淺談?wù)误w下的相鄰深基坑同步施工技術(shù)

羅永

（上海建工七建集團(tuán)有限公司，上海 200050）

目前單個(gè)獨(dú)立深基坑的施工經(jīng)驗(yàn)較為成熟，但對(duì)含群坑狀態(tài)下同步開挖的情況，特別是兩個(gè)基坑間存在后開挖的極其窄小的壩體時(shí)，此工況還是比較少見。這里，通過以某相鄰深基坑工程為例，根據(jù)不同工況進(jìn)行方案的優(yōu)化，合理地進(jìn)行施工組織，解決相關(guān)施工難點(diǎn)，探討窄小壩體下的相鄰深基坑同步施工技術(shù)。

1 工程概況

本項(xiàng)目為七寶生態(tài)商務(wù)區(qū)上坤中心項(xiàng)目，位于上海市閔行區(qū)七寶鎮(zhèn)，北側(cè)為上坤路及綠化軸公建項(xiàng)目，南側(cè)為預(yù)留空地，東側(cè)為上海報(bào)業(yè)文新地塊，西側(cè)為華發(fā)地塊。本項(xiàng)目實(shí)施期間，上述周邊三個(gè)工程同步進(jìn)行實(shí)施，如圖1 所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境

1.1 基坑概況

本項(xiàng)目基坑安全等級(jí)為一級(jí)基坑，自然地面相對(duì)標(biāo)高-0.550m，開挖面積12535m2，東西長度約110m，南北長度約130～170m，基坑開挖深度14.75m，局部深坑16.25m。圍護(hù)采用排樁+三軸攪拌樁止水帷幕形式，局部坑底有深坑和裙邊加固，水平設(shè)置三道混凝土支撐，圍護(hù)排樁和立柱樁均為鉆孔灌注樁，如表1、表2所示。

項(xiàng)目周邊的基坑邊線與本基坑的位置關(guān)系，如表3 所示。

表1 基坑圍護(hù)樁參數(shù) 單位：mm

表2 基坑支撐參數(shù) 單位：mm

表3 周邊基坑位置 單位：m

1.2 東側(cè)基坑概況

本工程?hào)|側(cè)相鄰的報(bào)業(yè)項(xiàng)目地塊（以下稱東基坑），地下室3層，大面積開挖深度約14.2m，圍護(hù)體系也與本工程相同，相關(guān)圍護(hù)體系參數(shù)與本工程類似，雙基坑支撐平面圖如圖2、圖3 所示。

2 基坑相互影響關(guān)系分析

根據(jù)周邊基坑相對(duì)位置，結(jié)合圍護(hù)形式，北側(cè)及西側(cè)基坑距離本基坑已超過2 倍挖深接近3 倍挖深，對(duì)本基坑的開挖造成的變形影響比較低，可以不作為主要影響因素進(jìn)行分析[1]。而東側(cè)基坑與本基坑距離極近，基坑相距最大處12.2m，最近處僅有10m，相鄰基坑的間距僅有0.7～1 倍開挖深度，此時(shí)基坑開挖對(duì)圍護(hù)的變形影響最大[2]。

圖2 基坑首道支撐平面

圖3 基坑第二/三道支撐平面

雙坑中間壩體區(qū)域?yàn)楹笫┕さ牡叵乱粚咏Y(jié)構(gòu)，有25%面積的坑內(nèi)加固，內(nèi)設(shè)φ800@2400 的隔離樁，樁長20m，雙坑之間地表由300 厚混凝土蓋板及連梁連接，壩體圍護(hù)剖面如圖4 所示。

圖4 中間壩體圍護(hù)剖面

3 基坑施工難點(diǎn)

（1）兩個(gè)基坑開挖面積分別為12535m2、19867m2，開挖深度均為15m 左右，屬于深大基坑，對(duì)基坑自身安全及周邊環(huán)境保護(hù)要求非常高。加之工程處于上海軟土地區(qū)，開挖面屬淤泥質(zhì)土，土質(zhì)差，兩個(gè)基坑距離極近，一方土體開挖卸載勢(shì)必引起另一方圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，成為威脅基坑安全最大的隱患。

（2）東基坑開工及挖土?xí)r間略早于本基坑，在前期方案策劃及首次專家評(píng)審時(shí)，要求兩個(gè)地塊同步施工，施工組織的難度非常大。由于是兩家各參建單位均不同，如何安排挖土?xí)r間，如何控制分塊及支撐施工，如何采取措施控制基坑變形，如何協(xié)調(diào)組織以保證開挖安全，是整個(gè)工程最大的難點(diǎn)[3]。

