復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工技術(shù)及控制

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海虹橋商務(wù)核心區(qū)（一期）06地塊由D17、D18和D19三個街坊組成，D17街坊規(guī)劃主功能為酒店、公寓和商務(wù)辦公；D19街坊主要為商業(yè)用地， D18街坊為地下已建虹橋交通樞紐的西交通廣場西延伸段，與D17、D19街坊構(gòu)成地下空間聯(lián)體、設(shè)置設(shè)備房和下沉式廣場，整個地塊形成集綜合性、多功能的商業(yè)、辦公、酒店、休閑為一體的商業(yè)區(qū)（圖1）。

圖1 工程概況

D17街坊北至蘇虹路，東臨申虹路及已建成西交通廣場下沉式停車場，西側(cè)為申長路，南側(cè)為舟虹路及D18街坊。基地占地面積約為29 570 m2，長約200 m，寬約150 m，平均開挖深度約為16.00 m，最大開挖深度為19.15 m。基地南側(cè)舟虹路及D18街坊下為已建成開通運(yùn)營軌交10號線、2號線（青浦段）等區(qū)間，其中，D17地塊的辦公樓離地鐵隧道地下連續(xù)墻距離僅為4.3 m。基地西側(cè)為申長路下方埋設(shè)有各類市政管線共18 根。整個基坑的施工階段對隧道水平變形和沉降等控制十分嚴(yán)格，施工過程對基坑及周邊環(huán)境的保護(hù)要求極高。

2 工程實施關(guān)注點

基于上述工程情況，得出本場地不僅緊鄰軌交線路和西交通廣場，而且因前期施工建（構(gòu)）筑物完成后填埋的大量雜填土、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等已成為本工程的障礙物，給本次施工帶來較大影響[1-4]，其主要關(guān)注點如下：

（a）D17東側(cè)為已經(jīng)建設(shè)完成西交通廣場，地塊擬建建筑物部分地下結(jié)構(gòu)將侵入原虹橋西交通廣場停車通道，尤其是原西交通廣場的圍護(hù)重力壩體、擋墻結(jié)構(gòu)、擋墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)樁、部分停車通道底板與擬建建筑地下結(jié)構(gòu)重合，本次完成后的結(jié)構(gòu)將和西交通廣場停車通道連通。

（b）原西交通廣場擋土墻與待建工程樁的影響：由于存在擋土斜向支撐及底板等構(gòu)筑物阻礙，擋土墻區(qū)域的待建工程樁，其施工方法與施工時機(jī)要充分考慮到與本工程的銜接，該區(qū)域內(nèi)的樁基需在拆除擋墻后進(jìn)行施工，部分樁如與原工程樁相碰（圖2），則需要拔樁處理。

（c）原西交通廣場基坑施工時配筋護(hù)坡及放坡回填物整個基坑重合的面積為16 800 m2，且本工程約20%的工程樁在重力壩放坡區(qū)域內(nèi)。重力壩的放坡上配筋護(hù)坡混凝土以及放坡回填時較多的建筑垃圾雜物對本工程樁基地下連續(xù)墻施工將產(chǎn)生極大影響。

圖2 原有擋土墻與本工程樁基的相互影響

（d）D17地塊的辦公樓基坑離地鐵隧道地下連續(xù)墻距離僅為4.3 m，基坑土方開挖后，對地鐵隧道的擾動將是圍繞基坑工程整個過程的關(guān)鍵所在。

3 基坑支護(hù)設(shè)計[5-8]

D17基坑平均開挖深度約為16.00 m，臨近地鐵隧道一側(cè)基坑圍護(hù)采用厚800 mm地下墻，插入比為1∶1。兩側(cè)Φ850 mm三軸攪拌樁槽壁加固；D17東側(cè)西交通廣場側(cè)，基坑在西交通廣場原有底板下開挖，考慮土體對西廣場結(jié)構(gòu)可能造成的影響，圍護(hù)采用Φ1 000 mm硬法咬合樁；D17其余側(cè)圍護(hù)采用厚800 mm地下連續(xù)墻，插入比為1∶0.9（圖3）。

