尚郡小區大面積不規則基坑圍護施工

■ 姚小鹍 Yao Xiaokun

0 工程概況

上海萬源城F街坊尚郡小區為高檔精裝修房住宅小區，位于萬源路以東，南靠顧戴路，東臨蓮花路，北面是平吉路。該項目地塊呈梯形，基地面積100 908m2，總建筑面積約24.9萬m2。小區建有19棟18～30層高層框架剪力墻結構住宅（地下一層），配有1幢3層商業中心（地下一層）、2層居委會、地下車庫（地下二層）、地下行車廊（地下一層）及中小學部教學樓和其他配套的公共服務建筑設施（圖1）。項目于2009年12月份開工，目前已竣工交付中。

圖1 萬源城尚郡項目平面圖

1 項目地質情況

現場自然地面±0.00相當于絕對標高+4.50m，據勘探，場地淺部（約20.0m以上）地基土分布較穩定，主要以飽和黏性土為主，底部第⑤1層夾粉性土。中深部地基土在深度約20.0～45.0m（局部達49.9m）分布不穩定，場地西北部局部區域（中小學部教學樓）屬正常地層分布區，第⑥層層面埋深26.0～31.0m，第⑦1層層面埋深29.0～33.4m；西面10#樓的西北角也屬正常地層分布區，其余場地屬“古河道”區域，以粉性土和砂土（第⑤2層）為主，受“古河道”切割、沖刷沉積影響，第⑥層暗綠色黏性土缺失，第⑦1層砂質粉土零星分布，“古河道”區域各土層分布和土性有較大差異。深部地基土第⑦2-1層粉砂缺失或層面埋深較深且有起伏，第⑦2-2層粉細砂層面埋深較深且有起伏。場地地質條件及基坑圍護設計參數見表1。

表1 場地地質條件及基坑圍護設計參數

2 施工難點

本工程地下車庫面積大，為7.7萬m2，開挖深度8.15m，局部深坑處開挖深度為9.45m。周邊環境復雜，對環境保護的要求較高。

綜合上述情況，本工程難點在于：

⑴基坑面積大，且不規則。

⑵周邊道路均已形成，并且地下管線較多，其中最近的道路距離地下車庫基坑距離僅為13.5m。

⑶現場地質條件復雜，場地范圍內有數條暗浜分布，最大寬度約為25m，最大深度4.5m，地下水位高，土層滲水系數大。

⑷因施工工期較緊，地庫與號房同時施工，但施工層數為地上不超過10層。

3 圍護設計

本項目基坑施工對周邊環境影響控制指標要求鄰近建筑物沉降≤25mm，附加傾斜≤2.5‰，管線相鄰兩監測點（間距約20m）沉降差10mm，水平位移差10mm。基坑設計方案的選定綜合考慮了本工程的特點及周邊環境要求，在滿足地下室結構土建施工及確保周圍環境安全可靠的前提下，為了方便施工及提高工效的標準，并考慮其經濟合理性，采用鉆孔灌注樁+攪拌樁的圍護型式，內支撐采用鋼支撐對撐加角撐，局部設置混凝土支撐桁架。因周邊重車荷載及堆載較多，為控制其變形，將自然地面土方卸載至主樓底板面標高（即卸載1.75m土方），車庫外圍考慮作為施工道路和場地使用，土方不卸載。

3. 1 地下車庫圍護設計

地下車庫地下2層開挖深度8.15m，面積34 890m2，邊長1 920m，是本工程圍護設計的重點（圖2、3）。

(1)地下車庫距離主樓較近處，因大部分主樓底板面標高均為2.75m（即自然地面算起向下-1.75m），考慮經濟性，同時充分利用各主樓的開挖深度，車庫基坑周邊均卸載至主樓底板面標高（即土方卸載1.75m），卸載寬度9.0m，即2層車庫基坑開挖深度減小為6.40m，采用鉆孔灌注樁+深層攪拌樁的圍護型式，鉆孔樁采用Ф700@850，樁長13.25m，鉆孔樁進入坑底以下8.35m，止水攪拌樁進入坑底7.35m。

(2)車庫距離主樓較遠處，其外圍作為施工場地和道路使用，土方不卸載，采用Ф850@1000鉆孔灌注樁，樁長14.25m，鉆孔樁底進入坑底9.35m，止水攪拌樁進入坑底以下7.35m。

