復雜環境下深基坑施工技術及控制

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海虹橋商務核心區（一期）06地塊由D17、D18和D19三個街坊組成，D17街坊規劃主功能為酒店、公寓和商務辦公；D19街坊主要為商業用地， D18街坊為地下已建虹橋交通樞紐的西交通廣場西延伸段，與D17、D19街坊構成地下空間聯體、設置設備房和下沉式廣場，整個地塊形成集綜合性、多功能的商業、辦公、酒店、休閑為一體的商業區（圖1）。

圖1 工程概況

D17街坊北至蘇虹路，東臨申虹路及已建成西交通廣場下沉式停車場，西側為申長路，南側為舟虹路及D18街坊。基地占地面積約為29 570 m2，長約200 m，寬約150 m，平均開挖深度約為16.00 m，最大開挖深度為19.15 m。基地南側舟虹路及D18街坊下為已建成開通運營軌交10號線、2號線（青浦段）等區間，其中，D17地塊的辦公樓離地鐵隧道地下連續墻距離僅為4.3 m。基地西側為申長路下方埋設有各類市政管線共18 根。整個基坑的施工階段對隧道水平變形和沉降等控制十分嚴格，施工過程對基坑及周邊環境的保護要求極高。

2 工程實施關注點

基于上述工程情況，得出本場地不僅緊鄰軌交線路和西交通廣場，而且因前期施工建（構）筑物完成后填埋的大量雜填土、圍護結構等已成為本工程的障礙物，給本次施工帶來較大影響[1-4]，其主要關注點如下：

（a）D17東側為已經建設完成西交通廣場，地塊擬建建筑物部分地下結構將侵入原虹橋西交通廣場停車通道，尤其是原西交通廣場的圍護重力壩體、擋墻結構、擋墻結構的基礎樁、部分停車通道底板與擬建建筑地下結構重合，本次完成后的結構將和西交通廣場停車通道連通。

（b）原西交通廣場擋土墻與待建工程樁的影響：由于存在擋土斜向支撐及底板等構筑物阻礙，擋土墻區域的待建工程樁，其施工方法與施工時機要充分考慮到與本工程的銜接，該區域內的樁基需在拆除擋墻后進行施工，部分樁如與原工程樁相碰（圖2），則需要拔樁處理。

（c）原西交通廣場基坑施工時配筋護坡及放坡回填物整個基坑重合的面積為16 800 m2，且本工程約20%的工程樁在重力壩放坡區域內。重力壩的放坡上配筋護坡混凝土以及放坡回填時較多的建筑垃圾雜物對本工程樁基地下連續墻施工將產生極大影響。

圖2 原有擋土墻與本工程樁基的相互影響

（d）D17地塊的辦公樓基坑離地鐵隧道地下連續墻距離僅為4.3 m，基坑土方開挖后，對地鐵隧道的擾動將是圍繞基坑工程整個過程的關鍵所在。

3 基坑支護設計[5-8]

D17基坑平均開挖深度約為16.00 m，臨近地鐵隧道一側基坑圍護采用厚800 mm地下墻，插入比為1∶1。兩側Φ850 mm三軸攪拌樁槽壁加固；D17東側西交通廣場側，基坑在西交通廣場原有底板下開挖，考慮土體對西廣場結構可能造成的影響，圍護采用Φ1 000 mm硬法咬合樁；D17其余側圍護采用厚800 mm地下連續墻，插入比為1∶0.9（圖3）。

圖3 基坑圍護設計

為減小開挖對軌交運營的影響，整個基坑劃分為A區基坑（遠地鐵隧道側）及B區基坑（近地鐵隧道側），A區采用厚800 mm地下連續墻劃分為A-1、A-2、A-3三個小基坑先期施工，B區同樣采用厚800 mm地下連續墻劃分為B-1、B-2、B-3三個小基坑后期施工。A區基坑設計采用3 道鋼筋混凝土支撐，B區基坑采用1 道混凝土支撐+3 道鋼支撐，鋼支撐采用自動軸力補償系統。

4 關鍵施工技術

4.1 土方開挖及支撐總流程

由于基坑占地面積較大，同時涉及地鐵保護區，根據施工進度、施工階段基坑的穩定性及周邊環境的保護要求，將基坑分為A區及B區，再細分為6 個獨立的小基坑分別進行施工。基坑土方開挖及支撐施工共分 12 個施工階段（圖4）。

