兩相鄰深基坑同步施工關(guān)鍵技術(shù)*

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程概況

外灘國(guó)際金融服務(wù)中心項(xiàng)目位于上海市黃浦區(qū)外灘8-1地塊，東至中山東二路，南至東門(mén)路，西至人民路，北至龍?zhí)堵返暮蠂帲?guī)劃中的楓涇路將基地分隔為南、北2 個(gè)地塊（圖1）。總用地面積為45 471.9 m2，建筑總面積約426 073 m2，地上總建筑面積約269 968 m2，地下建筑面積約156 105 m2。北地塊和南地塊地下室均為4 層，南、北地塊通過(guò)規(guī)劃楓涇路下的3 條地下通道，將2 個(gè)地塊地下室相互連通。

圖1 南北基坑同步施工場(chǎng)景

本工程周邊環(huán)境較為復(fù)雜，變形控制及保護(hù)要求較高。基地四面由中山東二路、東門(mén)路、人民路、龍?zhí)堵? 條市政道路合圍，位于基坑四周的十六鋪交通樞紐、外灘通道與地下空間、老城廂居民區(qū)以及基地四側(cè)的市政道路和市政管線(xiàn)均為本基坑工程的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。

本工程基坑開(kāi)挖深度為20.4～21.9 m，南北區(qū)基坑之間距離為26 m，與基坑深度相當(dāng)，屬于典型的軟土地基兩相鄰深基坑同步施工問(wèn)題，如何確保相鄰基坑的施工安全，將是本工程基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)和土方開(kāi)挖的主要施工難題。

場(chǎng)地地下水類(lèi)型有淺部土層中的潛水和深部土層中的承壓水。因本工程基坑開(kāi)挖深度約為20.4～21.9 m，故淺部的潛水和承壓水均與本工程建設(shè)密切相關(guān)。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，本工程擬建場(chǎng)地在130.45 m深度范圍內(nèi)的地基土大部分區(qū)域?yàn)檎５貙映练e區(qū)，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成。

2 基坑圍護(hù)方案

由于本工程基坑工程開(kāi)工前尚處于建筑方案設(shè)計(jì)階段，無(wú)法確定地下室是否存在勁性結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)梁板大面積缺失等不利逆作施工的因素，同時(shí)如采用逆作法實(shí)施方案，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須待主體地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料基本完整之后方可開(kāi)展，勢(shì)必與主體設(shè)計(jì)進(jìn)度產(chǎn)生較大的矛盾，將較大程度地推遲開(kāi)工日期，延緩整個(gè)工程的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。順作法相對(duì)于逆作法雖然存在著大量的支撐需要施工和拆除[1,2]，但結(jié)合本工程的實(shí)際情況，由于順作法的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與主體設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性較低，受主體設(shè)計(jì)進(jìn)度的制約小，基坑工程有條件盡早開(kāi)工，因此本工程采用順作法設(shè)計(jì)方案。

考慮到基坑開(kāi)挖深度超過(guò) 20.4 m及周邊需保護(hù)對(duì)象眾多，根據(jù)上海軟土地區(qū)已實(shí)施的大量基坑工程的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本工程基坑采用“兩墻合一”的地下連續(xù)墻+5道鋼筋混凝土支撐的支護(hù)體系，如圖2所示。

圖2 基坑支撐剖面

3 相鄰深基坑同步施工影響分析

根據(jù)圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，本工程單個(gè)基坑施工流程為：深井降水（水位降至開(kāi)挖面下1 m）→第1層土方分塊開(kāi)挖、第1道支撐及棧橋混凝土結(jié)構(gòu)施工和養(yǎng)護(hù)→第2層土方分塊開(kāi)挖→第2道支撐混凝土結(jié)構(gòu)施工和養(yǎng)護(hù)→第3層土方分塊開(kāi)挖→第3道支撐混凝土結(jié)構(gòu)施工和養(yǎng)護(hù)→第4層土方分塊開(kāi)挖→第4道支撐混凝土結(jié)構(gòu)施工和養(yǎng)護(hù)→第5層土方分塊開(kāi)挖→第5道支撐混凝土結(jié)構(gòu)施工和養(yǎng)護(hù)→第6層土方分塊開(kāi)挖→墊層施工。