圖2 圍護支撐平面圖

圖3 圍護支撐剖面圖

(3)南側靠近大直徑雨水管區域，在坑內設置兩軸攪拌樁暗墩加固，攪拌樁長4m，暗墩寬度4.2m。

3. 2 地下行車廊圍護設計

地下行車廊開挖深度5.80m，為各主樓及地下車庫地下室完成后開挖，且西北側為萬源學校施工場地，不能采用放坡開挖，同時也無法卸載，根據上海市相關文件規定，開挖深度大于5.0m時不得采用復合式土釘墻，因此采用攪拌樁重力式擋墻的圍護型式，壩體寬度4.70m，樁長12.5m，暗浜區域壩體寬度加寬至5.20m。

3. 3 支撐系統

綜合考慮經濟性、施工挖土方便性、施工進度周期，同時為了有效地控制基坑變形，經過優化比選，決定采用鋼支撐，平面型式為對撐加角撐，局部設置混凝土支撐桁架。鋼支撐具有安裝、拆除方便和支撐跨度較大的優點，且可施加一定的預軸力，對基坑周圍的環境能起到很好的保護作用。

本工程支撐體系采用雙拼Ф609×16鋼管及700×700(800×800)鋼筋混凝土支撐，開挖時應先撐后挖，即開槽設置鋼支撐并施加預應力后，方可開挖支撐以下的土方。開挖至坑底后，澆筑墊層、底板，底板與圍護樁之間設置400厚素混凝土傳力帶，設置地下車庫中樓板與圍護樁之間的傳力帶，對中樓板澆筑并養護，待強度達70%左右后即可以中樓板作為換撐，拆除支撐。

3. 4 局部深坑加固措施

主樓電梯井深坑落深2.95～3.15m，采用周圈設置攪拌樁壩體并設置壓密注漿封底，壩體寬度2.70m，樁長7.5m；地下車庫集水坑等落深1.30m，貼邊深坑處采用圍護墻體加強并設置坑內加固的型式進行加固。

3. 5 暗浜區加固措施

由于場地內有數條暗浜分布，浜填土成分復雜，土質軟弱，該區域采用相應的加強措施：①浜土采取挖除換填；②重力壩寬度加寬0.50m，攪拌樁水泥摻量增加2%；③放坡寬度適當增加，坡度放緩。

3. 6 陽角處加固措施

因車庫形狀很不規則，陽角多，為控制其位移，采用攪拌樁暗墩進行加固，暗墩寬度4.20m，加固深度4.0m。

4 基坑圍護施工

4.1 鉆孔灌注樁施工

本工程車庫部分圍護采用Φ 850@1000鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁進入坑底9.35m，樁長14.25m；局部主樓與車庫較近處采用Φ700@850鉆孔灌注樁，樁長13.25m，混凝土設計強度為水下C30。鉆孔灌注樁施工工藝流程見圖4。

(1)鉆孔灌注樁成孔用鉆頭直徑應與樁的設計直徑等長，樁身實際灌注混凝土體積與按設計樁身計算體積加預留長度體積之和的比，即充盈系數不得＜1，也不宜＞1.3。

圖4 鉆孔灌柱樁施工工藝流程圖

(2)成孔應一次性不間斷地完成，不得無故停鉆，成孔過程中的泥漿密度一般控制在1.10～1.3kg/cm3，若遇特殊地質不易成孔時，應采用特制泥漿，確保成孔質量。

(3)清孔應分二次進行，第一次清孔在成孔完畢后立即進行，第二次清孔在下放鋼筋籠和澆搗混凝土導管安裝完畢后進行。

(4)鋼筋籠安裝位置確認符合要求后，應采取措施使鋼筋籠定位，防止灌注混凝土時鋼筋籠上拱。

(5)混凝土灌注過程中，導管應始終埋在混凝土中，嚴禁將導管提出混凝土面。

(6)混凝土實際灌注高度應比設計樁頂標高高出一定高度，其最小高度不少于樁長5%，且≥2m，以確保樁頂混凝土質量。

(7)混凝土在澆注過程中，現場應進行塌落度測定，測定次數如下：單樁混凝土量＜25m3，每根樁上、下各測一次；單樁混凝土量＞25m3，應上、中、下各測一次。

(8)水下澆筑的鉆孔灌注樁混凝土的強度應比設計強度高一等級進行配制，以確保達到設計強度。

4.2 深層攪拌樁施工

本工程深層攪拌樁為Φ700@500mm雙頭水泥攪拌樁，水泥摻量為13%。由于施工場地內含有暗浜，該區域二軸攪拌樁的水泥摻量提升為15%。水泥均采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

