軟土地質(zhì)深大基坑分區(qū)施工控制技術(shù)

俞建強(qiáng)

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 概述

根據(jù)上海地區(qū)施工及監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)湫推拭娴幕訉挾扰c開(kāi)挖深度的比值不小于5時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部至坑底以下2.5倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)將出現(xiàn)較為明顯的大規(guī)模土體位移場(chǎng)，坑內(nèi)土體塑性隆起效應(yīng)明顯，從而引起坑外地表沉降增大，且地表沉降影響范圍增大至3～4倍開(kāi)挖深度[1-3]。對(duì)于特定的基坑工程而言，其開(kāi)挖深度是一定的，只有通過(guò)改變其典型斷面的開(kāi)挖寬度來(lái)控制基坑變形，而當(dāng)基坑寬度不超過(guò)20 m時(shí)，采用對(duì)撐可有效地控制基坑變形。

2 深大基坑分區(qū)支護(hù)的設(shè)置原則

當(dāng)對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)要求較高時(shí)，特別是在緊鄰地鐵等城市重要交通線的軟土地質(zhì)深大基坑工程施工中，為達(dá)到基坑微變形控制要求，一般均采用設(shè)置分期墻的方法進(jìn)行深大基坑分區(qū)支護(hù)。上海市靜安大中里綜合發(fā)展項(xiàng)目40#地塊內(nèi)含多棟塔樓，主塔樓多位于場(chǎng)地中心區(qū)域，周邊2條地鐵環(huán)繞，裙房4層，地下結(jié)構(gòu)面積較大。基坑開(kāi)挖面積約53 000 m2，開(kāi)挖深度15.60～23.50 m，整個(gè)地下室周邊采用厚1 m的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用分區(qū)開(kāi)挖方式進(jìn)行施工，考慮到基坑場(chǎng)地用地較緊張且周邊居民建筑距離基坑較近，對(duì)施工噪聲及揚(yáng)塵等的控制要求較高，結(jié)合工期進(jìn)度要求，將基坑劃分成13個(gè)分區(qū)，最大分區(qū)面積為12 000 m2，鄰近地鐵的分區(qū)面積約為1 000 m2。

根據(jù)上海軟土地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，隨著深基坑開(kāi)挖寬度B的擴(kuò)大，深層土體對(duì)基坑開(kāi)挖的敏感度增加，引起的地表沉降范圍逐漸擴(kuò)展。在基坑寬深比不大于2.5時(shí)，深層土體的位移不明顯，基坑變形影響范圍及程度相對(duì)較小；在基坑寬深比在2.5～5.0之間時(shí)，深層土體移動(dòng)的影響開(kāi)始明顯；當(dāng)基坑寬深比大于5.0時(shí)，深層土體的影響將非常大。可見(jiàn)，深大基坑分區(qū)施工控制的理想狀態(tài)是將分坑寬深比控制在臨界值（即2.5）以下。

總結(jié)目前的基坑分區(qū)經(jīng)驗(yàn)，在主變形影響剖面上的基坑寬深比滿足要求時(shí)，基坑的變形控制仍可達(dá)到較為理想的效果，但分區(qū)面積不能太大。因此，深大基坑平面分區(qū)技術(shù)在工程實(shí)踐中一般按照面積進(jìn)行分區(qū)控制（圖1）[3-5]：保護(hù)性狹長(zhǎng)分區(qū)短邊不超過(guò)20 m，分區(qū)面積控制在約1 000 m2，一般情況下也要求長(zhǎng)邊不大于50 m；中等分區(qū)面積控制在2 000～6 000 m2；大分區(qū)面積控制在約10 000 m2；特殊情況下大分區(qū)面積可劃分到20 000 m2左右。一般緊鄰地鐵線路的深大基坑一側(cè)均需設(shè)置保護(hù)性狹長(zhǎng)分區(qū)，而緊鄰保護(hù)建筑物的深大基坑一側(cè)則應(yīng)根據(jù)需要確定是否設(shè)置保護(hù)性分區(qū)，無(wú)需設(shè)置狹長(zhǎng)小分區(qū)時(shí)一般宜采取中等分區(qū)。上述分區(qū)的面積可根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整幅度不宜超過(guò)1.3[6-7]。