為了較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)南北基坑開(kāi)挖的相互影響，采用大型有限元分析軟件對(duì)南北基坑同步開(kāi)挖、北區(qū)基坑先于南區(qū)開(kāi)挖2 皮土的2 種工況分別進(jìn)行三維有限元分析，為本工程最終采用較為合理的施工工況提供參考。

1）工況一：南北區(qū)基坑同步開(kāi)挖施工。理論計(jì)算結(jié)果表明：本工程基坑普遍區(qū)域挖深為20.4 m，南北坑同步開(kāi)挖至基底時(shí)，南區(qū)地下連續(xù)墻鄰近連通道側(cè)最大水平位移為32.9 mm，北區(qū)地下連續(xù)墻鄰近連通道側(cè)最大水平位移為38.1 mm，連通道區(qū)域土體最大沉降為35.8 m（圖3、圖4）。

圖3 工況一圍護(hù)體側(cè)向變形云圖

圖4 工況一土體豎向位移云圖

2）工況二：北區(qū)基坑先于南區(qū)基坑2 皮土方進(jìn)行開(kāi)挖施工。理論計(jì)算結(jié)果表明：本工程基坑普遍區(qū)域挖深度為20.4 m，南北基坑開(kāi)挖至基底時(shí)，南區(qū)地下連續(xù)墻鄰近連通道側(cè)最大水平位移為32.4 mm，北區(qū)地下連續(xù)墻鄰近連通道側(cè)最大水平位移為39.1 mm，連通道區(qū)域土體最大沉降為35.7 m（圖5、圖6）。

圖5 工況二圍護(hù)體側(cè)向變形云圖

圖6 工況二土體豎向位移云圖

綜上所述，根據(jù)變形計(jì)算結(jié)果，南北基坑的開(kāi)挖對(duì)中間土體的影響較大，在最不利工況下土體沉降達(dá)35.8 mm，建議本工程正式施工之前，將該區(qū)域地下管線(xiàn)全部搬遷，并在基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)此區(qū)域進(jìn)行限載，以保證此區(qū)域的安全性。另外，在南北基坑同步開(kāi)挖、南區(qū)基坑先于北區(qū)基坑開(kāi)挖2 皮土的2 個(gè)工況下，南北基坑中間土體的沉降值介于35.7～35.8 mm之間，變形幾乎相同。

由此可見(jiàn)，南北基坑的先后施工工況對(duì)中間土體的變形、支撐軸力的影響不大。因此，從工期角度考慮，選擇南北基坑同步開(kāi)挖的施工工況，可大大縮短工期。同時(shí)根據(jù)有限元分析，在南北基坑先后開(kāi)挖條件下，南北基坑中間土體均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 相鄰深基坑同步施工技術(shù)

考慮到本工程整個(gè)項(xiàng)目分為南北2 個(gè)地塊，南北地塊之間相隔寬26 m的楓涇路，且北地塊工程與南地塊工程需同步進(jìn)行基坑施工，待南北基坑地下結(jié)構(gòu)完成后，再施工楓涇路中間人行和車(chē)行通道。南北區(qū)挖土流程工況依照先開(kāi)挖北區(qū)基坑土方，后開(kāi)挖南區(qū)基坑土方，南北基坑土方開(kāi)挖以相互不超過(guò)1 層為限定條件，同時(shí)南北兩區(qū)基坑不同時(shí)挖至基坑底部。為加強(qiáng)基坑的整體強(qiáng)度，在南北基坑第1道支撐施工的，同時(shí)施工楓涇路3 個(gè)連通道的第1道混凝土支撐，與南北基坑形成有效連接。待南北基坑地下結(jié)構(gòu)完成后，再施工楓涇路地下連通道的基坑及結(jié)構(gòu)。

5 實(shí)施效果

通過(guò)前期對(duì)兩相鄰深基坑同步施工工況的研究分析，確定了相鄰深基坑相互之間開(kāi)挖不超過(guò)一皮土高差的原則，使得相鄰基坑同步開(kāi)挖的安全風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制，在整個(gè)基坑施工過(guò)程中，未發(fā)生一起安全、質(zhì)量事故，且提前完成了業(yè)主的進(jìn)度要求。周邊保護(hù)建筑物及地下管線(xiàn)的變形均在控制范圍內(nèi)，取得了良好的社會(huì)效益。