運營機場擴建工程中的深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

李 祺

1. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術(shù)研究中心 上海 201103

1 工程概況

上海虹橋東航基地擴建工程位于上海虹橋機場場區(qū)內(nèi)，基坑北側(cè)為作為機場VVIP通道的虹翔三路，虹翔三路北側(cè)為在建基坑工程，東側(cè)申達六路東側(cè)為機場跑道。南側(cè)為東方航空公司既有辦公樓，西側(cè)為申達五路及高架道路。工程總建筑面積約89 789.76 m2，其中地上建筑面積53 551.49 m2，地下建筑面積36 238.27 m2（圖1）。

圖1 工程平面示意

本工程基坑開挖面積約18 666 m2，周長551 m，開挖深度10.4 m。基坑施工采用順筑法施工。北側(cè)虹翔三路下有較多電力、煤氣、給水等重要的管線，管線距離基坑最近5.4 m，管線中心埋深最淺僅為1 m。西側(cè)申達五路、東側(cè)申達六路下有路燈、雨水、污水等較為重要的管線。

針對本工程基坑開挖深度及周邊環(huán)境保護要求，基坑邊圍護基本采用鉆孔灌注樁＋2道混凝土支撐的形式[1-2]（圖2）。止水帷幕為φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，水泥摻量20%，深度至地下28 m；止水帷幕和圍護樁間施工1道壓密注漿。

圖2 基坑圍護剖面

一般位置的圍護樁墻采用φ850 mm@1 050 mm鉆孔灌注樁，深度23 m；局部基坑邊有較淺深坑位置（集水井）采用φ950 mm@1 150 mm鉆孔灌注樁，深度27 m；局部靠近基坑邊有電梯深坑位置采用φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁作為圍護墻，深27 m；局部與相鄰基坑預(yù)留連通口處采用SMW工法樁圍護，φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，水泥摻量20%，內(nèi)插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm@600 mm型鋼，長度25 m。

坑內(nèi)采用2道鋼筋混凝土支撐，平面形式為3道南北向?qū)魏?道東西向?qū)危铀慕遣贾媒菗巍５?道支撐中心標高－2.10 m，第2道支撐中心標高－7.60 m。在第1道支撐上布置2條南北向棧橋和1道東西向棧橋，棧橋?qū)挾?2.9 m，其中1條南北向棧橋和1條東西向棧橋?qū)?yīng)施工大門，用于施工交通組織。支撐、圍檁、棧橋混凝土強度等級均為C30。坑內(nèi)被動土體加固為雙軸攪拌樁，水泥摻量13%，深坑側(cè)加固為雙軸攪拌樁和高壓旋噴樁，坑底為壓密注漿和高壓旋噴樁封底。

2 水文地質(zhì)概況

本工程基坑涉及的土層大致為：①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、④1淤泥質(zhì)黏土（基坑坑底）、④2粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤3-1粉質(zhì)黏土（圍護樁底）。擬建場地局部區(qū)域填土厚度較大，局部區(qū)域有明浜（塘）分布，且場地內(nèi)有原建筑物舊基礎(chǔ)等地下障礙物分布。基坑坑底位于④1淤泥質(zhì)黏土層，濕度為飽和狀態(tài)，含水率高，透水性差，呈流塑狀態(tài)。

擬建場地地下水類型有淺部土層中的潛水、中部④2、⑤3-2層中的微承壓水和深部⑦、⑨層中的承壓水。場地淺部地下水屬潛水類型，勘察期間測得地下潛水穩(wěn)定水位埋深一般在2.64～4.56 m之間，平均潛水位標高為3.77 m。④2層及⑤3-2層為微承壓水含水層，對工程有影響的主要為④2層中的微承壓水，微承壓水水位埋深的變化幅度一般在3.0～11.0 m，勘察期間④2層微承壓水水位埋深約為5.10 m，相應(yīng)水位標高約為0.29 m。

3 工程難特點分析

3.1 基坑周邊環(huán)境復(fù)雜、保護要求高

本工程開挖面積約18 700 m2，開挖深度主要為10～12 m。開挖深度3倍范圍內(nèi)管線較多，尤其北側(cè)虹翔三路下1根φ200 mm煤氣管線距離坑邊約9.7 m，1根電力管線距離坑邊約5.4 m。所以開挖前做好圍護和支撐工作，開挖時做好監(jiān)測工作，減小基坑變形非常重要。

