緊鄰地鐵修復段的L形深基坑設計優化及施工技術研究

鮑 旺 雷 克 王莉鋒 周 鋒 黎良青 孫 鑫 王俊佚

1. 中國建筑第八工程局有限公司 上海 201204；2. 上海市建設工程安全質量監督總站 上海 200120

1 工程概況

1.1 基坑概況

背景工程位于上海市黃浦區，為L形基坑，基地面積約9 200 m2，基坑開挖面積約8 200 m2，普遍挖深11.5 m（12.1 m）。基坑圍護體系采用“三軸水泥攪拌樁槽壁加固＋地下連續墻＋3道鋼筋混凝土支撐”，鉆孔灌注樁筏板基礎。基坑周邊環境復雜，緊鄰軌道交通4號線修復段、南浦大橋引橋及歷史保護建筑（圖1）。

圖1 基坑周邊環境示意

1.2 環境概況

軌交4號線位于基坑東側，其中區間隧道頂埋深22.3～28.6 m，距離擬建工程地塊地下室最近為34 m。修復段區間位于區間隧道北側，結構頂埋深約28.1 m，隧道上部為4層結構，層高自上而下分別為4.0、3.7、5.8、7.4 m，結構板厚0.5～1.2 m。修復段區間隧道頂板厚1.2 m，層高5.715 m，底板厚1.3 m，采用超深地下連續墻明挖法，坑深約37 m，地下連續墻深65 m、厚1 200 mm。

南浦大橋引橋位于基坑東側，軌道交通4號線與擬建工程地下室之間由引道和引橋組成，引道寬9.55 m，沿線長度約為80.0 m。引道兩側采用鋼筋混凝土L形擋墻，墻背填土。擋墻壓頂線的絕對高程由北向南自＋4.34 m逐漸升高至＋7.10 m。引橋寬9.55 m，沿線長度約為200 m，主要在C地塊東側區域。引橋采用承臺樁基礎，承臺下布設10～12根鋼筋混凝土樁，樁截面尺寸為400 mm×500 mm，樁長均為30 m。此區段橋面中心標高由＋7.25 m逐漸升高至＋13.00 m。上海市歷史保護建筑——商船會館位于基坑北側，距離擬建工程地塊地下室19～29 m。

2 設計優化

2.1 棧橋布置設計優化

因基坑距用地紅線較近，且距保護建筑近，現場無法形成環路。為保證現場交通及施工秩序，土方及支撐施工均連續進行。根據基坑及圍護設計概況，對棧橋進行優化布置，按照原圍護設計棧橋荷載增設一部分棧橋作為施工道路、取土碼頭及材料加工場，避免在土方施工或支撐混凝土澆筑時作為主要交通路線的棧橋堵塞（圖2）。

2.2 中隔墻設計優化

圖2 棧橋布置設計優化

因基坑靠近軌交4號線區間隧道及修復段，根據地鐵公司審查意見，在L形基坑轉角部位增設中隔墻（圖3）。為減少基坑暴露時間，最大限度降低基坑施工對地鐵隧道變形的影響，經與圍護設計及地鐵公司探討，將增設中隔墻改為素混凝土，隨挖隨鑿。

圖3 基坑地下連續墻槽段平面布置

近地鐵基坑施工對地鐵隧道有一定的影響，一般主要體現為隧道的水平位移與向下的豎直位移，且一般豎向位移遠大于水平位移[1]。

中隔墻的增加將基坑分為相對獨立的2個基坑，基坑開挖施工時可以在相對獨立的2個基坑內同時按照“盆式開挖”原則施工。中隔墻改為素混凝土減少了中隔墻鑿除時間，縮短了鋼筋混凝土支撐形成的時間，可以有效地控制基坑圍護體系的變形，進而降低軌交4號線隧道的豎向位移，保證施工安全。

2.3 塔吊布置優化

基坑南側為已有高層建筑，東側鄰近南浦大橋引橋，塔吊布置時需盡量減少盲區，可供塔吊布置位置較少。按照常規使用“鉆孔灌注樁＋格構柱＋鋼筋混凝土承臺”作為塔吊基礎，不僅造價較大，后期拆除危險性較大，而且格構柱穿結構樓板，后期封堵也存在滲漏隱患。

