復(fù)雜環(huán)境條件下的群坑開挖技術(shù)與基坑變形分析

凌 晨

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

1 研究方向

隨著城市功能的擴(kuò)展、軌道交通的迅速發(fā)展、中心城區(qū)用地逐漸減少，組合多種城市功能的區(qū)域性超大型基坑越來越多，且這些基坑往往與軌交基坑伴生或上下套疊。基坑開挖會導(dǎo)致地層移動，從而使得周邊的建筑物以及地面道路發(fā)生附加變形，當(dāng)附加變形過大時，會引起結(jié)構(gòu)的開裂和破壞。群坑工程中此問題更加突出，因?yàn)椴煌课换拥拈_挖分別引起周邊多層地層的移動，周邊建（構(gòu)）筑物、道路等要受到多次移動的疊加作用，這樣開挖引起的環(huán)境耦合效應(yīng)使得周邊環(huán)境保護(hù)的問題更加突出。群坑的安全隱患主要存在于基坑內(nèi)部后開挖基坑對先開挖基坑的內(nèi)部環(huán)境的影響，以及兩部分基坑共同對外部環(huán)境的影響。對內(nèi)影響主要為對圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系的影響，而對外影響主要為土體的沉降變形以及差異沉降對周邊建（構(gòu)）筑物的影響。通過對比分析，不難發(fā)現(xiàn)基坑及周邊環(huán)境變形與群坑間距成反比，與基坑開挖深度成正比[1,2]。

2 工程介紹

2.1 工程一：上海自然博物館綜合體工程

2.1.1 工程概況

上海自然博物館綜合體工程包括自然博物館工程、軌交13號線1期9標(biāo)段自然博物館站工程、靜安60#地塊工程3個大型工程。自然博物館工程位于整個場區(qū)南側(cè)，開挖面積約15 240 m2，最大開挖長度（南北向）為150 m，最大開挖寬度（東西向）為100 m，開挖深度為13 m。

周邊建筑物離基坑最近處為10m，且存在大量地下管線，周邊環(huán)境復(fù)雜。軌交13號線自然博物館站南端頭井嵌套于自然博物館南側(cè)外墻，即自然博物館外墻在車站南端頭井中穿越。該工程與軌交工程共建，軌交13號線自然博物館站區(qū)間段在自然博物館大基坑底板下方，南北向穿越。靜安60#地塊基坑與自然博物館基坑僅隔著一條山海關(guān)路，間距在20～30 m之間。

2.1.2 圍護(hù)概況

工程樁基均采用鉆孔灌注樁，基坑圍護(hù)采用厚1 000 mm、厚800 mm的“兩墻合一”地下連續(xù)墻作為主體結(jié)構(gòu)地下室外墻的一部分。工程局部圍護(hù)墻邊的加固采用φ850 mm的SMW三軸攪拌樁，局部深坑的加固采用高壓旋噴樁，基坑支撐采用豎向4道鋼筋混凝土支撐體系。

2.1.3 基坑施工流程

由于整個軌交區(qū)間基坑全部包含在自然博物館工程的大基坑中，車站南段與自然博物館同期施工，因此，相鄰基坑施工需根據(jù)挖深及基坑面積等因素先后進(jìn)行施工。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況，車站南段基坑與自然博物館基坑圍護(hù)體系可視為共坑開挖，按共坑同時進(jìn)行支撐設(shè)置，2個基坑開挖時，需相對平衡地進(jìn)行開挖，每層開挖的時間必須嚴(yán)格保持同步。同時，在車站南段與自然博物館基坑開挖過程中，2個基坑之間的分隔地下連續(xù)墻隨現(xiàn)場挖土進(jìn)度同步進(jìn)行鑿除。位于自然博物館下部的明挖區(qū)間待自然博物館基坑挖至底板底后再進(jìn)行支撐施工及挖土施工作業(yè)，與車站南段同步進(jìn)行（圖1）。

