復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化

上海名華工程建筑有限公司 上海 200442

1 工程概況

大華錦繡華城4-2-3地塊商業(yè)項(xiàng)目地處上海市浦東新區(qū)成山路以北、楊高南路以東、中汾涇以西。本項(xiàng)目由1幢14層辦公樓及3層商業(yè)裙樓組成，地下2層。基坑開(kāi)挖深度7.1～7.3 m，局部集水坑落深1.5 m，電梯井落深3.3 m。基坑開(kāi)挖面積9 916 m2，基坑周長(zhǎng)413 m。場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件從上往下依次為：①填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤黏土、⑤3-1粉質(zhì)黏土。

2 環(huán)境概況

1）周邊環(huán)境：東側(cè)地下室外墻至用地紅線距離為6.0～15.0 m，紅線外為中汾涇河，其駁岸至本工程地下室外墻為21.1～23.2 m；南側(cè)地下室外墻至用地紅線距離為7.1 m，紅線以南為成山路，該路下有多條市政管線存在，同時(shí)成山路下有規(guī)劃軌道交通13號(hào)線（在本工程完成后施工），其與地下室外墻距離為10 m；西側(cè)地下室外墻至用地紅線距離為8.9～9.6 m，紅線以西為楊高南路，本工程地下室外墻距離楊高南路道路紅線29.9 m；北側(cè)地下室外墻距離用地紅線20.2～25.2 m，紅線以北為4幢居民樓，居民樓為1993年建造的6層磚混結(jié)構(gòu)住宅，磚墻承重，樓屋面為鋼筋混凝土預(yù)制板，每層設(shè)圈梁，交接處均有構(gòu)造柱，基礎(chǔ)形式為混凝土條形基礎(chǔ)，居民樓距離本地下室外墻28.4 m。據(jù)房屋檢測(cè)報(bào)告，房屋平均向南傾斜0.1%，平均向東傾斜0.2%，房屋無(wú)明顯的不均勻沉降[1,2]。

2）周邊管線：場(chǎng)地南側(cè)成山路及西側(cè)楊高南路下埋設(shè)有給水、燃?xì)狻㈦娎|、通信等多條市政管線，管線距離本基坑14.7～30.6 m。

基坑周邊環(huán)境關(guān)系如圖1所示。

3 圍護(hù)設(shè)計(jì)

結(jié)合主體結(jié)構(gòu)及場(chǎng)地特點(diǎn)，在保證安全的前提下，圍護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)突出快（縮短工期）、省（節(jié)約造價(jià)）、易（方便施工）。根據(jù)周?chē)h(huán)境及開(kāi)挖深度的實(shí)際特點(diǎn)，本圍護(hù)選擇SMW工法+1道混凝土內(nèi)支撐的圍護(hù)體系。SMW工法樁采用φ850 mm@600 mm內(nèi)插700 mm×300 mm×13 mm×24 mm的H型鋼。為有效控制坑內(nèi)土體的深層變位，施工時(shí)在坑內(nèi)沿圍護(hù)樁及坑內(nèi)高差區(qū)設(shè)置攪拌樁加固暗墩[3-5]。

圖1 基體周邊環(huán)境布置示意

支撐布置如圖2所示。

圖2 基坑支撐布置平面示意

圍護(hù)設(shè)計(jì)剖面如圖3所示。

圖3 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)剖面示意

4 工程重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1）西側(cè)中汾涇河常年水位為+2.5 m，對(duì)基坑圍護(hù)的動(dòng)水壓力很大，極易造成圍護(hù)滲漏及坑底突涌。

2）南側(cè)成山路及其電纜、給水、燃?xì)饩嗷虞^近，受基坑的影響很大。

3）北側(cè)已建住宅為90年代老公房且為無(wú)樁基礎(chǔ)，目前房屋平均向南傾斜0.2%，向東傾斜0.1%。雖其距離本基坑較遠(yuǎn)，但過(guò)大的變形會(huì)導(dǎo)致房屋的開(kāi)裂。

5 施工控制要點(diǎn)