4 基坑開挖工況分析

4.1 工況分類

根據(jù)雙基坑施工進(jìn)度主要可分為以下三種工況。

工況一：本工程基坑獨(dú)立開挖，對(duì)方圍護(hù)施工完畢不動(dòng)。

工況二：兩基坑同時(shí)挖土做支撐，同時(shí)拆撐施工地下室結(jié)構(gòu)。

工況三：兩基坑同時(shí)施工，考慮基坑體量略有不同或其他不確定性因素導(dǎo)致施工速度不一致，存在錯(cuò)層施工。

4.2 工況比較

經(jīng)過協(xié)同設(shè)計(jì)院二維有限元平面應(yīng)變模型進(jìn)行分析后，基坑開挖到坑底時(shí)基坑水平位移、垂直位移及灌注樁彎矩均達(dá)到最大值。通過工況二、工況一對(duì)比，兩基坑同時(shí)開挖、同時(shí)拆撐施工地下室結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致基坑外側(cè)圍護(hù)體位移、受力增大，但兩基坑臨近區(qū)域圍護(hù)樁位移、受力會(huì)減小；通過工況二、工況三對(duì)比分析，兩基坑不完全同時(shí)施工對(duì)外圍圍護(hù)樁變形及受力影響不大，兩基坑臨近區(qū)域圍護(hù)樁受力及變形會(huì)有一定加劇，但總體都在圍護(hù)樁所能承受范圍之內(nèi)。這與相關(guān)相鄰雙基坑開挖間距對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及地表沉降的影響結(jié)構(gòu)分析結(jié)果即類似也有所不同[4]，故要求兩個(gè)基坑開挖盡可能的同步進(jìn)行開挖且錯(cuò)層不允許超過一層[5]。

5 圍護(hù)的優(yōu)化與加強(qiáng)

5.1 中間壩體支撐優(yōu)化

由于前期設(shè)計(jì)方案考慮的是兩個(gè)基坑完全同步施工的工況，故首道支撐需通過連梁蓋板相連。目的考慮同步變形，但未考慮現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)度與變化，本地塊開工進(jìn)度是晚于東側(cè)基坑的，開始工況已發(fā)生變化。

故在首層土方開挖完成后，重新研究兩基坑開挖有無連梁對(duì)比、開挖土層最優(yōu)及最不利順序，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證分析后，連梁能夠很好限制一側(cè)圍護(hù)頂部的位移，而對(duì)其最大位移控制意義不大，對(duì)遠(yuǎn)端一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形幾乎沒有影響。總體來說由于連梁僅設(shè)置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形控制意義不大，同時(shí)連梁的設(shè)置可能會(huì)限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于晝夜溫差的膨脹。考慮到兩個(gè)基坑已開挖至第二層土，連梁的設(shè)置對(duì)其后續(xù)變形的作用不大，基于上述兩部分原因以連梁的連接考慮取消。

5.2 圍護(hù)加強(qiáng)及應(yīng)急措施

為了減少圍護(hù)體系的變形，采取了以下加強(qiáng)措施：①適當(dāng)增加中間壩體坑內(nèi)攪拌樁暗墩加固的體量，由25%區(qū)域增加至35%，提高基坑開挖期間壩體土體整體性；②支撐平面布置適當(dāng)進(jìn)行了加強(qiáng)，首道及第二道撐東側(cè)邊桁架增加了200mm 厚鋼混凝土蓋板，增強(qiáng)了東側(cè)邊桁架，提高了東西向?qū)蔚恼w剛度；③兩側(cè)坑內(nèi)設(shè)應(yīng)急型鋼換撐斜拋撐預(yù)埋件，可視后期兩基坑監(jiān)測(cè)變形情況，在位移報(bào)警超過一定限度時(shí)及時(shí)架設(shè)。

6 基坑開挖措施

6.1 開挖時(shí)間與控制要求

由于東基坑開始施工時(shí)間早于本基坑，故本基坑必須按搶工的思想進(jìn)行組織施工，以確保在雙基坑第二皮土開挖時(shí)保持同步節(jié)奏。在開挖更深的第三及第四層土?xí)r，兩個(gè)基坑相互影響加劇，此時(shí)是周邊土體應(yīng)力釋放的過程，土體自身變形、流動(dòng)從而達(dá)到應(yīng)力場重組。而在實(shí)際施工時(shí)不可能完全做到理論上的同步，經(jīng)分析要求開挖分塊錯(cuò)開范圍不超過10m 即可，此時(shí)即可減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大變形與周邊地表沉降。