為確保樁長、樁身強度和均勻性要求，必須做到了以下幾點：

(1)嚴格按照設計要求配置漿液水灰比在0.55。

(2)樁體施工為二噴三攪工藝為：攪拌下沉——噴漿提升——攪拌下沉——噴漿提升——攪拌下沉——攪拌提升——完成。土體應充分攪拌，嚴格控制下沉速度，使原狀土充分破碎以利于同水泥漿液均勻拌和。

(3)樁頂設計標高與施工場地地面標高接近時，應特別注意樁頭的施工質量，攪拌機自地面以下1m噴漿攪拌提升出地面時，宜用慢速；當噴漿口即將出地面時，宜停止提升，攪拌數秒，以保證樁頭均勻密實。

(4)保證養護時間不少于28d。

4.3 支撐立柱

本工程支撐立柱樁基礎采用鉆孔灌注樁，樁徑Φ800mm，樁長15m，立柱采用480×480格構鋼立柱，主受力構件為Φ609鋼管和4L125×12等邊角鋼，立柱插入鉆孔樁基礎3.0m。

用全站儀根據坐標進行鉆孔定位，精確測定孔口標高，保證吊筋長度準確，確保立柱頂標高符合要求，用經緯儀或吊垂線保證立柱安放定位與軸線重合，確保質量。

4.4 基坑降水施工

本工程地下車庫采用深井井點降水，其余區域采用輕型井點降水。

⑴降水深度：本工程水位在地表下0.3～2.3m左右，為了提高被動土壓力，土方開挖前要進行坑內預降水，降水深度控制在坑底下1m。

⑵降水時間：降水應在挖土前2～3周進行，降水期間應通過坑內外水位觀測井及時掌握實際降水情況。一般在14d左右。

⑶降水單位需在基坑降水期間測報每天的抽水量和坑內水位。

⑷明排水措施：除井點降水外地面及坑內應設明排水措施，及時排除地面雨水及基坑流水,及時用水泵抽出坑內，不得在坑內周邊挖設排水明溝。

4.5 基坑土方開挖

土方開挖在降水達到設計標高以后進行，先開挖主樓與車庫的圍護圈梁及混凝土支撐施工，分層開挖，先撐后挖，開挖主樓基礎，在施工主樓基礎底板完成并養護7d后，同時地下車庫開挖條件具備（圍護樁、圈梁及支撐強度，鋼支撐預應力完成、坑內水位降水到位），才可開始對地下車庫的開挖。由于本工程工期緊，圍護結構采用加設內支撐的方式，因此在車庫基坑施工期間（即車庫頂板完成并回填土結束前），主樓的上部主體結構可同步向上施工，但允許施工層數為地上不超過10層，并要求主樓外側重力式擋土墻及放坡與主樓之間不回填，不對主樓造成側壓。主樓距離車庫較近，且部分區域采用放坡開挖，先行開挖可對車庫周圈進行卸載，減小車庫開挖深度。挖土中機械不得碰撞支撐桿件，開挖面的高差在2.5～3m，主要控制不均衡土壓差，在整個土方開挖過程嚴密監測基坑圍護，防止坍塌和偏移。基坑邊嚴禁大量堆載，地面超載一般控制在20kN/m2以內。機械進出口通道鋪設路基箱擴散壓力，機械挖土，配合人工進行修整土，嚴格控制挖土深度及平面范圍，嚴禁超挖；如超挖，其挖坑應用砂回填，嚴禁用松土回填。開挖最下一層土方時，需隨挖隨澆搗墊層，暴露面積≤250m2。開挖到坑底時，混凝土墊層要直接澆搗至圍護樁內側，為保證挖土過程的邊坡穩定，分層開挖放坡坡度嚴格按圍護設計圖紙，放坡臺階長度≥3m。

地下行車廊東側區域距離已建主樓較遠，采用兩級放坡開挖土方，一級土方坡高3.75m，坡寬7.0m（暗浜區8.0m），平臺寬2.0m；二級土方坡高2.05m，坡寬4.0m（暗浜區5.0m），按綜合坡比1：2.24（暗浜區綜合坡比1：2.58）進行土方開挖。開挖時需注意，因邊長較長（約280m），為減小長邊效應，應采用分塊開挖，先期開挖部分底板，完成后方可開挖下一部分。

