復雜環境條件下深基坑采用多種支護形式的施工技術

上海海怡建設（集團）有限公司 上海 201203

1 工程概況

上海德威英國國際學校配套服務中心工程位于上海市浦東新區金橋出口加工區S8地塊，學校場地北側，東鄰藍桉路，北鄰碧云路，為地下2層（游泳池區域雙層設計）、地上2層的綜合配套建筑，淺基坑（室外下沉式走道）面積96 m2、挖土深度5.3 m，深基坑南北長約66.5 m、東西寬約33.5 m、面積2 154 m2、挖土深度12.1 m，基坑安全等級和環境保護等級均為二級。

根據地勘報告，該工程的土層在擬建場地地基土45 m深度范圍內主要由回填土、淤泥質黏性土以及砂性土、粉性土組成。

2 基坑周邊環境情況

該工程場地周邊環境情況比較復雜，具體如下：

1）基坑東側基坑邊線與道路紅線最近距離19.2 m。紅線以外緊鄰藍桉路，道路下管線較多，有信息、給水、市話、雨水管、污水管、燃氣，距離基坑邊線分別為13.8 m、15.8 m、18 m、20.2 m、22.6 m、24.6 m。

2）基坑東側還有110 kV高壓架空線經過，基坑邊線與高壓線距離約為11 m（圍護外邊線距離高壓線約10.2 m），高壓線最低點距離地面18 m；

3）基坑東北角處有1棟1層（局部2層）磚混結構的牙科醫院，基礎形式為無樁的條形基礎，基坑邊線與牙科醫院的距離為5.4～27.7 m。

4）基坑東北角2.9 m處有1根架空通信線桿，基坑東北角7.4 m處有1根架空高壓電線桿，另1根架空高壓電線桿位于基坑東南角12.6 m處。

綜合前述可見，該工程周邊環境較為復雜，東側環境保護要求較高，有較多市政地下管線，尤其是東北角距離較近的牙科醫院，其磚混結構對沉降和變形控制要求較嚴格。再加上通信、高壓電線桿及高壓線距離基坑較近，若施工不當極易引起房屋開裂、傾斜，甚至造成高壓線桿傾斜、高壓線路受損等嚴重安全問題。因此房屋、地下管線、電線桿、高壓線是重點監測和保護的對象[1]。

3 基坑圍護設計及調整

該工程招投標階段的原圍護設計采用1排鉆孔灌注樁+1排三軸攪拌樁+2道水平混凝土支撐的圍護體系，在坑內沿圍護樁局部設置水泥攪拌樁加固暗墩。該方案東側的三軸攪拌樁機在施工過程中距離高壓線水平距離小于10 m，其保護距離不足，東北角淺基坑未考慮圍護，原東側外挑的地下結構（在高壓線的10 m保護范圍內）無法二次圍護、開挖施工。

故經過與建筑及圍護設計單位協商后，對建筑和圍護設計的方案進行了調整，減少了東側地下結構外挑的長度，確定了以下基坑圍護設計方案（圖1）：

1）深基坑東側采用厚800 mm、深24.8 m的地下連續墻，地下連續墻與地下結構外挑的外墻兩墻合一，地下連續墻外邊線與高壓線水平距離為10.2 m，既滿足高壓線的保護要求，也滿足了地下結構外挑部位的圍護和開挖施工要求。

2）圍護結構的西、南、北3側仍采用鉆孔灌注樁擋土，樁徑為950 mm和1 000 mm兩種，樁間凈距為200 mm，有效樁長分別為22.9 m、24.4 m。

3）鉆孔灌注樁外側采用單排φ850 mm@1 200 mm三軸攪拌樁作為止水帷幕，有效樁長25.0 m，采用P.O 42.5水泥，水泥摻入量20%。

4）深基坑內沿圍護樁局部設置雙軸水泥土攪拌樁加固暗墩，加固暗墩寬5.2 m，有效深度7.5 m，采用P.O 42.5水泥，水泥摻量13%。

5）地下連續墻接頭外側、地下連續墻與圍護樁、雙軸攪拌樁之間均采用φ800 mm@500 mm高壓旋噴樁進行止水加固，有效樁長25 m。

6）圍護樁間采用壓密注漿@1 150 mm進行止水加固，有效長度分別為11.7 m和13.9 m。

7）考慮到淺基坑的圍護要求，淺基坑部位采用雙軸水泥土攪拌樁φ700 mm@1 000 mm，寬4.7 m，水泥摻量13%，樁長13 m。

8）基坑降水采用深井降水，基坑內設疏干井11口，基坑內另設承壓水觀測及備用井2口，基坑外設觀測井2口。

經過調整后的圍護設計和依據調整后圍護設計編制的施工方案順利通過了專家評審[2,3]。

圖1 調整后的基坑圍護設計方案平面示意

4 基坑施工對周邊環境、建筑的保護措施

4.1 東北角牙科醫院的保護措施

為了將圍護和土方開挖施工對東北角牙科醫院的影響降低到最小，采用注漿的方法作為對該建筑物的附加保護措施。具體要求為：注漿管距離牙科醫院基礎邊外1.5 m處布置，每1.5 m布置1組，每組3根，間距500 mm，角度15°，埋深分別為12 m、11 m、10 m（圖2）；采用雙液注漿，配比（體積比）為：A液∶B液=1∶0.5，采用2個注漿泵同時向1根注漿管注漿，A液水泥漿的水灰比為0.8，B液水玻璃質量密度為1.26 t/m3，速凝時間控制在60～120 s，注漿壓力為0.5 MPa。

圖2 牙科醫院處注漿施工平面布置示意

4.2 高壓線桿、高壓線的保護要求

為保護基坑周圍3根架空線桿，在圍護施工和土方工程施工過程中，采用25 mm2鋼絲繩四向拉固，并用混凝土加固錨固處，以防止架空線桿傾斜或倒塌，同時在施工過程中落實專人進行監護。

