復雜環境條件下狹長深基坑無棧橋快速施工技術

劉 祥

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著城市經濟發展、中心城區道路增多、人流物流聚集，住房擁擠、用地緊張等問題日益凸顯。地下空間以其不占用地面積和環境影響小的優勢，成為城市未來發展和建設的選擇[1]。上海市位于長江入?？?，其土質松軟、壓縮性高、固結系數小、擾動性大，屬于典型的軟土，在地下空間施工過程中易發生較大的形變，對周圍環境的安全和正常運行造成較大的影響[2-3]。

本文將以上海城市中心區復雜環境下的某一狹長深基坑工程為例，重點研究分析其快速施工及監測技術，以期為同類工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑規模

背景工程位于上海市浦東新區張江高科技園區內，由哥白尼路、新盛路及上海市檢測中心一期實驗樓所圍合（圖1）。該項目含整體1層地下室，樁筏基礎。主體基坑為長條狀，南北短邊方向約65 m，東西長邊方向約254 m，總開挖面積為16 876 m2。該基坑普遍開挖深度為6.65～7.95 m，深坑開挖深度為10.3 m，安全等級為二級。

圖1 工程總平面示意

1.2 周邊環境

基坑北面為既有上海市檢測中心一期實驗樓，距離開挖邊線約15 m；基坑南面鄰近新盛路，距離開挖邊線約14 m；基坑西面為既有上海市檢測中心生物與安全實驗室，距離開挖邊線約12 m；基坑東面為哥白尼路，距離開挖邊線約20 m；基坑東北角距既有上海市檢測中心實驗室約7 m。該項目鄰近道路地面下遍布電力、煤氣、給水、通信、雨污水、生活污水等市政管線，場地環境復雜，保護要求高。

1.3 工程地質條件

該基坑涉及土層自上而下依次為：①雜填土、②粉質黏土、③淤泥質粉質黏土、④淤泥質黏土、⑤1黏土、⑤2砂質粉土、⑤3-1粉質黏土、⑤3-2砂質粉土、⑦1砂質粉土、⑦2粉砂、⑧粉質黏土、⑨粉砂。根據水文勘探報告，該基坑工程場地深度范圍內地下水主要包括淺部土層的潛水和深部土層的承壓水。由該項目基坑挖深可知，淺部土層的潛水將影響基坑工程的安全施工。

2 工程重、難點分析

1）本基坑工程面積較大，南側距圍墻較近，北側和西側距既有建筑物約10 m，周邊可利用場地受到很大限制，施工過程場布困難。

2）本工程僅在新盛路一側開設供施工車輛進出的1#門，基坑開挖過程中便道無法形成環路，施工車輛不能雙向行駛，運輸效率大打折扣。

3）各類市政管線在基坑附近縱橫交錯，易受到基坑開挖的擾動；此外，既有建筑物環繞基坑周圍，最近距離為7 m，施工過程需保證其正常使用，對基坑變形、對撐形成速度和文明施工建設要求高。

3 基坑關鍵技術

3.1 圍護結構

圍護結構是基坑支護體系的基本要素，其設計形式和施工質量將直接影響基坑工程的可靠性、經濟性以及施工便利性。由于開挖深度范圍內存在淺部土層的潛水，為限制地下水對基坑造成不良影響的程度，本基坑選用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁內插H700 mm×300 mm型鋼的SMW工法樁作為止水帷幕，電梯井、集水井等局部深坑選用雙軸攪拌樁圍護并采用壓密注漿封底。其中，三軸水泥土攪拌樁插入基坑底以下8～16 m，以滿足基坑抗隆起要求，且選取全斷面跳槽式雙孔全套復攪式連接工藝（圖2），保證圍護結構的連續性。

圖2 跳槽式雙孔全套復攪式連接工藝

此外，為滿足超長密集內插型鋼的拼接平整度及焊縫質量，本工程選用優質平整硬化場地和精密測量儀，分批多次焊接并嚴格控制施工時間，以確保圍護結構的施工質量和施工效率。

3.2 支撐體系

支撐結合圍護結構形成整體傳力體系，通過優化支撐設計，既可保證土方開挖后土壓力的有效傳遞，又可保證出土效率。

本項目結合工程實際，創新性地設置1道無棧橋鋼筋混凝土水平內支撐，采用了對撐結合角撐、邊桁架的形式（圖3），留出中間大面積出土口。此種設計形式一方面充分保證了基坑支護的安全性，另一方面有效節約了工程造價，提高土方開挖與運輸效率，符合綠色施工的理念。

圖3 基坑水平內支撐體系平面示意

在地下室底板施工完成之后，搭設預應力H型鋼斜拋撐。根據實時監測數據，確定替換水平內支撐的時間和順序（圖4），在保證基坑側向變形得到有效控制的情況下，進行B0板施工，并在基坑回填完成后割除預應力H型鋼斜拋撐。

圖4 斜拋撐替換水平支撐

3.3 施工技術

本基坑關鍵施工流程為：整體地下室圍護體系施工→第1層土方開挖→水平內支撐施工→第2層土方開挖→地下室底板施工→斜拋撐施工→拆除水平內支撐→B0板施工。選擇合理的施工技術是保證施工流程順利進行的基礎。

