市中心鄰近高架橋的深基坑綜合施工技術

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程概述

上海閘北區嘉里不夜城三期發展項目位于上海火車站南廣場，由北側的天目西路，南、東、西側的共和路、華康路和梅園路圍合的L形地塊。項目主體建筑主要為3 棟高近100 m的辦公樓、1 棟2 層商業裙房及3 層地下室（含一個夾層）組成。總建筑面積143 972.3 m2，其中基坑面積約為12 616 m2，總長約為520 m，基坑形狀呈不規則L形。基礎采用樁基筏板形式，底板厚度1.2～2.4 m。基坑開挖深度為17.0～18.2 m，電梯井、集水井等深坑再落深1.4～3.7 m。基坑安全等級為一級。

1.1 工程地質概況

本工程地基土在基坑開挖深度范圍內，主要以飽和粉性土及飽和淤泥質粉質黏土為主。

其中②3層以砂質粉土為主，且呈松散狀態，基坑開挖時易產生流砂或管涌問題。基坑底部位于第④層淤泥質黏土底部、第⑤層粉質黏土頂部，深基坑開挖后土體會有一定的回彈，對基坑支護結構、周圍鄰近建筑、地下管線有一定影響。

1.2 周邊環境及高架橋概況

本工程西北側為正在營業的不夜城商場（該建筑物與地下室外墻的最小距離約為12 m），東側是為不夜城電話局（該建筑物與地下室外墻的距離約為22 m），南側為高檔住宅區，周邊道路地下存在電話、燃氣、污水、電力、上水、信息等管線，其中天目西路側電纜線與地下室外墻的距離僅為10.6 m。項目北側為交通主干道的天目西路，有連接南北高架的2 個匝道口，地面和高架道路在此交匯，交通繁忙，車輛多。其中安全保護區范圍內最近的橋臺距離本工程地下室外墻約18 m，最遠的橋臺距離本工程地下室外墻約60 m，擋土墻距離本工程地下室外墻最近約18 m。因此在基坑施工過程中對周邊環境安全保護要求相當高。

1.3 圍護設計概況

基坑圍護結構采用厚1 000 mm地下連續墻＋4 道鋼筋混凝土支撐系統的順作法方案。地下連續墻為兩墻合一，墻深32～34 m，共93 幅地下連續墻。為減小地下連續墻成槽對周邊環境的影響，本工程基坑周邊采用Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁作為地下連續墻槽壁加固。坑內被動土采用Φ850 mm@600 mm的三軸水泥土攪拌樁裙邊加固。

本工程基坑支護結構剖面、支撐平面及坑內加固平面示意如圖1所示。

圖1 基坑支護結構示意

2 工程特點與難點

2.1 鄰近高架、保護要求高

工程基坑面積為1.2 萬m2，開挖深度17.20 ～18.40 m。共4 道鋼筋混凝土支撐，屬深基坑施工，尤其基坑北側緊鄰天目西路立交引橋段，地下室外墻與高架橋基坑邊線＜20 m。其高架橋基礎對地層變形是相當敏感的，控制標準相當嚴格[1]。

根據設計要求本工程基坑支護設計時基坑開挖對高架橋影響都按小于10 mm進行控制。因此在基坑施工過程中，對高架橋的沉降及變形控制要求相當嚴格。

2.2 市中心現場施工總體布局要求高

本工程的施工現場場地狹小，紅線圍墻距離基坑地下連續墻邊僅4 m左右，在基礎施工階段基坑開挖面幾乎占據了整個施工場地，沒有空余。而且，基地北側緊鄰天目西路立交引橋段，西側為正在營業的不夜城商場，東側為不夜城電話局及停車場地，三處均無法開設大門，僅能在南側共和路上開設進出大門，造成車輛出入困難，給材料和構件運輸、堆放等工作增加了很大難度，對交通組織要求較高。

2.3 工程量大、工期緊

本工程4 道支撐共計1.2 萬 m3混凝土，5 層土總土方量共計22 萬m3，底板混凝土共計2.2 萬m3。根據業主要求，從挖土至基礎底板完成須在6 個半月的，工期相當緊。