在挖土施工中，嚴禁挖土機撞擊混凝土支撐下鋼格構柱與井點降水管，并且隨挖隨對鋼格構柱與支撐進行連接，按順序組織流水施工作業。挖土須在樁兩邊對稱進行，高差不超過0.8m，防止軟土滑陷而發生樁身位移。

5 基坑施工監測

5.1 監測警戒值確定

在基坑施工中，為確保施工安全，時時注意動態跟蹤，嚴密監測，根據本工程的實際情況，確定基坑圍護施工和開挖施工為監測工作的重點階段，考慮現場周邊環境情況及設計提出的監測技術要求，本基坑圍護體系監測警戒值控制如表2。

5.2 基坑監測具體做法

⑴圍護結構頂部位移監測布設，在攪拌樁壓頂頂部每隔10m布設監測點。

⑵灌注樁樁身測斜管，在鉆孔灌注樁成樁期間，隨鋼筋籠一起沉入測斜管，測斜管深度與灌注樁深度相同，埋深約15m；設深層土體測斜監測點，沿基坑圍護間距約30m，采用鉆孔埋設PVC測斜管，埋深為18m。側向位移在基坑開挖過程中很敏感, 是確定圍護體系是否安全的一個重要數據。

⑶支撐軸力監測布點，將表面應變計焊接在鋼支撐側面。

⑷坑外水位監測點，布點間距約30m，布置在止水帷幕的外側約2m左右，水位孔深度為8m。通過測量基坑外地下水位在基坑降水和基坑開挖過程中的變化情況，了解基坑圍護結構止水效果，以及時發現和防止圍護結構滲漏、基坑外水土向坑內流失等情況。

⑸監測頻率正常情況下每日1 次，在挖土及有數據超出報警或發生突變時，監測頻率加密。

5.3 基坑施工監測效果分析

⑴通過連續監測，我們發現在土方挖至第一道支撐前，基本上沒有位移（基坑水平變形位移及圍護體的水平位移），這說明一道內支撐及鉆孔灌注樁、水泥土攪拌樁的剛度是可行的。在挖到基坑底時有少量位移，到底板混凝土澆搗2周后，基本保持不變。位移方向基本面向基坑內，是正常的支撐體的壓縮變形所致。

⑵基坑外地下水位監測顯示，其水位變化范圍比較平穩，沒有明顯起伏情況，說明本圍護體的止水效果較好。

⑶本工程大致可分為3個階段，第一階段為挖土至第一道支撐前，對周圍沉降影響較小；第二階段為挖土至基礎底板混凝土澆筑前，通過監測發現，這個階段沉降變形較大，是挖土施工較危險的時期，因基坑底被動區土體經擾動等因素，土體界于塑性狀態，說明基坑不能暴露過長時間，應加快施工進度，澆筑底板混凝土；第三階段為底板混凝土澆搗的延續時間，約2周，監測發現沉降有少量發展，說明基坑后期有剩余變形。

表2 基坑圍護體系監測警戒值

通過監測，確保了整個基坑在施工過程中處于全方位全時段可控范圍中。在整個基坑施工過程中，未發現圍護體系滲漏水，坑內深井降水效果明顯，基本保持干燥狀態下操作，便于挖土作業順利進行。監測數據顯示，圍護結構頂部最大位移為28mm，基坑地下管線最大位移為8.8mm，建筑物底板最大水平位移為1.7mm，垂直位移3.1mm，均在設計要求之內，結果表明房屋整體不均勻沉降遠小于規范規定的限值，支護體系合理有效。

6 結語

大面積不規則基坑施工是一項技術難度較大，施工管理要求高的工程。本項目通過科學選型、設計，針對不同的施工工況及周邊環境因地制宜采用了不同的圍護形式，嚴格按規范要求施工，保證了超大型基坑圍護施工的順利進行，同時均衡主樓、地下車庫、地下行車廊等單體的地下工程施工，全程動態監控，保質保量地完成了基坑圍護施工，使周邊環境變形得到了有效控制，達到了經濟、高速、安全的預期效果，為同類項目的施工提供借鑒。