緊鄰河道等復雜環境條件下的深基坑施工變形控制技術

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

1 工程概況

1.1 項目概況

背景工程由A、B兩棟塔樓及裙房組成，A樓建筑高度103.80 m，B樓建筑高度95.80 m，裙房17.50 m，框架-核心筒結構，用地面積16 897 m2。地上23層，地下2層，總建筑面積88 082 m2，其中地下建筑面積24 618 m2（圖1）。

圖1 項目效果圖

基坑開挖面略呈△形，開挖面積約為13 250 m2，基坑開挖深度為9.4 m。基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁擋土、三軸水泥土攪拌樁止水、設置2道混凝土支撐的支護形式。基坑工程安全等級為二級。

1.2 工程地質水文概況

本工程場地與基坑開挖相關的地層從地面往下依次為：①1層雜填土（厚約1.5 m）、①2層灰黑色淤泥、②層粉質黏土層（厚約2 m）、③層淤泥質粉質黏土層（厚約1 m）、③t層黏質粉土（厚約4 m）、⑤層灰色黏土（厚約14 m）、⑥層草色粉質黏土（厚約2.5 m）。

根據巖土工程勘察報告，影響本工程基坑的地下水類型主要為潛水。潛水位埋深一般在地表面下0.3～1.5 m，常年平均地下水埋深0.5～0.7 m。淺部土層的地下水為孔隙潛水，基坑坑底下部為較厚的黏土層，深部的⑦層粉砂層承壓水與對本基坑基本沒有影響。

1.3 周邊環境情況

基坑東側為二號河，北側為蔣家浜，河岸距用地紅線13.5 m。南側為莘磚公路，下有大量地下管線，管線距紅線3.12 m。西側有新鋪設電力線，距地下室外邊線為7.8 m（圖2）。

圖2 工程周邊環境示意

2 圍護結構體系設計

綜合考慮工程基坑概況和環境因素，本工程基坑采用鉆孔灌注樁和2道鋼筋混凝土支撐進行支護，采用三軸攪拌樁進行止水[1,2]。

較淺基坑處采用φ750 mm@950 mm鉆孔灌注樁作為圍護擋土結構，主樓深坑處采用φ850 mm@1 050 mm的鉆孔灌注樁作為圍護擋土結構。并采用3φ850 mm@1 200 mm，深度為16 m，水泥摻量20%的三軸攪拌樁作為止水帷幕。

工程支撐立柱基礎采用鉆孔灌注樁，樁徑800 mm，樁長27.1 m，立柱采用480 mm×480 mm鋼格構，主受力構件為4根140 mm×14 mm等邊角鋼，立柱插入鉆孔樁2.5 m，部分立柱利用工程樁作為基礎。

3 基坑變形控制的重點、難點

1）本工程基坑開挖深度影響范圍內，主要為流塑的淤泥質粉質黏土和具有一定滲透性的③t層黏質粉土層，土體工程力學性質較差，靈敏度較高，且工程緊鄰河道，在外力及水動力作用下，易產生流沙和土體變形；控制先期三軸攪拌樁質量，保證基礎穩定性及止水、土體加固效果是基坑施工的重點[3]。

2）本工程基坑面積較大，且呈不規則形狀，合理地進行分塊挖土，減少基坑暴露時間，盡快形成有效的支撐體系是控制基坑變形的重點[4]。

3）本工程場地較狹小，深基坑施工過程中，材料的堆放及重型機械、車輛的行走產生的荷載將會引起基坑變形。控制施工過程中基坑邊的荷載是基坑變形控制的關鍵點之一[5]。

4）基坑土方開挖至設計標高后，部分區域開始進行底板施工，另有部分區域則開始進行坑中坑施工，此時坑內工序多、設備雜、施工作業人員多、時間周期長，因此，合理規劃安排這一階段的工序搭接，實現底板的快速澆筑成型，是基坑變形控制的關鍵[6]。

4 基坑變形控制技術措施

4.1 支撐優化設計

本工程占地面積較小，為了避免基坑周邊材料堆放超重、大型機械、車輛行走時產生過大荷載引起較大的基坑變形，對棧橋布置進行了優化，利用棧橋作為材料堆場和重型車通道。優化后的棧橋垂直交叉，平面呈倒T形，連通工地西、南2個出入口。土方空車由南門進入，裝載土方后由西門運出；材料運輸車輛由西門進入，材料卸運后由南門出去，避免過大的施工荷載導致基坑南側圍護、管線產生較大變形（圖3）。