3 深大基坑分區(qū)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 分區(qū)施工流程

基坑分區(qū)施工流程按照先大分區(qū)后小分區(qū)、先順作后逆作、對(duì)稱間隔開(kāi)挖的原則進(jìn)行。綜合考慮工期、安全等要求，背景工程分區(qū)（圖2、圖3）施工流程如下：

圖1 深大基坑平面分區(qū)示意

圖2 背景工程基坑分區(qū)平面

圖3 分區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)

1）考慮地鐵車站（軌道交通13號(hào)線南京西路站）竣工節(jié)點(diǎn)，車站基坑分區(qū)先行開(kāi)挖。地鐵車站一期B2層板完成后，開(kāi)挖2-a區(qū)及地鐵車站二期。

2）地鐵車站一期（北端頭井）±0.00 m以下結(jié)構(gòu)完成后，1-e1區(qū)開(kāi)始挖土。1-e1區(qū)底板完成后，開(kāi)挖1-e2區(qū)。

3）車站二期B2層完成，且2-a區(qū)底板完成后再整體開(kāi)挖施工1-a區(qū)與車站三期基坑，同時(shí)1-c區(qū)開(kāi)始挖土。

4）1-a、2-a、1-c、1-e1、1-e2各分區(qū)底板均完成后，開(kāi)始開(kāi)挖2-b區(qū)和1-b區(qū)基坑。1-c區(qū)挖土結(jié)束后開(kāi)始1-d區(qū)基坑開(kāi)挖。

5）1-b區(qū)、1-d區(qū)基坑底板完成且地鐵車站中間段結(jié)構(gòu)完成后，恢復(fù)西側(cè)市政道路交通，依次開(kāi)挖3區(qū)。

3.2 基坑分區(qū)施工階段的土方開(kāi)挖

根據(jù)圍護(hù)支撐情況，各基坑遵循“分層、分塊、盡早形成支撐或底板”的原則，將各基坑每層土方分成若干塊按次序進(jìn)行開(kāi)挖（其中1-a、1-b、1-c、1-d、2-a、2-b、3、4區(qū)采用分塊盆式開(kāi)挖，1-e1、1-e2區(qū)采用分塊逐條開(kāi)挖）。

在順作分區(qū)中，第1層土方采用大開(kāi)挖，一般分成5塊左右進(jìn)行開(kāi)挖；對(duì)應(yīng)中間層土方采用盆式開(kāi)挖結(jié)合設(shè)計(jì)分塊的方式挖至相應(yīng)的支撐底標(biāo)高，先施工中部的對(duì)撐，再分塊依次開(kāi)挖基坑周邊土方，每塊土方開(kāi)挖后及時(shí)澆筑支撐，完成與先施工支撐的對(duì)接受力，確保基坑周邊每一開(kāi)挖區(qū)域的支撐在土方開(kāi)挖后30 h之內(nèi)形成。最后一層土方開(kāi)挖則根據(jù)底板后澆帶劃分，先開(kāi)挖周邊區(qū)域的土方并施工墊層，最后開(kāi)挖中心區(qū)域并施工墊層。緊鄰地鐵側(cè)的土方坡頂大于20 m，坡底大于30 m，高寬比小于1∶2，其余側(cè)的邊坡土方坡頂大于15 m，坡底大于23 m，高寬比小于1∶2。

在緊鄰地鐵的1-e1和1-e2保護(hù)性小分區(qū)內(nèi)，第1層土方采用大開(kāi)挖方式，第2～4道支撐結(jié)合設(shè)計(jì)分塊抽條開(kāi)挖（圖4），并按照分塊寬度由中間向兩側(cè)對(duì)稱開(kāi)挖至相應(yīng)支撐底標(biāo)高，按設(shè)計(jì)圖紙每開(kāi)挖一分塊即可澆筑1道對(duì)撐；因基坑面積不大，待挖至坑底后隨即澆筑墊層，基坑底板須一次性澆筑完成。