5.1 基坑圍護(hù)施工

1）三軸水泥土攪拌樁：據(jù)本現(xiàn)場(chǎng)地勘報(bào)告，鉆進(jìn)深度內(nèi)無(wú)砂層，對(duì)此成樁采用一噴一攪套接一孔法施工工藝，下沉、提升時(shí)均應(yīng)進(jìn)行噴漿。根據(jù)試樁，三軸攪拌樁的相關(guān)工藝參數(shù)為：水灰比1.8、注漿壓力0.8 MPa，成樁下沉速度0.8 m/min，上升速度1.5 m/min。

2）鉆孔灌注樁：鉆孔灌注樁采用GPS-10工程轉(zhuǎn)機(jī)正循環(huán)成孔，采取二次清孔措施。清孔后孔內(nèi)泥漿相對(duì)密度≤1.15，孔底沉渣不大于50 mm。水下灌注混凝土?xí)r安排專(zhuān)人進(jìn)行混凝土面標(biāo)高測(cè)量，以確保導(dǎo)管的埋入深度控制在2～6 m，保證水下混凝土的灌注質(zhì)量。

3）H型鋼插入：H型鋼插入應(yīng)在水泥土攪拌樁成樁后30 min內(nèi)施工，插入前應(yīng)涂抹減摩材料。為保證插入深度、位置符合設(shè)計(jì)要求，型鋼插入時(shí)采取牢固的定位導(dǎo)向架。埋設(shè)在壓頂圈梁中的H型鋼部分用油毛氈片和泡沫片包裹進(jìn)行隔離，以便H型鋼的拔除[6-8]。

5.2 基坑降排水

1）基坑降水：根據(jù)本基坑的深度，本工程采用真空深井降水的方式來(lái)降低淺層地下水、疏干坑內(nèi)土體，提高坑內(nèi)土體的側(cè)向抗力，方便挖掘機(jī)和工人在坑內(nèi)施工作業(yè)。基坑中布設(shè)44口深井降水，深井間距15.0 m×15.0 m，呈梅花形布置，以達(dá)到坑底以下0.5～1.0 m的降水要求。

2）基坑排水：基坑排水主要涉及雨季降水，對(duì)此在坑頂砌筑厚30 cm磚墻作為擋水圍堰，為保證圍護(hù)安全，墊層直接澆筑至圍護(hù)柱根部，圍護(hù)邊不進(jìn)行挖溝，坑內(nèi)積水主要通過(guò)基礎(chǔ)內(nèi)集水坑進(jìn)行抽排。

5.3 土方開(kāi)挖

在圍護(hù)墻和混凝土支撐養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且坑內(nèi)最高水位在開(kāi)挖面以下1.0 m后，方可進(jìn)行開(kāi)挖土方。土方開(kāi)挖分2個(gè)階段進(jìn)行，第一階段支撐以上土方直接采用退挖，第二階段支撐以下土方根據(jù)地下室后澆帶位置進(jìn)行分層、分塊開(kāi)挖。第二階段土方開(kāi)挖順序如圖4所示。

土方開(kāi)挖的具體要求有：

1）在開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)測(cè)量定位控制樁、軸線樁、水準(zhǔn)基樁，防止被挖土和動(dòng)土機(jī)械設(shè)備碰撞。

圖4 土方開(kāi)挖分塊示意（開(kāi)挖順序：①→⑦）

2）禁止挖土機(jī)直接從支撐上通過(guò)，必須跨越支撐時(shí)應(yīng)使用路基箱架空。支撐梁兩側(cè)覆土應(yīng)高于梁頂30 cm，再鋪路基箱以供挖機(jī)、土方運(yùn)輸車(chē)輛行走。

3）挖土機(jī)開(kāi)行中心對(duì)準(zhǔn)基槽的下口線，但應(yīng)根據(jù)具體土質(zhì)情況和操作形式適當(dāng)偏離。如果土質(zhì)較差，挖土機(jī)容易下陷，必須鋪路基箱。

4）挖機(jī)不得挖掘圍護(hù)樁、立柱及支撐，挖斗需與圍護(hù)樁、立柱及支撐保持不小于35 cm的間距，空隙間土方采用人工清除。

5）土方開(kāi)挖時(shí)分2層，每層不應(yīng)大于2.5 m，臺(tái)階式退挖，坑底留300 mm土方人工清除。待前次開(kāi)挖段基礎(chǔ)底板施工完成后，再進(jìn)行下次土方的開(kāi)挖。