6.2 優(yōu)化分區(qū)分塊

原方案，二、三、四層土方開挖分為較多小塊，要求先形成東西、南北向?qū)危詈笮纬山菗危唧w順序?yàn)?#→2#→3#→4#→5#→6#，如圖5 所示。在常規(guī)獨(dú)立基坑開挖時(shí)較為合理，但是施工周期較長，且不利于與東側(cè)基坑形成同步，結(jié)合開挖時(shí)間與方向的要求，進(jìn)行如下調(diào)整，1#、2#→6#→5#、3#→7#、4#，如圖6 所示。一方面是與東基坑同步同向南開挖；另一方面是減少分塊數(shù)量提高開挖效率，盡早形成支撐。

圖5 原方案分塊

圖6 優(yōu)化后分塊

6.3 調(diào)整支撐混凝土強(qiáng)度

混凝土支撐的傳力在發(fā)展到一定強(qiáng)度才有效果，在每層土開挖完畢時(shí)，由于混凝土澆筑后至達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度有一定的時(shí)間，此段時(shí)間也是圍護(hù)變形發(fā)展的主要時(shí)間區(qū)段。為了減少開挖面暴露后的一段時(shí)間內(nèi)基坑的變形發(fā)展，需加快支撐的早期強(qiáng)度，故混凝土支撐在由C30 調(diào)整為C45 早強(qiáng)，根據(jù)同條件試塊結(jié)果，一般在3d 后即可達(dá)到C30 的70%左右，可以有效控制基坑的變形。

6.4 墊層加強(qiáng)

開挖至最后一層土后，墊層作為最后一道支撐的作用尤為重要，墊層為150 厚C15 素墊層，早期強(qiáng)度較低，墊層完成至基礎(chǔ)大底板的形成時(shí)間最長，此期間是基坑安全風(fēng)險(xiǎn)最大的時(shí)候。通過分析利弊，采取加強(qiáng)墊層的方式。①在基坑邊10m 范圍調(diào)整為250 厚C30 墊層，目的通過增加自重起到的被動(dòng)式土壓力作用增加，減少圍護(hù)體坑底以下變形與隆起可能；②提高強(qiáng)度墊層并增加配筋，并通過與灌注樁包圍連接，提高墊層整體性與剛度，可有效減少圍護(hù)體變形。

6.5 換撐方式調(diào)整

兩個(gè)基坑間壩體范圍內(nèi)是后施工的地下一層連通道，地下一層的樓板與連通道底板相連。施工至地下二層時(shí)，原設(shè)計(jì)采用的是常規(guī)混凝土傳力板：①施工量較大工期慢；②需鑿除混凝土傳力板施工加腋底板，浪費(fèi)人力及材料。為保證兩個(gè)基坑地下結(jié)構(gòu)施工同步，綜合考慮進(jìn)度、施工質(zhì)量與設(shè)計(jì)商議優(yōu)化為型鋼換撐。即在與連通道底板相接范圍預(yù)留底板鋼筋，采用機(jī)械連接接頭；在外側(cè)連續(xù)設(shè)置300 寬300 厚混凝土挑板與側(cè)墻同時(shí)澆筑，中間水平向連續(xù)設(shè)置3 厚止水鋼板，挑板與圍護(hù)樁間設(shè)置20#b工字鋼傳力桿，間距1200mm，保證每根樁均進(jìn)行傳力。如圖7 所示，即解決了結(jié)構(gòu)換撐問題，又解決后續(xù)施工搭接問題。

圖7 B1 層樓板換撐節(jié)點(diǎn)

6.6 信息溝通及數(shù)據(jù)共享機(jī)制

兩個(gè)基坑均為深大基坑，相互施工組織與協(xié)調(diào)尤為重要，各方必須保持信息同步與共享，以第一時(shí)間了解現(xiàn)場工況極分析解決現(xiàn)場出現(xiàn)問題。從首層土到土方開挖完畢時(shí)間的控制，從首道支撐的施工到支撐拆除與換撐的形成，從開挖的流水分塊到開挖節(jié)奏的控制，從圍護(hù)體到水位變化的監(jiān)測(cè)信息的交流，在整個(gè)施工期間，兩家施工單位同甲方、設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)建立信息共享機(jī)制，通過建立微信群、每日溝通會(huì)、每周分析會(huì)，及時(shí)分析現(xiàn)場施工工況、施工進(jìn)度、基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有效指導(dǎo)了基坑施工的順利推進(jìn)。

7 結(jié)束語

通過對(duì)本工程基坑施工的支撐優(yōu)化、開挖時(shí)間控制、開挖分塊調(diào)整、施工技術(shù)措施改進(jìn)等相關(guān)研究，同時(shí)在各參建單位的緊密協(xié)調(diào)下，及時(shí)進(jìn)行信息共享，解決了窄小隔離壩體相鄰深基坑情況下同步開挖施工的難題，保證了相鄰基坑的施工安全。