軟土地質深大基坑分區施工控制技術

俞建強

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 概述

根據上海地區施工及監測經驗，當典型剖面的基坑寬度與開挖深度的比值不小于5時，圍護結構底部至坑底以下2.5倍開挖深度范圍內將出現較為明顯的大規模土體位移場，坑內土體塑性隆起效應明顯，從而引起坑外地表沉降增大，且地表沉降影響范圍增大至3～4倍開挖深度[1-3]。對于特定的基坑工程而言，其開挖深度是一定的，只有通過改變其典型斷面的開挖寬度來控制基坑變形，而當基坑寬度不超過20 m時，采用對撐可有效地控制基坑變形。

2 深大基坑分區支護的設置原則

當對周邊環境的保護要求較高時，特別是在緊鄰地鐵等城市重要交通線的軟土地質深大基坑工程施工中，為達到基坑微變形控制要求，一般均采用設置分期墻的方法進行深大基坑分區支護。上海市靜安大中里綜合發展項目40#地塊內含多棟塔樓，主塔樓多位于場地中心區域，周邊2條地鐵環繞，裙房4層，地下結構面積較大。基坑開挖面積約53 000 m2，開挖深度15.60～23.50 m，整個地下室周邊采用厚1 m的地下連續墻作為圍護結構，采用分區開挖方式進行施工，考慮到基坑場地用地較緊張且周邊居民建筑距離基坑較近，對施工噪聲及揚塵等的控制要求較高，結合工期進度要求，將基坑劃分成13個分區，最大分區面積為12 000 m2，鄰近地鐵的分區面積約為1 000 m2。

根據上海軟土地區施工經驗，隨著深基坑開挖寬度B的擴大，深層土體對基坑開挖的敏感度增加，引起的地表沉降范圍逐漸擴展。在基坑寬深比不大于2.5時，深層土體的位移不明顯，基坑變形影響范圍及程度相對較小；在基坑寬深比在2.5～5.0之間時，深層土體移動的影響開始明顯；當基坑寬深比大于5.0時，深層土體的影響將非常大。可見，深大基坑分區施工控制的理想狀態是將分坑寬深比控制在臨界值（即2.5）以下。

總結目前的基坑分區經驗，在主變形影響剖面上的基坑寬深比滿足要求時，基坑的變形控制仍可達到較為理想的效果，但分區面積不能太大。因此，深大基坑平面分區技術在工程實踐中一般按照面積進行分區控制（圖1）[3-5]：保護性狹長分區短邊不超過20 m，分區面積控制在約1 000 m2，一般情況下也要求長邊不大于50 m；中等分區面積控制在2 000～6 000 m2；大分區面積控制在約10 000 m2；特殊情況下大分區面積可劃分到20 000 m2左右。一般緊鄰地鐵線路的深大基坑一側均需設置保護性狹長分區，而緊鄰保護建筑物的深大基坑一側則應根據需要確定是否設置保護性分區，無需設置狹長小分區時一般宜采取中等分區。上述分區的面積可根據工程實際進行微調，調整幅度不宜超過1.3[6-7]。

3 深大基坑分區施工關鍵技術

3.1 分區施工流程

基坑分區施工流程按照先大分區后小分區、先順作后逆作、對稱間隔開挖的原則進行。綜合考慮工期、安全等要求，背景工程分區（圖2、圖3）施工流程如下：

圖1 深大基坑平面分區示意

圖2 背景工程基坑分區平面

圖3 分區施工現場

1）考慮地鐵車站（軌道交通13號線南京西路站）竣工節點，車站基坑分區先行開挖。地鐵車站一期B2層板完成后，開挖2-a區及地鐵車站二期。

2）地鐵車站一期（北端頭井）±0.00 m以下結構完成后，1-e1區開始挖土。1-e1區底板完成后，開挖1-e2區。

3）車站二期B2層完成，且2-a區底板完成后再整體開挖施工1-a區與車站三期基坑，同時1-c區開始挖土。

4）1-a、2-a、1-c、1-e1、1-e2各分區底板均完成后，開始開挖2-b區和1-b區基坑。1-c區挖土結束后開始1-d區基坑開挖。

5）1-b區、1-d區基坑底板完成且地鐵車站中間段結構完成后，恢復西側市政道路交通，依次開挖3區。

3.2 基坑分區施工階段的土方開挖

根據圍護支撐情況，各基坑遵循“分層、分塊、盡早形成支撐或底板”的原則，將各基坑每層土方分成若干塊按次序進行開挖（其中1-a、1-b、1-c、1-d、2-a、2-b、3、4區采用分塊盆式開挖，1-e1、1-e2區采用分塊逐條開挖）。

