坡處和北側(cè)場地地下二層區(qū)域是場內(nèi)重交通區(qū)域，適當(dāng)加強(qiáng)圍護(hù)排樁。北側(cè)地下二層區(qū)域圍護(hù)樁加強(qiáng)，坑邊施工荷載可由20kN/m2上調(diào)至30kN/m2，更符合現(xiàn)場實際情況。

4 開挖順序優(yōu)化

考慮到本項目總體工期緊張，在編制《深基坑施工方案》時與設(shè)計溝通，將地下一層區(qū)域的首道撐與地下二層區(qū)域的首道撐同步施工，可在地下二層區(qū)域出零后盡快開挖地下一層區(qū)域基坑。待地下一層區(qū)域首道撐養(yǎng)護(hù)完畢后，在擬行車區(qū)域覆土300mm 并鋪設(shè)20mm 厚鋼板作為施工便道。

本項目基坑總體施工流程如圖8 所示。其中，地下二層區(qū)第二皮土根據(jù)設(shè)計分塊盆式開挖，按先形成對撐后形成角撐的開挖原則，分層分塊跳挖，并及時施工第二道砼支撐。

圖8 基坑施工流程圖

在開挖第三皮土?xí)r，根據(jù)設(shè)計要求跳倉開挖，后區(qū)開挖條件為前區(qū)底板施工完畢并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%。在原設(shè)計中，跳挖分塊為A-D，4 個分塊序號意味著4 段養(yǎng)護(hù)周期，不利于地下室結(jié)構(gòu)的出零計劃。通過分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)計在分塊時，將A 區(qū)劃分6 塊、B 區(qū)3 塊、CD 區(qū)各4 塊（如圖9所示），在A 區(qū)分塊一定的情況下，后區(qū)分塊多于前區(qū)，往往意味著前區(qū)（B 區(qū)）的分塊并不合理，是為了滿足跳挖原則而產(chǎn)生了過多的相鄰分塊，導(dǎo)致未能充分利用施工作業(yè)面。

結(jié)合工程實際情況，根據(jù)結(jié)構(gòu)后澆帶位置，以開挖長度不大于原設(shè)計分塊邊長的原則，在不影響主樓底板分區(qū)（原AB 區(qū)）的前提下，如圖10 所示調(diào)整地庫分塊方式，減少分塊之間的臨邊關(guān)系，從而減少分塊序號，縮短總的混凝土養(yǎng)護(hù)周期，加快結(jié)構(gòu)底板施工進(jìn)度。

圖10 地下二層底板施工開挖順序

5 地下室局部出零趕工方案

受2020 年新冠疫情影響，地下室總體施工進(jìn)度滯后，為滿足2021 年二季度預(yù)售要求，業(yè)主提出2021 年春節(jié)前應(yīng)完成，4#、8#、9#樓及其之間地庫B1 層結(jié)構(gòu)。

此時，本項目基坑開挖受土方外運(yùn)卸點管控限制，無法按計劃同時開挖多個作業(yè)面，地下室結(jié)構(gòu)總體上由東向西施工。地下室底板共17 個分塊，截止至2020 年12 月8日，混凝土澆筑完成10 塊，鋼筋綁扎完成3 塊，鋼筋綁扎3 塊，待開挖1 塊（如圖11 所示）。

圖11 項目施工進(jìn)度平面示意圖

根據(jù)現(xiàn)場實際工況，當(dāng)下施工作業(yè)效率為：模架安裝6.5m2/d·人，鋼筋綁扎0.7t/d·人，混凝土澆筑2800m3/d（2臺泵車）。而現(xiàn)有模架安裝工80 人，鋼筋工95 人，通過對剩余工作量分析，在2021 年2 月1 日（臘月二十）前，不具備完成4#、8#、9#樓及其之間地庫B1 層結(jié)構(gòu)的可能。與建設(shè)單位協(xié)商，將春節(jié)前出零計劃調(diào)整為9#樓B1 層結(jié)構(gòu)完成，以滿足其考核節(jié)點要求（見表2）。