基坑北側(cè)，虹翔三路以北為同期開發(fā)的深基坑項目（地下2層，局部1層），對北側(cè)道路保護提出更高要求。而施工場地位于虹橋國際機場2號航站樓南側(cè)，東北側(cè)即為機場停機坪。施工場地北側(cè)的虹翔三路直通機場VIP出入口，虹翔三路和申達五路均為機場VVIP通行道路，故北側(cè)和西側(cè)場外道路的保護尤顯重要。

3.2 基坑底部局部落深深坑多樣復(fù)雜、坑底土質(zhì)差、突涌風(fēng)險高

本工程基坑周長551 m，大面開挖標高至－11.0 m。工程上部建筑造型奇特，數(shù)棟單體呈扇形布置，且與虹翔三路北側(cè)建筑通過地下連通道及上部連廊連為一體。坑邊集水井、靠近基坑邊的電梯井、預(yù)留非開挖施工使用的工作井等功能要求造成該工程的基坑底部落深坑眾多、落深深度多樣，特別是靠近VVIP通道一側(cè)，圍護設(shè)計與施工情況復(fù)雜，且基坑坑底位于④1層，濕度為飽和狀態(tài)，含水率高，透水性差，呈流塑狀態(tài)，非常不利于開挖施工及基坑安全。④2層中微承壓水對基坑有突涌可能。

3.3 基坑撐滿場地紅線內(nèi)范圍，棧橋面積有限，可利用場地較小

根據(jù)圍護邊界線與圍墻邊界線，本工程北側(cè)圍墻距離圍護邊2.9 m，南側(cè)圍墻距圍護邊4.4 m，東側(cè)圍墻距圍護邊2.8 m，西側(cè)圍墻距圍護邊3.4 m，整個基坑幾乎撐滿施工用地，這對于地下階段現(xiàn)場臨設(shè)、堆場布置帶來了很大困難。北側(cè)的大門作為唯一的施工出入口，棧橋面積有限且未形成環(huán)路，也難以滿足施工運輸需要。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 地下水風(fēng)險應(yīng)對技術(shù)

針對本工程④2層中的微承壓水突涌的風(fēng)險及基坑底部土質(zhì)含水量大、滲透性差的特點，圍護樁選型與設(shè)計時考慮基坑止水帷幕將開挖深度范圍內(nèi)①～④層的潛水和④2層的微承壓含水層完全隔斷，用分別均勻布置疏干井降水和深坑部位附近均設(shè)置降壓井的方式來應(yīng)對地下水風(fēng)險。

疏干井布置按200 m2左右布1口井來計算，基坑去除加固面積確定實際總需疏干面積，采用多級濾水管以確保每口井的出水量（第1級濾頭標高－7.0～－4.0 m，第2級濾頭標高－16.0～－12.0 m，井孔徑為650 mm，井管直徑為273 mm，井深16.4 m）。降壓井布置根據(jù)④2層的微承壓含水量及深坑位置計算確定，共布置15口，深度24 m，濾頭位于④2層，標高根據(jù)地質(zhì)報告確定。為觀察坑內(nèi)降水對外界的影響，在坑外設(shè)置潛水觀測井8口，④2層微承壓水位觀測孔8個，監(jiān)測該層的止水帷幕是否滲漏，保證基坑安全。

地下水控制實施過程中，為加快施工速度，原計劃在第1層土方開挖前降水改為在第1道支撐施工時進行降水，第1層土方開挖采用臨時明溝排水。疏干井運行過程嚴格執(zhí)行適時適量，疏干井降水應(yīng)在基坑開挖前15～20 d，以保證有效降低開挖土體中的含水量至開挖面以下0.5～1.0 m，確保基坑開挖施工的順利進行。降壓井嚴格執(zhí)行按需抽水，保證在深坑部位承壓水層上方所覆蓋土層能承受壓力水頭的管涌，防止過度抽水導(dǎo)致周邊地下水流失，使周邊土體沉降。

4.2 基坑變形風(fēng)險控制技術(shù)

1）針對基坑一路之隔的相鄰基坑施工問題，在本工程地下室完成回填前，鄰近基坑位于本基坑40 m范圍內(nèi)區(qū)域保持未開挖狀態(tài)，并在北區(qū)基坑設(shè)計階段將局部1層設(shè)置在近虹翔三路一側(cè)，在保證滿足上述施工搭接原則的前提下，既避免2個基坑同時在VVIP通道兩側(cè)施工所帶來的風(fēng)險，又將對工期的影響降到最低。

2）針對基坑土質(zhì)差、周邊環(huán)境復(fù)雜、保護要求高等一系列關(guān)于基坑變形控制的難題，從基坑施工平衡對稱分塊、限時形成支撐等方面來解決。