在順作分區中，第1層土方采用大開挖，一般分成5塊左右進行開挖；對應中間層土方采用盆式開挖結合設計分塊的方式挖至相應的支撐底標高，先施工中部的對撐，再分塊依次開挖基坑周邊土方，每塊土方開挖后及時澆筑支撐，完成與先施工支撐的對接受力，確保基坑周邊每一開挖區域的支撐在土方開挖后30 h之內形成。最后一層土方開挖則根據底板后澆帶劃分，先開挖周邊區域的土方并施工墊層，最后開挖中心區域并施工墊層。緊鄰地鐵側的土方坡頂大于20 m，坡底大于30 m，高寬比小于1∶2，其余側的邊坡土方坡頂大于15 m，坡底大于23 m，高寬比小于1∶2。

在緊鄰地鐵的1-e1和1-e2保護性小分區內，第1層土方采用大開挖方式，第2～4道支撐結合設計分塊抽條開挖（圖4），并按照分塊寬度由中間向兩側對稱開挖至相應支撐底標高，按設計圖紙每開挖一分塊即可澆筑1道對撐；因基坑面積不大，待挖至坑底后隨即澆筑墊層，基坑底板須一次性澆筑完成。

圖4 保護性分區抽條開挖示意

在3區逆作施工時，每個分區根據出土口留設及挖土順序加以細化分塊，挖土分塊大小配合臨時封堵墻切割拆除工作量，除3-4區外，分塊面積基本控制在500～600 m2；全部土方分層均采用盆式開挖。

3.3 基于分區開挖的場地布置優化

在深大基坑分區開挖過程中，各分區開挖順序不同，也可能采用不同的工藝，在平面上又存在交叉作業階段，對施工階段的場地布置提出了挑戰。對小基坑而言，其場地布置在整個基坑開挖階段變化不大，但對于深大基坑工程而言，其場地布置將隨著基坑分區的次第施工而發生改變，特別是場內施工道路的變動將非常大。當基坑施工有可能影響鄰近城市干線交通時，場內交通受到場外的影響，其場地布置將綜合考慮內外場通行順暢的要求進行優化。

在基坑分區采用順作工藝時，各順作基坑的棧橋布置應與施工流程相互協調，如需利用回筑階段的地下室頂板作為行車道路，則棧橋拆除工序應滿足地下室頂板完成前的通行需要。當場地內有足夠的空地時，辦公區及工人宿舍等臨時設施多設置在該區域內，但應滿足坑邊堆載限值要求；當場地無足夠空間時，臨時設施可設置在最后開挖的較大基坑分區內，待先開挖的分區上部結構完成到一定階段后再搬至先開挖分區結構內，但應滿足防護要求。需要在場內提供道路通行功能的深大基坑項目，道路區域宜設置分期墻單獨成區，且開挖時間應考慮場內外交通的協調。

背景工程3區貫通整個基坑平面，其前期作為場地內的重要交通干道，在正式施工時則充分利用已形成的地下室頂板進行場地布置：在整個項目場地內，3區端頭的1-e1及1-e2區的地下結構此時已全部完成，其頂板可作為臨時生活設施主要布置區域。同時，通過增設出入口，充分利用中部2-a區已完成的地下室頂板和塔樓以及在開挖過程中陸續完成的1-a區、2-b區地下結構頂板，作為材料堆場、辦公設施及車輛通行路線的布置區域。

4 結語

針對深大基坑工程分區施工中存在的分區規模劃分、分區施工順序確定及復雜場布安排等問題，本文對緊鄰城市交通線的復雜環境深大基坑分區開挖綠色施工技術進行研究，依托背景工程深大基坑的工程示范，對分坑施工關鍵控制措施進行了介紹，合理的工序搭接、分區尺寸和分區施工順序可有效滿足眾多分坑條件下基坑施工的安全性和經濟性要求，確保各分坑交叉作業的順利實施。