軟土地質(zhì)深大基坑分區(qū)施工控制技術(shù)

俞建強

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 概述

根據(jù)上海地區(qū)施工及監(jiān)測經(jīng)驗，當?shù)湫推拭娴幕訉挾扰c開挖深度的比值不小于5時，圍護結(jié)構(gòu)底部至坑底以下2.5倍開挖深度范圍內(nèi)將出現(xiàn)較為明顯的大規(guī)模土體位移場，坑內(nèi)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(qū)支護的設置原則

當對周邊環(huán)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(zhì)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(qū)支護。上海市靜安大中里綜合發(fā)展項目40#地塊內(nèi)含多棟塔樓，主塔樓多位于場地中心區(qū)域，周邊2條地鐵環(huán)繞，裙房4層，地下結(jié)構(gòu)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(xù)墻作為圍護結(jié)構(gòu)，采用分區(qū)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(jié)合工期進度要求，將基坑劃分成13個分區(qū)，最大分區(qū)面積為12 000 m2，鄰近地鐵的分區(qū)面積約為1 000 m2。

根據(jù)上海軟土地區(qū)施工經(jīng)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(qū)施工控制的理想狀態(tài)是將分坑寬深比控制在臨界值（即2.5）以下。

總結(jié)目前的基坑分區(qū)經(jīng)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(qū)面積不能太大。因此，深大基坑平面分區(qū)技術(shù)在工程實踐中一般按照面積進行分區(qū)控制（圖1）[3-5]：保護性狹長分區(qū)短邊不超過20 m，分區(qū)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(qū)面積控制在2 000～6 000 m2；大分區(qū)面積控制在約10 000 m2；特殊情況下大分區(qū)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(cè)均需設置保護性狹長分區(qū)，而緊鄰保護建筑物的深大基坑一側(cè)則應根據(jù)需要確定是否設置保護性分區(qū)，無需設置狹長小分區(qū)時一般宜采取中等分區(qū)。上述分區(qū)的面積可根據(jù)工程實際進行微調(diào)，調(diào)整幅度不宜超過1.3[6-7]。

3 深大基坑分區(qū)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 分區(qū)施工流程

基坑分區(qū)施工流程按照先大分區(qū)后小分區(qū)、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(qū)（圖2、圖3）施工流程如下：

圖1 深大基坑平面分區(qū)示意

圖2 背景工程基坑分區(qū)平面

圖3 分區(qū)施工現(xiàn)場

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

2）地鐵車站一期（北端頭井）±0.00 m以下結(jié)構(gòu)完成后，1-e1區(qū)開始挖土。1-e1區(qū)底板完成后，開挖1-e2區(qū)。

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

4）1-a、2-a、1-c、1-e1、1-e2各分區(qū)底板均完成后，開始開挖2-b區(qū)和1-b區(qū)基坑。1-c區(qū)挖土結(jié)束后開始1-d區(qū)基坑開挖。

5）1-b區(qū)、1-d區(qū)基坑底板完成且地鐵車站中間段結(jié)構(gòu)完成后，恢復西側(cè)市政道路交通，依次開挖3區(qū)。

3.2 基坑分區(qū)施工階段的土方開挖

根據(jù)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(qū)采用分塊盆式開挖，1-e1、1-e2區(qū)采用分塊逐條開挖）。

在順作分區(qū)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(jié)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(qū)域的支撐在土方開挖后30 h之內(nèi)形成。最后一層土方開挖則根據(jù)底板后澆帶劃分，先開挖周邊區(qū)域的土方并施工墊層，最后開挖中心區(qū)域并施工墊層。緊鄰地鐵側(cè)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(cè)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(qū)內(nèi)，第1層土方采用大開挖方式，第2～4道支撐結(jié)合設計分塊抽條開挖（圖4），并按照分塊寬度由中間向兩側(cè)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(qū)抽條開挖示意

在3區(qū)逆作施工時，每個分區(qū)根據(jù)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(qū)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(qū)開挖的場地布置優(yōu)化

在深大基坑分區(qū)開挖過程中，各分區(qū)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(yè)階段，對施工階段的場地布置提出了挑戰(zhàn)。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(qū)的次第施工而發(fā)生改變，特別是場內(nèi)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(nèi)交通受到場外的影響，其場地布置將綜合考慮內(nèi)外場通行順暢的要求進行優(yōu)化。

在基坑分區(qū)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(xié)調(diào)，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(nèi)有足夠的空地時，辦公區(qū)及工人宿舍等臨時設施多設置在該區(qū)域內(nèi)，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(qū)內(nèi)，待先開挖的分區(qū)上部結(jié)構(gòu)完成到一定階段后再搬至先開挖分區(qū)結(jié)構(gòu)內(nèi)，但應滿足防護要求。需要在場內(nèi)提供道路通行功能的深大基坑項目，道路區(qū)域宜設置分期墻單獨成區(qū)，且開挖時間應考慮場內(nèi)外交通的協(xié)調(diào)。

背景工程3區(qū)貫通整個基坑平面，其前期作為場地內(nèi)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(nèi)，3區(qū)端頭的1-e1及1-e2區(qū)的地下結(jié)構(gòu)此時已全部完成，其頂板可作為臨時生活設施主要布置區(qū)域。同時，通過增設出入口，充分利用中部2-a區(qū)已完成的地下室頂板和塔樓以及在開挖過程中陸續(xù)完成的1-a區(qū)、2-b區(qū)地下結(jié)構(gòu)頂板，作為材料堆場、辦公設施及車輛通行路線的布置區(qū)域。

4 結(jié)語

針對深大基坑工程分區(qū)施工中存在的分區(qū)規(guī)模劃分、分區(qū)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(huán)境深大基坑分區(qū)開挖綠色施工技術(shù)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(guān)鍵控制措施進行了介紹，合理的工序搭接、分區(qū)尺寸和分區(qū)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(jīng)濟性要求，確保各分坑交叉作業(yè)的順利實施。