① 基坑北側(cè)為重點保護區(qū)域，確定基坑開挖分塊如下：第1層由于土開挖較淺，將基坑開挖分成3塊，從南向北依次開挖。先棧橋部位，兩側(cè)區(qū)域跟進抽條開挖。南部2塊施工階段對北側(cè)環(huán)境影響較小，最后施工北部又可最大限度縮短支撐形成對撐前的暴露時間。第2層土開挖采取盆式開挖。各分塊邊塊長度30 m左右，寬度大于3倍開挖深度；靠近重點保護區(qū)域的北部分塊適當(dāng)減小，以此減少北部圍護暴露時間；北部每一分塊完成后，確保南北向的對撐的形成，從而減少北部圍護的變形；棧橋區(qū)域分塊跨越棧橋兩側(cè)，以利于棧橋下方的土方、支撐施工速度。根據(jù)上述重點保護北側(cè)圍護及環(huán)境的原則，將基坑劃分成15塊（圖3），按編號順序同時或依次組織開挖[3-4]。第3層土（底板層）開挖：根據(jù)地下室后澆帶分塊開挖，施工順序考慮優(yōu)先確保北側(cè)的圍護變形控制，同時減少挖土對底板施工的交叉影響，先施工南側(cè)，后開挖北側(cè)，先施工遠離場地出口處，最后施工靠近出口處分塊。

圖3 基坑開挖分塊（第2層土）

② 基坑北側(cè)圍護變形控制的重點：第2層土邊塊土方限時開挖后48 h完成支撐。根據(jù)每一層、每一分塊的土方、鋼筋、模板、混凝土的工作量及限時要求，制訂設(shè)備、勞動力等資源配置計劃，臨時坡度控制在1∶2.5，土方開挖分層進行，分層厚度不超過2.5 m，開挖時形成踏步式階梯并后退。第3層土開挖時，墊層每200 mm完成一次澆搗，限時18 h完成每一塊的開挖與墊層。

4.3 場地優(yōu)化與交通組織技術(shù)

針對基坑撐滿場地紅線內(nèi)范圍，棧橋面積有限，VVIP通道上道口開設(shè)限制等不利因素，現(xiàn)場制訂應(yīng)對方案：

1）保持北側(cè)虹翔三路大門數(shù)量不增加等的限制條件下，將北側(cè)大門移至與棧橋位置對準，在申達六路設(shè)置2#大門，使場地內(nèi)道路環(huán)通，提高場地利用率。

2）在棧橋面積無法增加的限制條件下，調(diào)整棧橋布局，保證基坑內(nèi)棧橋連通，且基坑中部、北側(cè)、東側(cè)、西側(cè)基坑邊緣區(qū)域與最近棧橋的距離在30 m以內(nèi)，控制基坑土方駁運次數(shù)，提高挖土效率。

3）在棧橋末端設(shè)置鋼筋加工棚和堆場，不影響施工車輛通行，南側(cè)支撐通過加強措施后設(shè)置臨時木工堆場。

4）基坑南側(cè)無棧橋部位挖土，施工車輛利用坑外南側(cè)道路組織施工交通，從東南角大門出入施工現(xiàn)場。場地內(nèi)交通設(shè)置流向控制線，確保組織有序，安排專人指揮協(xié)調(diào)施工車輛交通（圖4）。

圖4 棧橋、場布優(yōu)化及交通組織

4.4 基坑風(fēng)險控制實施與管控效果

通過上述針對地下室控制、基坑變形控制、場布交通組織的關(guān)鍵技術(shù)分析與執(zhí)行，本工程基坑挖土效率顯著提高：第2層土方出土效率從計劃的6 100 m3/d提高至7 100 m3/d，第3層土方出土效率從計劃的5 300 m3/d提高至6 300 m3/d，從而大大縮短每一分塊施工速度，總工期提前。最終，圍護及周圍管線的變形得到有效控制。

5 結(jié)語

本工程圍護施工開始至地下結(jié)構(gòu)施工完成，現(xiàn)場平穩(wěn)有序地開展，其中地下室底板全部澆筑完成時間比原計劃時間提前27 d。圍護及周邊環(huán)境的變形得到了很好的控制。

北側(cè)虹翔三路道路路面有較小的沉降變形，主要原因為施工車輛行駛導(dǎo)致，但未影響道路使用，管線未發(fā)生破壞，機場VVIP通道均正常使用，未發(fā)生任何影響機場運營的事件。因前期難點的分析準備，應(yīng)對措施和方案的詳細策劃、過程的監(jiān)控和及時的糾偏，很好地完成了該特殊地理位置的深基坑施工，為類似工程提供參考。