3 關鍵施工技術及高架橋保護措施

3.1 地下連續墻圍護施工保護措施

為減少地下連續墻成槽施工對高架橋的影響，并增強該側地下連續墻的止水性能及施工質量，在鄰近高架橋一側地下連續墻兩側設置Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁槽壁加固，其中坑外一側采用套打、坑內一側采用搭接250 mm。

采用兩噴兩撐施工工藝，水泥摻量為20%，水灰比1.5。坑內設置三軸水泥土攪拌樁坑內加固，加固體寬度為5.65 m，加固范圍為第二道支撐底至基底以下5 m，第二道支撐底至基底范圍內加固體水泥摻量為10%，基底至基底以下5 m范圍內加固體水泥摻量為20%。加固體與地下連續墻之間采用Φ600 mm@400 mm高壓旋噴樁作為填充。

圍護樁總體施工流程如下：地下連續墻兩側槽壁加固→地下連續墻→坑內三軸水泥土攪拌樁裙邊加固→高壓旋噴樁填充

在施工槽壁加固時，針對高架橋一側實施采取“跳打法”。即每施工15 m，跳開20 m，相鄰攪拌樁施工間隔2 d。減少對高架橋及周圍環境的影響。

高架橋一側的地下連續墻不流水施工，并減少墻幅長度，縮短單幅槽段的施工時間，保證1 d完成一幅地下連續墻，施工時“做一跳五”，必須待前一幅地下連續墻混凝土澆筑完成后，方可進行下一幅槽段的施工。單幅連續墻施工嚴格控制在20～24 h之間（成槽至混凝土澆筑完成），在地下連續墻鋼筋籠放置好以后，5～10 輛混凝土攪拌車必須就位等待，同時選2 家混凝土泵站一起供料，以保證混凝土及時連續的供應，盡量在最短的時間內將槽段施工完成[2]。

3.2 混凝土支撐及棧橋優化

3.2.1 棧橋優化

由于紅線圍墻距離基坑地下連續墻邊僅4 m左右，無法沿基坑周邊布置環形車道，且僅能在南側共和路上開設進出大門。因此如何通過合理布置棧橋，以完成基坑挖土及地下室階段場內交通至關重要。

通過與設計單位的積極溝通，對首道支撐棧橋進行了優化調整（圖2）：首先在T1區東西兩側分別設置2 個取土碼頭；增加T1區的取土點。其次將T3、T2區棧橋環通，并將1#、2#大門中間棧橋貫通，增加車輛通行及調頭的場地，使場內施工車輛出入更為便捷；提高通行效率。再次利用原有厚1 m的地下連續墻，在地下連續墻頂上設置鋼筋混凝土架空板，使場地周邊道路寬度增加至5 m，大大緩解了材料堆場過小的問題。

圖2 優化后的支撐棧橋布置示意

3.2.2 增設斜拋撐

由于本工程地下首層層高達7.6 m，拆撐階段為減小地下連續墻跨度，減少對高架橋及周邊環境的影響，經與設計溝通，在地下1層結構梁板上設置1 道鋼管斜撐。鋼管斜撐采用Φ609 mm×10 mm鋼管，鋼材采用Q235B級鋼。換撐圍檁中心標高為－3.95 m。

鋼斜撐的一頭撐在原有鋼筋混凝土圈梁扶壁柱上，另一頭撐在地下2層混凝土結構樓板底座上。鋼斜撐兩端分別焊接在事先預埋在扶壁柱和樓板內700 mm×700 mm的鋼板上。鋼支撐在第二道支撐拆除后，第一道支撐拆除前安裝完畢。安裝時采用塔吊將換撐吊入基坑換撐位置，并搭設臨時架子進行安裝。待地下首層結構完成并達到設計強度后進行拆除。施工地下室頂板時，預先在鋼換撐位置埋設吊鉤，拆除鋼換撐時利用神仙葫蘆進行吊運拆除。