根據基坑周邊環境及經過計算驗算，將塔吊基礎放置于單幅地下連續墻上，為防止地下連續墻差異沉降引起塔吊基礎不均勻沉降，塔吊基礎不得橫跨地下連續墻的2個槽段，塔吊中心、塔吊基礎中心與地下連續墻幾何中心重合。施工塔吊基礎時，將位于塔吊基礎內的第1道支撐圍檁與塔吊基礎處鋼筋混凝土支撐梁一并施工（圖4）。

2.4 坑內加固優化

基坑采用三軸水泥攪拌樁進行裙邊加固，高壓旋噴樁進行局部深坑加固。先后施工的三軸水泥攪拌樁槽壁加固與三軸水泥攪拌樁基坑裙邊加固采用φ1 000 mm高壓旋噴樁進行咬合（圖5）。

圖4 塔吊平面布置及塔吊基礎剖面

圖5 坑內加固優化

考慮基坑施工工期要求及三軸水泥攪拌樁本身的擠土效應較小，三軸水泥攪拌樁槽壁加固與三軸水泥攪拌樁坑內裙邊加固同時施工，且三軸水泥攪拌樁槽壁加固與坑內裙邊加固搭接施工，以提高施工工效。

3 施工控制技術

3.1 古建筑托換加固施工

基坑鄰近結構損壞嚴重的商船會館，為盡量減小基坑變形對商船會館的影響，在基坑圍護施工前即對商船會館進行托換加固。商船會館周邊施工φ700 mm@900 mm鉆孔灌注樁隔離樁，樁長25 m，進入⑥粉質黏土。隔離樁間施工壓密注漿，隔離樁施工完成后，施工鋼筋混凝土圍檁，增加隔離樁整體性，減小因基坑變形對商船會館的影響。

3.2 土方開挖及支撐施工

基坑施工對周邊環境的影響具有明顯的三維空間效應，且一般基坑變形長邊中心點附近變形較大[2]。首道支撐棧橋隨土方開挖施工，減少基坑暴露時間。土方開挖施工采用盆式開挖，按照“時空效應”原理，“限時、分段、均勻、對稱”地進行土方開挖和支撐設置。遵循先遠離地鐵、后靠近地鐵的原則。由于基坑不規則，且中隔墻將基坑分為2個小坑，故土方及支撐按照由兩頭向中間的大方向施工，2個小坑按照盆式開挖及“時空效應”原理進行土方及支撐施工，最后一層土方按照底板后澆帶進行分區分塊（圖6）。

第2層土方施工時已鄰近春節，氣溫較低，支撐混凝土強度發展較慢。下一層土方開挖的前置條件為混凝土支撐強度達到設計強度的80%。為加快支撐混凝土強度的發展，減少基坑暴露時間，在支撐混凝土C40的設計強度基礎上提高混凝土強度至C50，并根據施工經驗采用暖棚做法，并在暖棚內設置多臺大功率油熱型工業暖風機，提高混凝土養護環境溫度，維持環境溫度在18～22 ℃。每一分區支撐混凝土澆筑完畢后立即搭設暖棚，架設工業暖風機，提高支撐混凝土養護環境溫度[3]。

圖6 基坑土方開挖分區分塊

4 監測結果分析

基坑第1層土方開挖深度1.3 m，根據施工經驗，第1層土方開挖施工過程中地下連續墻側向位移較小，本文不考慮第1層土方開挖對圍護結構及周邊環境的影響。監測結果顯示，基坑中部地下連續墻側向位移較大，隨著基坑開挖深度的增加，最大位移點逐漸下移，基坑施工至底板時，最大位移點變形量為15.9 mm，深度9.5 m，滿足要求。

商船會館隨著基坑開挖深度的增加，沉降增大，在基坑施工至底板時完成最大沉降9.56 mm，亦滿足要求。

5 結語

1）深基坑施工過程中，合理的優化能夠提高施工工效，縮短施工工期。

2）深基坑施工過程中最大的影響因素為土方施工的快慢，棧橋的合理布置能夠有效地提高土方施工的速度。

3）冬季深基坑施工，由于環境溫度較低，支撐混凝土強度發展較慢，提高混凝土的養護環境溫度能有效地縮短支撐混凝土達到設計強度所需的時間，提前進行下一層土方的開挖施工，減少基坑暴露時間，進而減小基坑變形。

4）在深基坑施工過程中，較短的支撐形成時間及較快的施工速度，能夠有效地控制基坑變形，降低深基坑施工風險，進而降低基坑施工對周邊環境的影響。