4.3 降低地下連續墻成槽階段對環境的影響

在地下連續墻成槽施工時，避免槽壁塌方是減少周邊地表位移、沉陷的關鍵，施工中采取了以下控制措施：

1）在地下連續墻成槽前，應先做導墻。導墻質量的好壞直接影響地下連續墻的軸線和標高。導墻是成槽設備的導向，也是存儲泥漿穩定液位、維護上部土體穩定、防止土體坍落的重要措施。導墻和導墻邊的施工道路均采用現澆鋼筋混凝土結構，導墻深度大于1.8 m；道路混凝土厚250 mm。成槽機、履帶吊、混凝土攪拌車等大型車輛施工時應該在槽段邊鋪設路基箱板進行保護，并嚴禁在槽段邊堆料、堆物。

2）選用優質泥漿。為了增加泥漿護壁能力和懸浮沉渣能力，降低沉渣厚度，并保證槽壁穩定，避免頸縮現象，需要配制和使用優質泥漿。

3）對槽段進行合理的分幅及開挖順序安排是控制槽壁穩定的重要因素，開挖時槽段寬度控制在4～6 m，多幅槽段處應按先兩邊后中間的順序施工，抓斗出入導墻口時要輕放慢提，防止泥漿掀起波浪，影響導墻下面、后面的土層穩定。抓斗入槽、出槽應慢速、穩當，單元槽段成槽完畢或暫停作業時，即令成槽機離開作業槽段[4]。

4.4 保證基坑內被動區土體的加固質量

加固坑內被動區土體可改善了支護樁的受力條件，不僅減少了樁身的內力和樁身水平位移，還提高了坑底土體的穩定性，防止坑底的隆起和管涌。雙軸攪拌樁暗墩加固的施工質量控制措施有：

1）控制漿液配比，做到掛牌施工，并配有專職人員負責管理漿液配置，采用P.O 42.5水泥，水灰比為0.50；

2）嚴格控制鉆頭提升及下沉速度，鉆頭提升速度不大于0.5 m/min，鉆頭每轉一圈的提升量以1.0～1.5 cm為宜；

3）為了使土體充分攪拌、充分破碎，破壞原狀土的結構，使之便于與水泥均勻攪拌，必須嚴格按照“二噴三攪”的工藝實施；

4）在成樁28 d后采用抽芯取樣檢測，可反映出該攪拌樁整體噴漿均勻情況，樁身的長度、強度和完整性。抽芯取樣的數量為總樁數的1.0%，且不少于3根。

4.5 土方開挖的施工順序和要求

深基坑部位開挖以每道支撐為分界線，故本工程基坑分3層開挖，第1次開挖至第1道混凝土支撐底，挖土深度為1.9 m；第2次開挖至第2道混凝土支撐面標高，挖土深度為5.0 m；第3次開挖至基礎墊層底標高，挖土深度為5.2 m。由于基坑面積不大，所以每次開挖均采用從基坑中間向兩頭分層開挖的挖土方式，當第3次開挖至基坑底時，加快了開挖和基礎底板施工速度，以及時形成坑底支撐，控制圍護結構的位移。

淺基坑（室外下沉式走道）在深基坑范圍出±0.00 mm、地下室外墻防水施工完畢后，在淺基坑范圍內先卸土1.5～2.0 m。由于淺基坑周邊圍護體系早已經完成且基坑面積較小，在采用輕型井點進行降水、疏干潛水后，迅速分層開挖至基底，并及時完成基礎施工。

基坑開挖、支撐及墊層施工時遵循“分層、對稱、限時、先撐后挖”的總原則進行，利用時空效應原理，盡量減少基坑無支撐的暴露時間，嚴格控制基坑變形。

5 加強監測管理

5.1 監測內容

本工程監測內容有：圍護樁頂垂直度及水平位移；樁身的變形（測斜）；地表變形；地下管線的水平位移及沉降；鄰近建筑物的沉降；坑內外地下水位；立柱的水平及垂直位移；支撐軸力的監測；周邊環境監測點應在圍護結構施工前布設完畢（圖3），并留有初始監測數據，監測報警值見表1。

表1 監測報警值

5.2 監測結論及分析

圖3 基坑監測點布置示意

經過監測，各測點的實測值均在可控范圍內，其中圍護墻頂部的垂直沉降和水平位移累計最大值均發生在東側的Q2點，最大垂直沉降為17.7 mm，最大水平位移為7 mm；東北側牙科醫院最大沉降為12.9 mm（F3點）；高壓電線桿最大沉降為6 mm（D2點）；第1道支撐內力最大為4 257 kN、第2道支撐內力最大為6 502 kN；在土方開挖期間，東、西兩側的圍護體變形偏大，圍護墻深層水平位移最大值東側的CX1為37.69 mm、西側的CX3為35.35 mm，超過了警戒值范圍。這和基坑的形狀有關，超過警戒值的2處都是基坑長邊方向的中部，受力比較集中，而且深基坑開挖的土體應力釋放較為集中，造成圍護變形的影響比較大。隨著圍護體變形后應力逐步釋放，基礎底板傳力帶的形成后，基坑和圍護的變形趨于穩定，說明圍護體系在整個施工過程中比較穩定[5]。

6 結語

對于建筑物地下結構設計有一定難度、且周邊環境較為復雜的基坑工程，施工單位宜在方案設計階段即參與設計方案的比選和調整，提早對施工難點進行分析和解決，并取得設計單位的理解和建設單位的認可。在施工過程中落實各項保護措施，并強化信息化施工、動態管理，就能夠將深基坑施工風險有效地控制在預定范圍內。