圖3 基坑圍護(hù)設(shè)計

為減小開挖對軌交運(yùn)營的影響，整個基坑劃分為A區(qū)基坑（遠(yuǎn)地鐵隧道側(cè)）及B區(qū)基坑（近地鐵隧道側(cè)），A區(qū)采用厚800 mm地下連續(xù)墻劃分為A-1、A-2、A-3三個小基坑先期施工，B區(qū)同樣采用厚800 mm地下連續(xù)墻劃分為B-1、B-2、B-3三個小基坑后期施工。A區(qū)基坑設(shè)計采用3 道鋼筋混凝土支撐，B區(qū)基坑采用1 道混凝土支撐+3 道鋼支撐，鋼支撐采用自動軸力補(bǔ)償系統(tǒng)。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 土方開挖及支撐總流程

由于基坑占地面積較大，同時涉及地鐵保護(hù)區(qū)，根據(jù)施工進(jìn)度、施工階段基坑的穩(wěn)定性及周邊環(huán)境的保護(hù)要求，將基坑分為A區(qū)及B區(qū)，再細(xì)分為6 個獨立的小基坑分別進(jìn)行施工。基坑土方開挖及支撐施工共分 12 個施工階段（圖4）。

圖4 基坑分坑示意

（a）施工A區(qū)第1皮土方開挖及支撐施工；

（b）待第1道支撐達(dá)到強(qiáng)度后，施工A-2區(qū)域第2皮土方開挖及第2道支撐施工直至底板；

（c）待A-2區(qū)域底板養(yǎng)護(hù)完成后，同時施工A-1、A-3區(qū)第2皮土方及支撐施工，A-2區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)反筑；

（d）待A-1、A-3區(qū)第2道支撐達(dá)到強(qiáng)度后，同時施工A-1、A-3區(qū)第3皮土方及支撐施工；

（e）待A-1、A-3區(qū)第3道支撐形成強(qiáng)度后，開挖第4皮土方及底板施工，A-2區(qū)施工BM結(jié)構(gòu)板；

（f）施工A-1、A-3區(qū)底板，待A-2區(qū)BM結(jié)構(gòu)板達(dá)到強(qiáng)度后，開挖B-2區(qū)域第1皮土方及第1道混凝土支撐；

（g）A區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)反筑，B-2區(qū)域開挖第2～5皮土方及鋼支撐施工；

（h）A區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)反筑，B-2區(qū)施工底板并養(yǎng)護(hù)；

（i）待A-1、A-3區(qū)施工至BM板結(jié)構(gòu)及B-2區(qū)底板養(yǎng)護(hù)完成后，同時施工B-1、B-3區(qū)第3皮土方及支撐施工；

（j）施工B-1、B-3第4皮土方及鋼支撐；

（k）施工B-1、B-3第5皮土方及底板；

（l）B區(qū)結(jié)構(gòu)反筑，待施工至B0板后，拆除A區(qū)剩余棧橋，拆除中隔墻完成地下結(jié)構(gòu)。

4.2 土方分塊措施

按照設(shè)計流程，在限定的時間內(nèi)進(jìn)行土體開挖以及混凝土墊層的施工，以確保基坑的變形在規(guī)定的范圍之內(nèi)，避免因基坑的變形而威脅周邊建筑物、軌交運(yùn)營、管線的安全。以A 區(qū)為例，A-2區(qū)分塊如圖5所示，A-1、A-3區(qū)分塊如圖6所示。

4.3 A區(qū)土方施工措施

根據(jù)工況，A區(qū)基坑由A-2區(qū)最先進(jìn)行土方開始及支撐施工。A-1、A-3區(qū)待A-2區(qū)完成結(jié)構(gòu)底板澆筑及混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求75%強(qiáng)度后同步進(jìn)行土方開挖及支撐施工。A-1、A-3區(qū)在施工過程中必須做好聯(lián)動，基坑施工進(jìn)度不得超過1 層土方。

圖5 A-2區(qū)分塊示意

圖6 A-1、A-3區(qū)分塊示意

同時，A區(qū)3 個獨立小基坑的挖土施工過程，必須按“分層、分塊、錯位”工況流水作業(yè)，小基坑內(nèi)相鄰分塊不超過1 個流水工況，土體開挖必須按照“分層、分塊、限時”的原則進(jìn)行，嚴(yán)格確保日出土量2 500 m3。

