緊鄰地鐵站臺的建筑深基坑土方開挖施工要點

吳春桃 王明章

中建一局集團第一建筑有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海市某商業辦公綜合體項目整個基坑分為5個分區（圖1），①、②區地下室結構由前期施工單位施工完成。③區基坑開挖面積約為4 721 m2，挖深20.02～21.57 m；④區基坑開挖面積約為8 418 m2，挖深19.82～22.32 m；⑤區基坑開挖面積約為554 m2，挖深20.42 m。①、②區與上海軌道交通9號線和13號線站臺僅一墻之隔（圖2），東南側為220 kV區域變電站，地下埋深約19 m，與基坑距離約7 m，周邊地下管線較多，項目北側同為深基坑在施項目。③、④、⑤區基坑施工順序為先開挖③、⑤區，待③、⑤區結構完成至±0.00 m再開挖④區；基坑圍護形式為地下連續墻加內支撐系統。本項目周邊環境保護要求極高，基坑采用盆式開挖，并以對撐抽條的方式開挖[1-3]。

圖1 基坑總平面示意

圖2 基坑與軌交13號線車站位置關系

2 土方開挖前的要點分析和準備

2.1 群井抽水試驗

本項目場地地質條件復雜，開挖深度范圍內存在淤泥質土，土質軟弱。潛水埋深在1.00～2.00 m之間，承壓水位埋深為10.00～10.85 m，含有微承壓含水層，與承壓水層直接聯系，含水量較為豐富，水位埋深約5.3 m。影響土方開挖的最主要條件即降水效果，而降水效果的好壞主要取決于圍護結構的止水和繞流效果。因此，土方開挖前，必須進行群井抽水試驗來驗證：降水設計是否合理，承壓水水位及水力聯系情況，地下連續墻繞流效果，地下連續墻止水效果。下面通過③區群井抽水試驗作簡要分析（圖3）。

圖3 ③區群井試驗平面布置

整個群井試驗持續時間為10 d，從坑內、坑外觀測井的水位變化歷時曲線（圖4、圖5）可看出：

圖4 坑內⑤3層觀測井水位變化

圖5 坑外⑤3層和⑦層 觀測井水位變化

1）坑內第⑤3層觀測井水位變化已基本穩定，坑內整體水位變化呈現一定的規律性，表現為：距離抽水中心越近，水位降幅越大，距離越遠，降幅越小。最終坑內BG2水位埋深降至地面下12 m左右，降幅約4.60 m；J3水位埋深降至地面下10 m左右，降幅約2.70 m。表明降水設計合理。

2）坑外第⑤3層水位下降變幅29～52 cm，變化幅度整體較小，可見基坑圍護結構地下連續墻對第⑤3層微承壓含水層的繞流效果明顯。同時坑內第⑤3層抽水時，坑外第⑦層承壓含水層也有16 cm的水位下降，根據勘察資料，場地第⑤3層和第⑦層直接聯系，上覆第⑤3層含水層水位下降時引起下伏第⑦層的水位下降，說明第⑤3層與第⑦層之間的水力聯系非常密切。

2.2 棧橋優化

深基坑土方開挖速度是保證基坑穩定的重要因素。在土方開挖過程中，由于卸載的原因，基坑會產生較大變形，只有加快土方開挖速度，盡快形成內支撐，才能有效地減輕基坑的變形和對周邊的不利影響。

影響土方開挖速度最重要的一點在于棧橋的設計，棧橋的布置主要取決于土方開挖時取土點的分布，每臺挖土機在一定條件下的工效是基本固定的，挖機的數量＝每層的土方量÷該層土方開挖的計劃工期÷每臺挖機的工效，若棧橋的設計不能滿足計算出的挖機的分布，則需要增加棧橋。