圖1 上海自然博物館群坑施工劃分及施工順序示意

2.2 工程二：上海外灘國際金融服務(wù)中心項目

2.2.1 工程概況

上海外灘國際金融服務(wù)中心項目位于黃浦區(qū)繁華地段，共有南、北2個地塊，楓涇路將整個地塊一分為二。總用地面積為45 471.90 m2，其中南區(qū)基坑總面積21 899 m2，總周長572 m。南區(qū)總建筑面積為279 000 m2。

工程四周以道路和歷史建筑為主。道路下有較多的地下管線，基地紅線距離周邊道路、地下管線均較近。基地西側(cè)為城隍廟老建筑，本工程基坑北側(cè)與北地塊基坑連通，基地東側(cè)中山東二路下為外灘地下通道和地下空間。南、北區(qū)地塊之間的間距為26 m（圖2）。

圖2 上海外灘國際金融服務(wù)中心項目平面示意

2.2.2 圍護(hù)概況

工程采用順作法施工。工程樁采用鉆孔灌注樁，采用厚1 000 mm的“兩墻合一”地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)體，地下連續(xù)墻兩側(cè)采用三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，坑內(nèi)被動區(qū)采用三軸水泥土攪拌樁加固。基坑大面挖深21.30 m，局部深坑達(dá)27 m，基坑內(nèi)設(shè)置5道鋼筋混凝土水平支撐體系。

2.2.3 基坑施工流程

整個項目南地塊工程與北地塊工程同步進(jìn)行土方開挖，對人民路的交通將產(chǎn)生非常大的影響，兩側(cè)基坑同時進(jìn)行土方開挖，對基坑也有不利影響。為確保基坑安全，平衡南、北基坑施工進(jìn)度，應(yīng)對南、北2個基坑工程做好施工協(xié)調(diào)，使南、北基坑施工進(jìn)度不超過1層土方開挖。待南、北基坑地下結(jié)構(gòu)完成后，再施工中間人行和車行通道。根據(jù)施工進(jìn)度計劃，南、北2個基坑同時進(jìn)行土方開挖，預(yù)計高峰時段日均出土3 000 m3，整個工期非常緊，因此在施工過程中將與北區(qū)進(jìn)行協(xié)調(diào)，合理出土并盡量往東門路出土，以保證基坑安全穩(wěn)定[3-5]。

2.3 工程三：上海黃浦區(qū)596街坊商辦用房項目

2.3.1 工程概況

上海黃浦區(qū)596街坊商辦用房項目，工程總占地面積為118 66.70 m2。工程中部下方為軌交9號線區(qū)間隧道，南側(cè)為復(fù)興東路，道路下方為復(fù)興東路隧道。S1-B、S2-B基坑邊線距運(yùn)營中的軌交9號線區(qū)間隧道約8 m，該隧道頂部埋深距地面25 m，φ6.50 m，且S1、S2兩個基坑的連通道在隧道上方穿越。S2-A北側(cè)距離復(fù)興東路隧道約8 m，該隧道頂部埋深在26～31 m，φ11 m。工程共分為南、北4個基坑，南北兩大基坑間距約36 m（圖3）。

圖3 上海市黃浦區(qū)596地塊棧橋平面布置

2.3.2 圍護(hù)概況

工程基坑分為S1和S2兩個大基坑，采用明挖順作法進(jìn)行施工，待S1、S2基坑地下結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行2個連通道基坑的開挖。工程樁采用鉆孔灌注樁，基坑采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻成槽前采用三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，連通道基坑周邊圍護(hù)體采用鉆孔灌注樁結(jié)合外側(cè)單排三軸水泥土攪拌樁止水帷幕。S1基坑普通區(qū)域挖深17.50 m，局部深坑挖深20.80 m；S2基坑普通區(qū)域挖深17.65 m，局部深坑挖深21.25 m。基坑內(nèi)豎向設(shè)置5道支撐體系，第1道為混凝土支撐，第2～5道為鋼支撐。

