復雜環境下深基坑圍護設計施工方法研究

施晨凱

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

在上海城市建設迅速發展和土地資源逐步緊張的趨勢下，地下空間的開發利用進一步成為行業關注的焦點，出于對空間利用的考慮，基坑深度越來越深，深度大于20 m的深基坑屢見不鮮。本文結合現場具體工程實例，對在鄰近地鐵及高壓管線等復雜條件下的深基坑圍護施工各項技術分別展開探討[1-3]。

1 工程概況

某建筑工程主體結構地上12層，地下3層，為整體3層鋼筋混凝土結構地下室，基坑大小為1 639 m2，周長為173 m，普遍區域開挖深度17.04 m。本工程基坑分為A、B兩區，其中A區基坑面積3 557 m2，基坑周長273 m；B區面積501 m2，基坑周長110 m。基坑與東側軌交車站共用圍護結構。項目周邊包括共建規劃公交樞紐站，共建公共綠地，并與緊鄰的新建軌交車站共建。同時，項目范圍內有30 m的220 kV高壓控制帶須避讓，并有110 kV埋地電纜、φ500 mm給水、通信、電纜及市政管線須搬遷（圖1）。

圖1 周邊環境

2 基坑圍護設計計算

本工程基坑安全等級為1級，靠近東側鄰近軌交車站區域，環境保護等級為1級，其余區域為2級。按照項目的工程地質條件，計算各區域地下連續墻的墻體變形內力，進而分析各個施工階段每個區域地下連續墻體的整體穩定性。建設場地土層分布較穩定，從頂部往下可劃分為8個大層、若干子層以及透鏡層。根據基坑不同區域，選取剖面進行計算。地面超載設置為20～25 kPa。

以A區東北側深基坑區域為例，通過軟件建立基坑圍護簡易模型，代入A區東北側區域土體參數進行內力變形計算、整體的穩定性驗算等一系列計算，得出A區東北側深基坑區域基坑圍護穩定性計算結果（圖2），從中分析出A區東北側深基坑區域基坑圍護的具體情況。

圖2 變形內力包絡

根據軟件計算得到該剖面變形內力計算結果，該區域剖面取得最大正彎矩值1 677.8 kN·m、最大負彎矩值965 kN·m、最大正剪力值717.4 kN、最大負剪力值830.1 kN、最大位移值30.5 mm。由變形內力計算結果可知，A區東北側深基坑區域地下連續墻相比于其他剖面的地下連續墻受力情況更加嚴峻，需要針對該區域的圍護采取SMW三軸攪拌樁、高壓旋噴注漿樁、TRD工法樁以及MJS工法樁的一種或多種復合加固措施。依據計算結果對東北側深基坑圍護進行進一步加固處理后，使該剖面基坑穩定性能夠滿足一級基坑標準要求。

3 圍護與加固施工重點

3.1 基坑圍護施工重點

根據本工程與鄰近軌交車站的圍護分布情況（圖3）穿插施工流程：開挖軌交車站端頭井及標準段→施工軌交車站1號風亭、2號風亭→施工軌交車站7號出入口及相應通道→軌交車站結構頂板達到設計要求強度后進行A區基坑土方開挖→A區基坑頂板達到設計要求后進行B區基坑的開挖。

圖3 基坑區域分布

A區基坑豎向設有3處臨時鋼筋混凝土水平支撐組成支撐體系，B區基坑設有4處臨時水平支撐組成支撐體系（豎向從上至下第1處是鋼筋混凝土支撐，第2—第4處則是帶軸壓伺服系統的鋼支撐）。豎向支撐使用臨時角鋼、格構鋼立柱結合柱下鉆孔灌注樁形成整個系統。

3.2 坑內加固施工重點

A區基坑加固分為三軸攪拌樁加固以及高壓旋噴注漿樁加固，對地基被動區土體進行三軸攪拌樁的墩式加固，對殘余的坑內土體則利用三軸攪拌樁在整個基坑平面進行間斷式加固以及布置于基坑四周進行連續式加固。B區基坑加固則采用滿堂加固措施，地下連續墻接縫止水均采用高壓旋噴注漿樁。

A區基坑區域采用高壓旋噴注漿樁配合壓密注漿的形式，42.5級水泥壓密注漿，并確保注漿率達20%。水灰比為0.55，拔管高度0.33 m，注漿間距1 m，注漿順序采用跳孔注漿，多排注漿孔分布形狀為梅花形。

3.3 TRD工法樁施工重點

因施工場地北側上空有220 kV超高壓輸電線路，北側施工限高，無法使用三軸攪拌樁進行加固，故采用TRD工法進行加固。

T R D工法樁施工要點：地下連續墻水泥摻量不小于2 5%，水泥強度不低于4 2.5級，用量不小于450 kg/m3。水泥漿液水灰比為1.0～1.3。水灰比具體數值及外摻劑根據施工經驗現場確定，在填土、淤泥質等軟弱土層中適當提高水泥摻量。同時明確TRD施工設備型號，深化施工方案，細化施工質量標準和施工參數，墻深超過25 m時應采用三步施工法施工，明確墻身強度和檢測要求。TRD工法制備的地下連續墻，其經過28 d齡期所具有的無側限抗壓強度滿足施工要求。

3.4 MJS工法樁施工重點

本工程基坑與軌交車站風亭地下連續墻之間采用MJS工法樁填充，MJS采用φ2 000 mm定角度180°高壓旋噴樁，間距為1 500 mm，深度范圍為－42.00～－6.50 m。