6）臨近土方開(kāi)挖段放坡均實(shí)行1∶2二級(jí)放坡，以確保基坑土體安全。

7）開(kāi)挖最下一層土方時(shí)，隨挖隨澆墊層。無(wú)墊層坑底暴露面積不大于200 m2。在挖土完成后的24 h內(nèi)，墊層必須澆筑完成[9,10]。

5.4 支撐拆除及H型鋼拔除

型鋼拔除或支撐拆除的條件：地下負(fù)2層結(jié)構(gòu)全部完成且結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%。地下室外墻與圍護(hù)間采用砂澆水分層夯實(shí)回填換撐，地庫(kù)后澆帶間設(shè)置H型鋼，間距2 m的傳力構(gòu)件。

1）支撐拆除：鋼混凝土支撐拆除采用鎬頭機(jī)破碎拆除，支撐拆除在地下1層頂板混凝土完成后及換撐體系完成且達(dá)到強(qiáng)度后拆除。每臺(tái)鎬頭機(jī)下面鋪8根H型鋼，鎬頭機(jī)停在H型鋼上面進(jìn)行破碎，支撐混凝土破碎顆粒大小需嚴(yán)格控制，一般粒徑不應(yīng)大于400 mm。清渣采用小型鏟車(chē)，為保證樓板能承受小型鏟車(chē)的施工，樓板下的排架應(yīng)在支撐拆除后進(jìn)行。

2）H型鋼拆除：型鋼拔除首先采用液壓頂升架將型鋼提離至地面一定高度，再用汽車(chē)吊吊住型鋼整根拔除。型鋼拔除時(shí)，為避免對(duì)周邊建筑造成影響，應(yīng)采用跳二拔一的形式，逐步釋放土體應(yīng)力，且型鋼拔除后應(yīng)立即跟進(jìn)型鋼空隙的注漿施工，注漿水泥摻量不小于20%。

5.5 環(huán)境監(jiān)測(cè)

1）基坑監(jiān)測(cè)的內(nèi)容：圍護(hù)壩頂?shù)奈灰萍俺两怠o(hù)樁的測(cè)斜、支撐軸力、北側(cè)住宅樓的位移和沉降、周邊管線的位移和沉降以及坑內(nèi)外水位的觀測(cè)。

2）基坑開(kāi)挖期間一般每天觀測(cè)一次，當(dāng)觀測(cè)值相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，可適當(dāng)降低觀測(cè)頻率，地下車(chē)庫(kù)頂板澆筑完成至回填土期間每?jī)芍苡^測(cè)一次。當(dāng)出現(xiàn)基坑變形值達(dá)到報(bào)警指標(biāo)、觀測(cè)值變化速率加快、出現(xiàn)危險(xiǎn)事故征兆等3種情況的任意一種時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)。

6 施工效果及體會(huì)

在整個(gè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中，通過(guò)基坑四周觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，測(cè)得圍護(hù)的最大水平位移為20 mm，最大垂直沉降為9.7 mm，最大支撐軸力為8 370 kN（支撐拆除時(shí)），基坑外地下水位最大下降值為38 mm， 圍護(hù)墻體測(cè)斜的最大變形為38 mm，電力管線的最大累計(jì)沉降值為19.9 mm，最大累計(jì)位移為4 mm，鄰近號(hào)樓基礎(chǔ)的最大累計(jì)沉降值為7 mm。從以上數(shù)值可看出，本次圍護(hù)的施工達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

本基坑開(kāi)挖深度雖然不大，但其周邊環(huán)境較為復(fù)雜，對(duì)于此類(lèi)基坑，我們現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員需做好以下工作：首先，通過(guò)有效的措施控制SMW工法樁的施工質(zhì)量，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求的水泥摻入量及深度；其次，通過(guò)有效的降排水措施提高土體被動(dòng)土壓力；再者，合理安排土方開(kāi)挖方法，減少?lài)o(hù)變形；最后，通過(guò)基坑監(jiān)測(cè)工作，做到信息化管理，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)采取應(yīng)急措施[11]。