本工程③區原棧橋的布置為十字形布置，整個基坑的東南區域面積較大，小挖機坑內倒運速度慢，嚴重影響挖土的效率，考慮在此處增設棧橋（圖6）。

2.3 土方開挖方式

針對周邊環境復雜的深基坑開挖，尤其是周邊有地鐵、變電站等重要設施的基坑，考慮到基坑的時效影響，縮短基坑暴露時間對于控制圍護墻位移至關重要，因此對大面積基坑工程，應采取分區、分塊、抽條開挖和分段形成支撐的施工方法?；娱_挖有嚴格的限時要求，具體要求為：非地鐵側分塊為30 h，地鐵側分塊為24 h。最后一層土方開挖及墊層澆筑限時總時間：非地鐵側分塊為24 h，地鐵側分塊為16 h。

3 開挖過程中的施工要點

3.1 開挖順序動態調整

棧橋以下的土方受到棧橋的影響，挖機工效降低，原先制訂的分塊抽條對稱開挖方式難以滿足現有工期要求，應在開挖前進行動態調整。調整的原則設定為：每個分塊的挖土量盡量均勻，先開挖對周邊影響較小的分塊，盡快形成對撐，后開挖對周邊影響較大的區域。以③區為例，原土方開挖分塊是由設計單位確定的（圖7），此種開挖分塊難度大，放坡難度大，可操作面小。后調整為圖8的開挖方式，①、②區為已完成結構，鄰近①、②區的分塊相對穩定，因此首先開挖3-1區，再開挖3-2-1區，形成3-1、3-2-1區南北向的水平支撐，再開挖3-2-2區，形成3-1、3-2-2區東西向的水平支撐，最后集中機械資源開挖3-3、3-4區并迅速形成支撐。

圖8 調整后的土方分塊

3.2 土方開挖與支撐施工的配合

為了在土方開挖完成后盡快形成支撐，土方平整、立柱清理、廢樁破除、支撐模板鋪設、圍檁施工、剪刀撐焊接及人員通道設置等工序應及時穿插到土方開挖施工中，施工過程中應安排專員進行跟蹤，否則將會影響整體開挖進度。機械開挖至一定標高后，應立即安排人員清理平整支撐所在位置的土方，盡快鋪設支撐底模、綁扎鋼筋，同時安排人員進行立柱與支撐交界處的清理工作，保證鋼筋順利穿過立柱，形成可靠連接；圍檁吊筋與地下連續墻的縱筋焊接應及時穿插施工；如遇到有廢棄樁，應提前安排機械及人員進行鑿除。

3.3 土方開挖與降水的配合

對于坑內開挖范圍內的潛水，采用真空深井進行疏干處理，為開挖施工提供良好的作業環境。對于影響基坑開挖安全的微承壓含水層，采用深井減壓方式，降低承壓水水頭，對承壓水進行“按需降水”，使基坑免于承壓水突涌威脅。

降水過程中應安排專人巡視，基坑周邊應設置排水溝，排水溝應設置在遠離圍護墻的一側，排水溝應有防水措施，避免排水溝的水滲流到圍護墻內。

挖土期間應注意對降水井的保護，安排專員進行看護，降水井遭到破壞時，應及時安排人員進行修整，降水井口應進行臨時封堵，避免土方開挖過程中泥土掉落到井里，破壞降水效果。

3.4 基坑監測監控措施

本工程開挖深度大、周邊環境復雜，除了基坑本身的監測外，還需要在施工過程中考慮周邊建筑物垂直位移、周邊管線垂直位移、周邊地表沉降、圍護結構垂直水平位移及側向位移、坑外土體深層側向位移、支撐軸力、坑外水位、立柱樁垂直位移、地鐵站臺差異化沉降、變電站環境等的監測。監測數據應各方共享，并及時匯報設計院，基坑開挖過程中發現監測數據異常時，應會同相關人員立即查明原因，并采取有效措施[4-6]。

4 結語

復雜環境下的深基坑開挖，最關鍵的是土方開挖和支撐形成的速度，如何保證土方開挖和支撐形成的速度，取決于基坑開挖的部署和各工序之間的協調配合?；娱_挖過程中，應隨時保持謹慎的態度，注重細節，土方開挖本身工序并不復雜，但影響因素很多，往往會因為很小的細節影響全局，造成不可彌補的損失。在開挖過程中，對各類監測數據應及時分析，隨時掌控基坑的各類動態，及時做好調整，這樣才能順利地完成基坑施工。