圖4 基坑分坑示意

（a）施工A區第1皮土方開挖及支撐施工；

（b）待第1道支撐達到強度后，施工A-2區域第2皮土方開挖及第2道支撐施工直至底板；

（c）待A-2區域底板養護完成后，同時施工A-1、A-3區第2皮土方及支撐施工，A-2區進行結構反筑；

（d）待A-1、A-3區第2道支撐達到強度后，同時施工A-1、A-3區第3皮土方及支撐施工；

（e）待A-1、A-3區第3道支撐形成強度后，開挖第4皮土方及底板施工，A-2區施工BM結構板；

（f）施工A-1、A-3區底板，待A-2區BM結構板達到強度后，開挖B-2區域第1皮土方及第1道混凝土支撐；

（g）A區進行結構反筑，B-2區域開挖第2～5皮土方及鋼支撐施工；

（h）A區進行結構反筑，B-2區施工底板并養護；

（i）待A-1、A-3區施工至BM板結構及B-2區底板養護完成后，同時施工B-1、B-3區第3皮土方及支撐施工；

（j）施工B-1、B-3第4皮土方及鋼支撐；

（k）施工B-1、B-3第5皮土方及底板；

（l）B區結構反筑，待施工至B0板后，拆除A區剩余棧橋，拆除中隔墻完成地下結構。

4.2 土方分塊措施

按照設計流程，在限定的時間內進行土體開挖以及混凝土墊層的施工，以確保基坑的變形在規定的范圍之內，避免因基坑的變形而威脅周邊建筑物、軌交運營、管線的安全。以A 區為例，A-2區分塊如圖5所示，A-1、A-3區分塊如圖6所示。

4.3 A區土方施工措施

根據工況，A區基坑由A-2區最先進行土方開始及支撐施工。A-1、A-3區待A-2區完成結構底板澆筑及混凝土強度達到設計要求75%強度后同步進行土方開挖及支撐施工。A-1、A-3區在施工過程中必須做好聯動，基坑施工進度不得超過1 層土方。

圖5 A-2區分塊示意

圖6 A-1、A-3區分塊示意

同時，A區3 個獨立小基坑的挖土施工過程，必須按“分層、分塊、錯位”工況流水作業，小基坑內相鄰分塊不超過1 個流水工況，土體開挖必須按照“分層、分塊、限時”的原則進行，嚴格確保日出土量2 500 m3。

土方開挖采取1∶1.5邊坡留土，由遠軌交側向至B區側向退挖，以減少A區基坑施工時，對B區土體及隧道區間的影響。同時，為加快施工進度，盡快形成支護體系，避免基坑在無支護的情況下暴露太久，A區混凝土支撐墊層由原C20細石混凝土墊層改為生石灰固化土體后鋪設竹笆，縮短墊層澆筑養護時間達到盡快形成支撐及縮短工期的效果。同時，對第2、3 道混凝土支撐采用提高混凝土標高至C40來使得支撐混凝土盡快達到設計強度。

4.4 B區土方施工措施

由于B區施工場地靠近軌交2號線區間段，故在開挖時考慮土體變化對地鐵隧道側的影響，采用4 道支撐體系，同時，為增加B區基坑的穩定性，鋼支撐均在安裝完成后及時進行軸力補償系統的軸力加設。考慮到B區結構底板施工時間較長，可能導致地下連續墻側向位移形變量較大及對軌交運營的影響較大，在結構底板上側預留第5道鋼管支撐及軸力補償系統。

挖土采用順作法進行施工，挖土施工按“分層、分塊、限時、錯位”工況流水作業。具體的土方施工方法同A區。

4.5 基坑施工特殊措施

4.5.1 扶壁柱施工

本工程自然地坪標高為+4.50 mm（相對標高，下同），第1道混凝土支撐墊層底標高為+2.80 mm。第1道混凝土支撐施工前需完成第1皮土方開挖，挖深為2.50 m。由于該表層土為雜填土，對于該層土體開挖時正直秋冬雨季，在A區進行第1道混凝土支撐施工時第1道支撐上部懸臂土體局部出現開裂現象，存在塌方的險情。針對上述險情，經與設計及時溝通，對第1道支撐上側懸臂土體采用扶壁柱進行加固。同時，為避后續開挖過程中出現類似現象，在后續施工過程中，對首皮土方開挖時，采用了除進行邊坡留土外還進行跳浜開挖及扶壁柱加固等措施，有效提高了該層懸臂土體的穩定性。

4.5.2 局部深坑加強措施

在B區基坑施工過程中，由于業主要求春節前夕完成最后一皮土方開挖（除塔樓范圍局部深坑外）并進行大底板澆筑。但由于春節期間放假無勞動力，局部深坑區域長時間暴露，可能帶來深坑土體隆起和地下承壓水管涌等不可預計的風險，經分析后對局部深坑范圍除進行首次臨時厚200 mm 的C20混凝土墊層澆搗后，在底板施工階段對該區域原墊層基礎上進行Φ12 mm@200 mm雙層雙向鋼筋配筋厚300 mm的 C30混凝土墊層澆搗，鋼筋與非深坑區大底板鋼筋錨固形成臨時底板。然后在該臨時底板上壓重，待節后勞動力充足后再對該局部深坑進行施工。通過上述方案，有效控制了局部深坑范圍的深坑土體隆起和地下承壓水管涌的現象。

5 實施效果

通過與設計作大量的前期溝通，本工程一直較為順利，成為虹橋商務區同期開工工程中第1個結構封頂的工程，設計與施工的結合以及過程中，信息化手段是保障基坑安全的重要手段和措施。工程監測顯示，本工程基坑開挖階段非地鐵隧道側圍護墻累計最大水平位移22.40 mm，靠地鐵隧道側圍護累計最大水平位移15.90 mm。隧道區間及車站累計最大位移8.02 mm，基坑周邊管線最大沉降26.90 mm。在基坑實施過程中，成功地控制了地鐵車站及周邊管線的變形量，日變形量及累計變形量均在設計、監護限度值的范圍內。