3.3.1 基坑區域劃分

理論研究和實測數據表明，大面積軟土深基坑與窄小基坑相比，其坑周地表最大沉降量由圍護結構水平側移量的0.7～1.0倍擴大至1.0～2.0倍，其沉降影響范圍也由基坑開挖深度的1.5～2.0倍擴大至3.0～4.0倍。因此，將軟土深大基坑劃分為窄小基坑進行開挖，可有效控制基坑的側移量和沉降影響范圍，保證周邊環境的安全及正常運行。

為保證周邊既有建筑物和市政管線的安全和正常使用，將本基坑由西至東均勻劃分為6個區域（圖5）。其中，1區基坑總面積為3 379 m2，2區基坑總面積為3 364 m2，3區基坑總面積為2 731 m2，4區基坑總面積為2 841 m2，5區基坑總面積為2 386 m2，6區基坑總面積為3 070 m2，均為窄小基坑。

圖5 基坑分區示意

該施工方案將長條形大面積基坑劃分為均勻的長方形窄小基坑，不僅可實現流水搭接，而且限制了基坑滑移帶的擴展，確保了水平荷載的有效傳遞。

3.3.2 土方開挖方式

根據基坑形狀、挖深以及周邊環境，本基坑開挖嚴格按照“分區、分層、對稱、限時形成支撐、中心島式開挖”的原則。水平內支撐利用無棧橋優勢快速成型，土方開挖借助路基板形成快速挖土通道，分區形成底板，盡可能減少基坑累積形變，降低對周邊既有建筑物和市政管線的影響。

具體為率先利用布設的降水井進行一段時間的預抽水后，所有區域分2層土方開挖，第1層土方由東、西兩側向中部抽槽開挖至水平內支撐底部標高；第2層土方按照1區、6區先行，2區、5區隨后，3區、4區墊底的順序進行開挖施工。每挖出200 m2的基坑面積，澆筑1塊墊層，隨挖隨澆，相鄰開挖面的高度差應控制在2.5～3.0 m范圍內。

此外，本工程采用“中心島式”開挖方法。中間留土，布置3臺小挖機于基坑內，三邊向鋪路基板道路一邊進行退挖；布置2臺大挖機停靠于路基板上，取土裝車，在無棧橋情況下可有效加快挖土和運土的速度。各區基坑路基板及挖機布置如圖6所示。

圖6 各區基坑路基板及挖機布置示意

3.3.3 組織管理措施

1）盡量利用場內空區，場地北部設置辦公室及食堂，靠近既有上海市檢測中心一期實驗樓圍墻邊設置材料堆場，場地西北角設置生活區，場地東北角設置配電間、標養室等必要設施（圖7）。

圖7 場地布置示意

2）場地內選用3臺大型塔吊ST6015，沿長邊方向均勻布置，吊運范圍可覆蓋整個施工區域；并采用在場外成型鋼筋，以減小堆場壓力。

3）根據基坑分區設置土坡堆筑以鋪設臨時施工道路，并隨施工進度機動變化位置。

4）引進如泥水分離系統、太陽能發電休息亭等新技術，落實數字化管理工地建設，達到文明施工要求。

3.4 變形監測結果分析

本項目在基坑開挖過程中采用了信息化監測技術，可根據基坑側向變形及周邊管線沉降數值，隨時調整施工措施，做到“提前預警、過程控制”，確保基坑安全和周邊保護對象正常運行?；訃o結構側向變形及周邊管線沉降監測結果顯示，本基坑圍護結構最大側向變形累計值為23 mm，與計算結果吻合，滿足監測報警值0.3%基坑深度的要求；周邊市政管線的最大沉降累計量為7 mm，滿足監測報警值10 mm的要求。

4 結語

本基坑工程屬于軟土深基坑，開挖面積大，鄰近既有建筑物和市政管線，場地狹小且無棧橋空間，基坑的環境保護要求嚴格。

針對上述問題，本文對施工過程關鍵技術進行了總結分析，闡述了包括基坑分區籌劃、無棧橋支撐體系、圍護結構體系、斜拋撐轉換體系、土方開挖方案以及組織管理措施等重點技術。通過對施工過程關鍵技術的管控，既保證了基坑的安全，又保證了既有建筑物和周邊管線的安全和正常運行，同時滿足了工程的經濟效益以及工期要求。

此外，本基坑信息化監測結果表明，基坑的支護、開挖、換撐以及施工組織措施效果良好，對周邊既有市政管線保護到位，本文所述的多項關鍵施工技術和措施可為類似工程提供借鑒。

[1] 雷升祥,申艷軍,肖清華,等.城市地下空間開發利用現狀及未來發展理念[J].地下空間與工程學報,2019,15(4):965-979.

[2] 賈堅,謝小林,翟杰群,等.軟土基坑變形控制的微擾動技術[J].上海交通大學學報,2016,50(10):1651-1657.

[3] 周杰.軟土地區基坑開挖對鄰近地鐵影響分析及防治措施[D].北京:清華大學,2017.