3.3 降水施工保護措施

對坑內淺層土體進行真空疏干降水，按單井有效抽水面積240 m2共設置54 口疏干井，采用多級濾水管，每臺真空泵帶3 口疏干井，真空度不小于0.05 MPa。

由于地下連續墻未完全隔斷地下承壓水層，需對開挖深度以下的承壓水進行“按需減壓”降水，經計算共需要減壓井15 口（同時在基坑外布置4 口承壓水位觀測井），在正式降水運行前利用部分降水井進行群井試抽水試驗，根據抽水量及觀測井的承壓水位，確定開啟的減壓井數量及抽水速率，合理控制承壓水水位，將減壓降水對環境的影響控制到最低程度。尤其針對T1區（靠近高架橋）區域采取提升降壓井的濾頭，從⑦2層調整至⑦1層，減少其對高架橋的影響。

另外在基坑外（靠近高架橋側）專門布置2 口承壓水位觀測井兼做回灌井，以根據地下水位監測結果指導降水運行。同時為確保減壓降水井的不間斷工作，在施工現場配備50 kW備用發電機，保證降水作業的順利進行。

3.4 挖土施工保護措施

在挖土前經心策劃，遵循“盆式開挖、留土護壁、限時對稱開挖”原則，將2～4層土方分為9 大塊20 小塊（圖3），分層分塊進行施工開挖。開挖采用中間先挖、待中間支撐形成后地下連續墻處再抽條挖土，隨挖隨做支撐[3]。合理布置多個出土點，各分塊的挖土、支撐施工進行流水搭接施工，每個出土點布置獨立的土方車輛開行路線，減少運輸距離，減少土方施工的接力傳土能耗，加快開挖速度。

圖3 優化后的挖土分塊（共9 大塊）

為減少對高架橋的影響，對靠近高架橋一側的基坑角部增大留土面積，將8-1、8-2分塊面積增大。并由中部向圍護墻體留護坡退挖。邊坡土體分層高度不大于2 m；抽條寬度不大于30 m；放坡坡度不大于1∶2。

3.5 基礎墊層及底板優化措施

在挖土及施工混凝土支撐時，將原支撐厚100 mm素混凝土墊層底模改為廢舊木模板，大大節約了混凝土用量，降低了費用，而且縮短了混凝土墊層鑿除剝離的時間，縮短了挖土工期，減少了基坑暴露時間，大大降低了對周邊環境的影響。

同時為加快北側鄰近高架橋區域基礎墊層及基礎底板的形成，在原4 條后澆帶基礎上，在T1區域北側增設1 條東西向伸縮后澆帶，縮短施工時間，加快此區域墊層與底板的形成。并將2-1區原素混凝土墊層調整為配筋墊層。

4 監測成果分析

基坑施工的共性在于施工工況中始終存在圍護結構的懸臂狀態，即被動土體挖除階段與支撐體系形成之間的間隙期。此期間為圍護暴露時間，也是對周邊環境影響最大的時間。

這就是基坑開挖中經常運用的時空效應規律，做好監測工作可以合理地利用土體自身在基坑開挖過程中控制土體位移的潛力，從而達到保護周邊環境的目的[4]。

根據第三方監測數據，本工程基礎施工過程中，高架橋監測數據均遠遠小于10 mm的設計值要求。其中高架橋梁最大累計下降量為－4.90 mm，高架橋墩累計沉降量為－5.03 mm。地表沉降最大累計為－10.49 mm，地下水位最大累計量為－82 mm[5-8]。

從基坑開挖至地下室施工結束的整個過程中，成功地控制了高架橋及周邊環境的變形量。

5 結語

本文所描述的工程工期緊張，場地十分狹小，尤其地處鬧市中心，鄰近高架橋，對周邊環境保護要求高，通過在基礎施工階段采取綜合的施工技術及管理手段，將基坑變形控制在可控范圍內，從而較好地保護了原有高架橋，達到了理想的效果，也為今后類似工程提供了成功的借鑒案例。