圖4 保護(hù)性分區(qū)抽條開(kāi)挖示意

在3區(qū)逆作施工時(shí)，每個(gè)分區(qū)根據(jù)出土口留設(shè)及挖土順序加以細(xì)化分塊，挖土分塊大小配合臨時(shí)封堵墻切割拆除工作量，除3-4區(qū)外，分塊面積基本控制在500～600 m2；全部土方分層均采用盆式開(kāi)挖。

3.3 基于分區(qū)開(kāi)挖的場(chǎng)地布置優(yōu)化

在深大基坑分區(qū)開(kāi)挖過(guò)程中，各分區(qū)開(kāi)挖順序不同，也可能采用不同的工藝，在平面上又存在交叉作業(yè)階段，對(duì)施工階段的場(chǎng)地布置提出了挑戰(zhàn)。對(duì)小基坑而言，其場(chǎng)地布置在整個(gè)基坑開(kāi)挖階段變化不大，但對(duì)于深大基坑工程而言，其場(chǎng)地布置將隨著基坑分區(qū)的次第施工而發(fā)生改變，特別是場(chǎng)內(nèi)施工道路的變動(dòng)將非常大。當(dāng)基坑施工有可能影響鄰近城市干線交通時(shí)，場(chǎng)內(nèi)交通受到場(chǎng)外的影響，其場(chǎng)地布置將綜合考慮內(nèi)外場(chǎng)通行順暢的要求進(jìn)行優(yōu)化。

在基坑分區(qū)采用順作工藝時(shí)，各順作基坑的棧橋布置應(yīng)與施工流程相互協(xié)調(diào)，如需利用回筑階段的地下室頂板作為行車道路，則棧橋拆除工序應(yīng)滿足地下室頂板完成前的通行需要。當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)有足夠的空地時(shí)，辦公區(qū)及工人宿舍等臨時(shí)設(shè)施多設(shè)置在該區(qū)域內(nèi)，但應(yīng)滿足坑邊堆載限值要求；當(dāng)場(chǎng)地?zé)o足夠空間時(shí)，臨時(shí)設(shè)施可設(shè)置在最后開(kāi)挖的較大基坑分區(qū)內(nèi)，待先開(kāi)挖的分區(qū)上部結(jié)構(gòu)完成到一定階段后再搬至先開(kāi)挖分區(qū)結(jié)構(gòu)內(nèi)，但應(yīng)滿足防護(hù)要求。需要在場(chǎng)內(nèi)提供道路通行功能的深大基坑項(xiàng)目，道路區(qū)域宜設(shè)置分期墻單獨(dú)成區(qū)，且開(kāi)挖時(shí)間應(yīng)考慮場(chǎng)內(nèi)外交通的協(xié)調(diào)。

背景工程3區(qū)貫通整個(gè)基坑平面，其前期作為場(chǎng)地內(nèi)的重要交通干道，在正式施工時(shí)則充分利用已形成的地下室頂板進(jìn)行場(chǎng)地布置：在整個(gè)項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)，3區(qū)端頭的1-e1及1-e2區(qū)的地下結(jié)構(gòu)此時(shí)已全部完成，其頂板可作為臨時(shí)生活設(shè)施主要布置區(qū)域。同時(shí)，通過(guò)增設(shè)出入口，充分利用中部2-a區(qū)已完成的地下室頂板和塔樓以及在開(kāi)挖過(guò)程中陸續(xù)完成的1-a區(qū)、2-b區(qū)地下結(jié)構(gòu)頂板，作為材料堆場(chǎng)、辦公設(shè)施及車輛通行路線的布置區(qū)域。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)深大基坑工程分區(qū)施工中存在的分區(qū)規(guī)模劃分、分區(qū)施工順序確定及復(fù)雜場(chǎng)布安排等問(wèn)題，本文對(duì)緊鄰城市交通線的復(fù)雜環(huán)境深大基坑分區(qū)開(kāi)挖綠色施工技術(shù)進(jìn)行研究，依托背景工程深大基坑的工程示范，對(duì)分坑施工關(guān)鍵控制措施進(jìn)行了介紹，合理的工序搭接、分區(qū)尺寸和分區(qū)施工順序可有效滿足眾多分坑條件下基坑施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性要求，確保各分坑交叉作業(yè)的順利實(shí)施。