表2 調(diào)整計劃與原計劃可行性分析

基于9#樓區(qū)域位于基坑平面凸起部位，1#-8#樓基坑整體呈狹長型，結(jié)合對撐、邊桁架布置情況，提出可適當(dāng)提前拆除9#樓區(qū)域支撐，以實現(xiàn)局部出零任務(wù)。報設(shè)計單位驗算，該工況能滿足基坑安全。

據(jù)此，項目部在不違背設(shè)計圖紙及深基坑專家評審要求的前提下，優(yōu)化并明確以下施工工序（如圖12 所示）：

圖12 趕工方案平面示意圖

①地下室二層區(qū)域最后一塊底板澆筑完成后（2020年12 月29 日），遵循“先角撐、后對撐，先次要構(gòu)件、后主要構(gòu)件”原則拆除第二道支撐。

②優(yōu)先保障B2 層3#、7#樓（a15 軸）及其東側(cè)結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度，該范圍澆筑完畢并達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度（2021 年1 月18 日），局部拆除東北側(cè)9#樓區(qū)域首道支撐（a27～a38 軸交1T～2A 軸），其余區(qū)域首道撐保留。

③2021 年春節(jié)前完成9#樓及其北側(cè)地庫結(jié)構(gòu)（含換撐）出±0.000m；地下室二層區(qū)域剩余B2 層結(jié)構(gòu)及換撐施工完畢。

④其余事項遵照原設(shè)計要求執(zhí)行，做好相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的觀察與分析?，F(xiàn)場配置快硬水泥、?609 鋼管等應(yīng)急搶險物資。

6 實施效果

本項目基坑開挖過程中遵循設(shè)計圖紙及專家評審意見執(zhí)行，通過比較選擇了較優(yōu)的技術(shù)方案，保障了項目各項目標(biāo)的達(dá)成。

6.1 策劃充分

本項目在進(jìn)場前，通過細(xì)致的現(xiàn)場踏勘，在充分了解周邊環(huán)境制約因素的前提下，結(jié)合設(shè)計要求、施工規(guī)范等，合理布置場地的同時，對既有圍護(hù)設(shè)計中與現(xiàn)場存在出入的情況妥善調(diào)整；合理劃分開挖分區(qū)，避免了不必要的混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)間歇。在項目策劃階段，就確保了施工必要的場地條件和通行條件，明確了開挖及地下室結(jié)構(gòu)施工先后順序，使得基坑施工期間場內(nèi)車輛通行有序，施工機(jī)械作業(yè)井然有序，奠定了項目按計劃實施的前提。

6.2 經(jīng)濟(jì)合理

通過對設(shè)計圖紙的深入研讀、分析，合理優(yōu)化棧橋布置，提供了足夠的裝車作業(yè)面，也保障了場內(nèi)車輛通行。在僅增加4.2%棧橋面積（311m2），費用增加約24.3 萬元的情況下，使得二層區(qū)域基坑從2020 年9 月18 日第二皮土開挖，至2020 年12 月20 日墊層全部澆筑完畢（其中雨天28天），正常出土量折合2975 方/天，基坑開挖效率得到保證。

6.3 安全可靠

在本項目方案編制中，做到了超前策劃、調(diào)整及時，為基坑安全出零、及時出零提供了技術(shù)保障。在施工過程中，始終嚴(yán)格遵循方案審批和交底制度，現(xiàn)場工況與設(shè)計及施工方案保持一致，未出現(xiàn)任何安全生產(chǎn)事故。如圖13 所示，根據(jù)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計：最后皮土開挖至春節(jié)期間，圍護(hù)樁頂豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定；采取趕工措施提前拆除9#樓處首道支撐，B2 層換撐部位至樁頂范圍內(nèi)樁身測斜數(shù)據(jù)穩(wěn)定（見表3）。

表3 圍護(hù)樁測斜監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖13 圍護(hù)樁頂部豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

綜上所述，通過方案的策劃與實施，順利完成了本項目基坑開挖與局部提前出零計劃，滿足了甲方進(jìn)度要求。為公司贏得了良好口碑的同時，也為后續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工預(yù)留了足夠的施工時間。此外，分析基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)對方案進(jìn)行后評價，可以發(fā)現(xiàn)本項目技術(shù)優(yōu)化路線可靠，實施效果良好，為后續(xù)類似項目提供了解決思路，具有一定借鑒意義。