施工工藝流程：測量放樣→引孔鉆孔→MJS工法設備就位→MJS鉆桿通過拼裝進入土體→鉆桿到達指定深度→測量垂直度，若不合格拔出鉆桿重新施工→垂直度合格，進行地內壓力監測→地內壓力正常，進行工法樁施工。

MJS工法樁施工要點：MJS大直徑高壓旋噴樁施工過程中氣壓不小于7 MPa，水泥漿液壓力宜大于40 MPa。施工現場根據上述要求進行2根現場非原位的大直徑高壓旋噴樁試成樁試驗，以28 d后的樁體取芯來判定強度是否達標。

4 高壓線下地下連續墻鋼筋籠限高吊裝

4.1 高壓線下地下連續墻鋼筋籠分段吊裝計算

在進行地下連續墻鋼筋籠施工前，對東側遷改管線與基坑分布關系和鐵塔基礎結構形式相關內容進行查明，核實220 kV高壓線風偏范圍，查明鋼筋籠吊裝在該范圍內的施工內容，并形成專項施工方案和高壓線保護方案。

圍護結構使用的地下連續墻中，21幅墻厚1 000 mm，5幅墻厚800 mm。地下連續墻開挖采用隔幅開挖施工。地下連續墻厚0.8、1.0 m，主筋均為32、28 mm，以鎖口管接頭連接地下連續墻槽段，鋼筋籠長31.10～44.15 m。按本工程吊裝設計應該以31.1 m鋼筋籠設計為基準，地下連續墻共分為“一”字形和“L”形2種。其中，整體吊裝最重鋼筋籠為擴大段“一”字形鋼筋籠，設計質量43.8 t，含預埋筋、聲測管、定位墊塊、吊具等。

本方案按照“一”字形地下連續墻鋼筋籠進行吊裝驗算，以鋼筋籠重43.8 t來配置吊車，分析吊裝是否安全。擬配置180 t主吊與50 t副吊配合吊裝施工，鋼筋籠采用6個吊點吊裝，其中主吊機4個吊點，副吊機2個吊點，以保證鋼筋籠順利起吊進槽。本項目受場地狹小及220 kV高壓線影響，因此，分節吊裝、分節拼裝進槽的方法應用于全部的地下連續墻。由于6 m是220 kV高壓線最小的安全距離，這就要求施工機具、鋼筋籠安裝高度控制在13.5 m之內才能確保安全施工。

吊裝工況分3個部分進行計算：分段吊裝驗算、鋼筋籠對接及整體提升驗算和高度驗算。通過代入10.2 t的分段鋼筋籠質量、4.0 t的吊具質量、12 m的回轉半徑及152.87 kN的單根鋼絲繩容許拉力等參數計算，結果得到吊具起重量為43.8 t，單根鋼絲繩拉力為147.8 kN，扁擔上部卸扣荷載249.4 kN，接著進一步開展10#槽鋼的擱置扁擔截面抗彎驗算、吊車行駛道路的地基承載力驗算及吊裝的吊點、焊縫強度等相關驗算。

4.2 高壓線下地下連續墻鋼筋籠分段吊裝施工

本工程地下連續墻施工受北側場地上空220 kV高壓輸電線路影響，北側場地的地下連續墻無法采用常規方法進行施工，故北側地下連續墻采用鋼筋籠分段吊裝法進行施工。重型道路采用厚500 mm水泥土換填后，鋼筋為雙層雙向φ14 mm@250 mm，材料為HRB400的鋼筋，澆筑厚2 500 mm的C30混凝土。

鋼筋籠分段吊裝施工要點：現場成槽機采用SG46。成槽機高度不滿足凈空高度，因此，對成槽機進行改裝，拆除中間桅桿，降低成槽機高度，滿足凈空要求。成槽機抓土后無法直接裝車，需把土放置在地面，再由挖機配合裝入土方車后運走。220 kV高壓走廊距離地面非常近，吊車的選擇非常重要，一是要滿足凈空要求，二是要可以滿足鋼筋籠吊裝要求。經過計算，鋼筋籠總質量35 t（不含吊具）。使用180 t的履帶吊吊車、50 t的履帶吊各1臺進行共同作業，2臺吊車吊裝鋼筋籠入槽。鋼筋籠先由180 t吊車水平吊起，然后抬起180 t吊車主吊鉤、下放50 t吊車副吊鉤，最后由180 t吊車將鋼筋籠騰空吊直。本項目地下連續墻結構為鎖口管接頭，考慮到上部高壓線在下放與頂拔鎖口管時吊車高度無法保證足夠的安全距離，因此，部分地下連續墻經過設計同意，將接頭更改為H型鋼接頭，可以避免鎖口管下放與頂拔。

鋼筋籠分段吊裝施工流程：首節鋼筋籠吊裝→首節鋼筋籠放置在導墻上→下節鋼筋籠就位，對接→對接完成，下放就位，擱置導墻上→最后一節鋼筋籠就位，對接→對接完成，下放。

5 結語

本文結合實際工程，對同時存在軌交線路、高壓線和其他復雜條件的深基坑工程設計施工技術進行綜合分析，通過軟件計算得出圍護結構變形內力，驗算基坑的整體穩定性、抗傾覆穩定性和墻底抗隆起穩定性，采取加固措施使基坑設計滿足安全等級要求。同時，圍繞建筑基坑圍護與鄰近地鐵站圍護穿插作業、坑內三軸攪拌樁與高壓旋噴樁加固、坑外TRD與MJS工法樁加固，分析了地下連續墻圍護與土體加固施工重點；最后，著重分析了高壓線下地下連續墻鋼筋籠吊裝及地下連續墻施工重點，解決了本工程高壓線下鄰近地鐵的深基坑設計施工技術難題，為工程順利實施提供技術支持。