2.3.3 基坑施工流程

工程基坑分S1、S2兩個基坑，以及東側(cè)、西側(cè)連通道。其中S1基坑面積約為4 600 m2，S2基坑面積約為3 200 m2，考慮到對軌交區(qū)間的保護(hù)，將S1基坑分為S1-A（面積3 690 m2）和S1-B（面積903 m2），S2基坑分為S2-A（面積2 244 m2）和S2-B（面積869 m2）。按照先大坑后小坑的順序來實(shí)施，基坑施工先開挖S1-A區(qū)，第2道支撐全部形成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%后再開挖S2-A區(qū)；待S1-A和S2-A區(qū)地下室結(jié)構(gòu)施工至±0.00 m后，再施工鄰近軌交9號線和復(fù)興東路隧道的S1-B、S2-B區(qū)。S1-B和S2-B區(qū)基坑開挖同樣要求錯開施工，即：待S1-B區(qū)第3道支撐全部形成后，再開挖S2-B區(qū)。S1和S2基坑地下結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行2個連通道基坑的開挖。

3 變形數(shù)據(jù)分析

3.1 上海自然博物館綜合體工程

地下連續(xù)墻墻體測斜：測點(diǎn)CX1有最大累計變化值，數(shù)值為29.46 mm。

地下連續(xù)墻墻體垂直水平位移：測點(diǎn)W1有最大累計變化值，數(shù)值為8.77 mm，其他測點(diǎn)累計變化值相對較小，沒有突變情況。

坑外土體分層沉降管：測點(diǎn)TX10有最大累計變化值，數(shù)值為19.88 mm，其他測點(diǎn)累計變化值相對較小，無突變情況。基坑及周邊管線測點(diǎn)布設(shè)如圖4所示。

圖4 上海自然博物館基坑及周邊管線測點(diǎn)布設(shè)

3.2 上海外灘國際金融服務(wù)中心項目

地下連續(xù)墻墻體測斜累計最大值在CX37點(diǎn)，累計位移為53.90 mm。處于中山東一路上的管線沉降測點(diǎn)DL26的累計最大值為45.40 mm。東門路側(cè)大門口地表沉降點(diǎn)的累計最大值為64.00 mm（圖5）。

圖5 上海外灘金融中心部分監(jiān)測點(diǎn)平面布置

3.3 上海黃浦區(qū)596街坊商辦用房項目

地下連續(xù)墻墻體測斜累計最大值為24.13 m，土體沉降變形累計最大值為26.37 m，地表變形累計最大值為36.50 m，上水管線變形累計最大值為25.82 m，天橋沉降變形累計最大值為39.39 mm。

4 結(jié)語

基坑群與軌交共建等形式的復(fù)合群坑整合了整個城市地區(qū)的地下空間，使得各地下空間的功能和效用呈幾何級數(shù)增長，帶動了區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展。但由于工程本身無論是體量還是技術(shù)難度都是普通單坑工程無法比擬的，對基坑自身安全及對周邊環(huán)境影響的控制也十分重要。通過對3個已成功實(shí)踐項目的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)群坑的間距、挖土深度與基坑變形量間存在著一定的關(guān)聯(lián)性。當(dāng)群坑間距越小、挖土深度越深，基坑變形量就越大；而當(dāng)基坑間距達(dá)到挖土深度3倍及以上的坑距時，基坑圍護(hù)的側(cè)向變形、周邊土體沉降、管線沉降等變化則較小，基坑變形較為穩(wěn)定。通過土方開挖優(yōu)化，輔以降水、監(jiān)測控制，可確保群坑施工的安全。通過收集多個群坑工程的相關(guān)數(shù)據(jù)，對這一分析進(jìn)行了很好的補(bǔ)充，為今后同類工程的發(fā)展建設(shè)提供了參考和借鑒[6,7]。