土方開挖采取1∶1.5邊坡留土，由遠(yuǎn)軌交側(cè)向至B區(qū)側(cè)向退挖，以減少A區(qū)基坑施工時，對B區(qū)土體及隧道區(qū)間的影響。同時，為加快施工進(jìn)度，盡快形成支護(hù)體系，避免基坑在無支護(hù)的情況下暴露太久，A區(qū)混凝土支撐墊層由原C20細(xì)石混凝土墊層改為生石灰固化土體后鋪設(shè)竹笆，縮短墊層澆筑養(yǎng)護(hù)時間達(dá)到盡快形成支撐及縮短工期的效果。同時，對第2、3 道混凝土支撐采用提高混凝土標(biāo)高至C40來使得支撐混凝土盡快達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度。

4.4 B區(qū)土方施工措施

由于B區(qū)施工場地靠近軌交2號線區(qū)間段，故在開挖時考慮土體變化對地鐵隧道側(cè)的影響，采用4 道支撐體系，同時，為增加B區(qū)基坑的穩(wěn)定性，鋼支撐均在安裝完成后及時進(jìn)行軸力補(bǔ)償系統(tǒng)的軸力加設(shè)。考慮到B區(qū)結(jié)構(gòu)底板施工時間較長，可能導(dǎo)致地下連續(xù)墻側(cè)向位移形變量較大及對軌交運(yùn)營的影響較大，在結(jié)構(gòu)底板上側(cè)預(yù)留第5道鋼管支撐及軸力補(bǔ)償系統(tǒng)。

挖土采用順作法進(jìn)行施工，挖土施工按“分層、分塊、限時、錯位”工況流水作業(yè)。具體的土方施工方法同A區(qū)。

4.5 基坑施工特殊措施

4.5.1 扶壁柱施工

本工程自然地坪標(biāo)高為+4.50 mm（相對標(biāo)高，下同），第1道混凝土支撐墊層底標(biāo)高為+2.80 mm。第1道混凝土支撐施工前需完成第1皮土方開挖，挖深為2.50 m。由于該表層土為雜填土，對于該層土體開挖時正直秋冬雨季，在A區(qū)進(jìn)行第1道混凝土支撐施工時第1道支撐上部懸臂土體局部出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，存在塌方的險情。針對上述險情，經(jīng)與設(shè)計及時溝通，對第1道支撐上側(cè)懸臂土體采用扶壁柱進(jìn)行加固。同時，為避后續(xù)開挖過程中出現(xiàn)類似現(xiàn)象，在后續(xù)施工過程中，對首皮土方開挖時，采用了除進(jìn)行邊坡留土外還進(jìn)行跳浜開挖及扶壁柱加固等措施，有效提高了該層懸臂土體的穩(wěn)定性。

4.5.2 局部深坑加強(qiáng)措施

在B區(qū)基坑施工過程中，由于業(yè)主要求春節(jié)前夕完成最后一皮土方開挖（除塔樓范圍局部深坑外）并進(jìn)行大底板澆筑。但由于春節(jié)期間放假無勞動力，局部深坑區(qū)域長時間暴露，可能帶來深坑土體隆起和地下承壓水管涌等不可預(yù)計的風(fēng)險，經(jīng)分析后對局部深坑范圍除進(jìn)行首次臨時厚200 mm 的C20混凝土墊層澆搗后，在底板施工階段對該區(qū)域原墊層基礎(chǔ)上進(jìn)行Φ12 mm@200 mm雙層雙向鋼筋配筋厚300 mm的 C30混凝土墊層澆搗，鋼筋與非深坑區(qū)大底板鋼筋錨固形成臨時底板。然后在該臨時底板上壓重，待節(jié)后勞動力充足后再對該局部深坑進(jìn)行施工。通過上述方案，有效控制了局部深坑范圍的深坑土體隆起和地下承壓水管涌的現(xiàn)象。

5 實施效果

通過與設(shè)計作大量的前期溝通，本工程一直較為順利，成為虹橋商務(wù)區(qū)同期開工工程中第1個結(jié)構(gòu)封頂?shù)墓こ蹋O(shè)計與施工的結(jié)合以及過程中，信息化手段是保障基坑安全的重要手段和措施。工程監(jiān)測顯示，本工程基坑開挖階段非地鐵隧道側(cè)圍護(hù)墻累計最大水平位移22.40 mm，靠地鐵隧道側(cè)圍護(hù)累計最大水平位移15.90 mm。隧道區(qū)間及車站累計最大位移8.02 mm，基坑周邊管線最大沉降26.90 mm。在基坑實施過程中，成功地控制了地鐵車站及周邊管線的變形量，日變形量及累計變形量均在設(shè)計、監(jiān)護(hù)限度值的范圍內(nèi)。