圖3 棧橋優化設置示意

4.2 基坑降水控制

根據地質報告顯示，本工程基坑施工不涉及承壓水問題。綜合考慮降水要求及環境問題，項目施工過程中以疏干井降水為主。本工程設置的疏干井深度均為15 m，局部深坑處降水井深度為18 m。疏干井降水面積控制在單井200 m2，共布置真空井65口。

本工程開挖至-6.0 m時，由于下層土滲透性差，深井降水難以保證降水效果，故臨時增設輕型井點對基坑內進行降水，共布置14套輕型井點，間距為10 m，同時設置 5口深15 m觀測井，用以觀測基坑地下水位情況。

本著綠色環保的原則，基坑施工期間嚴格實行按需降水，嚴禁超降水，基坑土方開挖過程中共降潛水2 786 m3，從根本上確保了周邊環境的可控。

4.3 土方開挖施工

為有效控制基坑變形及周邊環境安全，本工程挖土措施為：優化棧橋、增加挖土平臺、合理留置邊坡土坡、提高角撐區域混凝土強度等級、縮短技術等待時間，從而盡最大可能加快出土速度。

整個基坑分為4個區域依次開挖，先中后邊，分層、分塊施工，充分利用時空效應，最大限度減小基坑及周邊環境變形（圖4）。

考慮到本工程基坑南側管線較多，且南側圍護跨度較大，對土體開挖時產生的應力釋放抵抗力較差。因此，土方開挖時采取從中間向南北兩側同時推進、優先形成南北向對撐的措施，減小基坑南側的延長面，從而控制南側圍護變形。

圖4 土方開挖分區示意

同時利用南北對撐將基坑分割為東、西2個相對獨立的小基坑，獨立進行施工作業，增加了作業面和作業空間。土方開挖時采用二級放坡，放坡比例1∶2，平臺寬度不小于5 m（圖5、圖6）。

圖5 土方開挖工況（一）

圖6 土方開挖工況（二）

4.4 加厚配筋墊層作為臨時支撐

從第3層土方開挖至混凝土底板施工完成，基坑已開挖至設計標高，此時土體壓力導致圍護結構的變形也達到最大，為了最大程度上減小此階段基坑的變形，施工中加大了墊層厚度，并在墊層中增加配筋（墊層厚度由原設計100 mm改為300 mm，沿基坑5 m范圍內配φ10 mm@100 mm雙層雙向鋼筋），在混凝土內摻入早強劑，利用墊層作為底板施工階段圍護結構底部的臨時支撐，抵抗底板施工階段圍護結構的變形。

4.5 減小水土壓力

本工程緊鄰河道，且土質條件相對較差，水土壓力的大小對于基坑的穩定性的強弱起著至關重要的作用。本工程采取對周邊道路開裂處進行壓密注漿封堵的措施，防止地面水滲入土體內，增加坑外水土壓力。同時在土方開挖至設計標高后及時設置排水溝及集水井，利用抽水泵將基坑內的明水排出，防止土體被浸泡，降低土體自身抗變形能力。

針對基坑東側和西側緊鄰河流的情況，采用鋼板樁（28#槽鋼，L=9 m）作為東、西兩側圍護結構，同時利用φ700 mm@500 mm雙軸攪拌樁進行土體加固，降低河道對基坑的影響。

5 基坑變形監測

由于本工程基坑周邊環境較為復雜，因此，在施工過程中，沿支護結構每20～25 m布設水平位移觀測點和墻體測斜位移監測點，在基坑周邊道路及管線處每20 m布設沉降觀測點，同時在基坑支撐內布設軸力監測和立柱沉降監測，從而確保周邊環境及基坑的變形、沉降始終處于安全可控的范圍內。

整個施工過程中，監測數據顯示圍護樁傾斜最大值為26 mm，墻頂水平位移為19.5 mm，管線下沉最大值為10 mm，立柱樁沉降為17 mm，均小于設計報警值，基坑開挖施工一直處于安全可控的情況之下，并未對周邊環境造成比較大的影響。

6 結語

本工程在緊鄰河道、周邊管線較多、土質較差的條件下進行了深基坑施工，通過優化支撐棧橋設置、選擇合理的挖土工況、提高局部支撐的混凝土強度等級、利用加厚配筋混凝土墊層作為底板施工階段圍護的臨時支撐、加強監測等技術措施，有效地控制了施工過程中的基坑變形，確保了基坑施工一直處于安全可控的情況之下，也為以后類似工程的施工提供了成功的借鑒[7,8]。