緊鄰地鐵和保護建筑的大型深基坑設計與施工管理

李志明

（上海首創正恒置業有限公司，上海 200000）

0 引言

大型深基坑設計與施工是當前建筑工程建設的重要內容，其能有效改變工程基礎支撐環境，提升建筑結構的穩定性、耐久性和安全性。項目施工中，深基坑建設受周圍環境干擾較大，容易因地質、水文、人為因素而產生一系列的病害，影響工程的綜合效益?；诖?，有必要在項目建設初期，進行深基坑支護體系的有效設計，同時在施工中，還應注重土方開挖與支撐施工、專項保護、施工安全的細化管理。本文結合中美信托金融大廈項目建設實際，就緊鄰地鐵和保護建筑的大型深基坑設計與施工管理要展開分析。

1 工程及環境狀況

1.1 工程概況

本項目為中美信托金融大廈項目，建筑總面積122637.47m2，地上23層地下4層。其中基坑開挖區面積約9500m2，基坑最大開挖深度約19m。地下室北側臨近天潼路12號線區間隧道外壁約10.19m。主體采用框架結構體系，地基基礎為樁基礎。地下深基坑項目建設中，采用連續墻兼圍護墻止水帷幕與結構外墻兩墻合一維護支撐形式。項目建設區域位于市中心地鐵沿線，周邊存在優秀歷史保護建筑及蘇州河，同時基坑內有老工程樁等障礙物，這使得深基坑項目施工難度較大，容易對周圍土體造成干擾，綜合考慮基坑周邊環境保護要求，整個基坑分為4個區進行施工。

1.2 環境概況

項目擬建場地位于虹口區，基坑位于吳淞路、蘇州路、乍浦路及天潼路所圍之地。就基坑北側而言，地下室外墻與該側基地紅線最近距離約7.5m，該側地鐵對項目建設影響最為強烈，隧道直徑6200mm，與本項目地下室最近距離約為10m；場地西側、南側與地下室外墻最近距離均為5.0m，其中南側存在蘇州河河底，河堤與基坑的最近距離約為20.0m，河堤內有雙排鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁樁徑為600mm，樁長為18.0m，樁間距為2.0m；東側與地下室外墻最近距離約5.70m，存在多幢建筑物。此外，工程建設區域附近還存在道路、地下管線等構筑物，不同程度的對項目建設造成影響，增加了工程建設難度。

1.3 工程地質條件

項目場地周圍被眾多高層建筑所環繞，場地地勢平坦，地貌形態單一，屬古河道沉積區，地層變化較大，地質條件較為復雜，地層包含人工填土、灰色江灘土、灰色淤泥質黏土、灰色粉質黏土、暗綠～灰綠色粉質粘土、砂質粉土夾粉質砂土、灰色粉砂、含礫細砂夾中粗砂等，整體地層環境較為軟弱，基礎承載能力交叉。此外，地層中存在一定的潛水和承壓水。

2 深基坑支護設計

2.1 圍護結構

本工程擬采用順作法施工，由于基坑北側為地鐵12號線區間隧道，保護要求較高，結合類似面積及開挖深度規模的大量基坑工程實踐，基坑圍護結構考慮采用分區順作法施工。基坑周邊采用'兩墻合一'地下連續墻作為基坑圍護體，該圍護形勢下，地下連續墻在基坑開挖階段發揮著擋土止水的作用，同時在正常使用階段，其可作為地下室結構外墻，對建筑物進行支撐保護[1]。項目深基坑分ABCD四個施工區域，如圖所1示，設計中，于A區和B區，C區和D區之間分別設置1000mm和800mm的地下連續墻作臨時隔斷，以此來減少坑開挖對地鐵隧道的影響；同時采用?850@600三軸水泥土攪拌樁槽壁加固對地鐵隧道側地墻兩側進行加固，其他區域設計?600高壓旋噴樁止水構造，減少基坑降水對地鐵隧道的影響。

圖1 基坑平面

2.2 基坑加固

基坑加固主要是對基坑內部的土體進行加固[2]。在其加固設計中，考慮以下設計要素：①通過采用?850@600三軸水泥土設計攪拌樁滿堂加固形式，對鄰近地鐵側的基坑進行加固，其目的在于減少圍護體的水平位移，實現周邊多層建筑物和市政管線的有效保護。②加固范圍設計中，要求對第一道支撐底至基底以下12.0m實施加固，加固過程中，第一道支撐底與第二道支撐水泥摻量控制在10%；而第二道支撐下水泥摻量需控制在20%。③加固強度設計中，要求加固28d后，土體無側限抗壓強度最低保持在0.8MPa。④土體加固采用三軸水泥土攪拌樁，要求攪樁采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥加工而成，加工中使用二噴二攪工藝，加固成型墻體抗滲系數10-6～10-7cm/sec。

2.3 水平支撐體系

水平支撐分區域進行設計，在A區及B區內，采用對稱形式布置四道鋼筋混凝土進行加固，其中，第一道支撐混凝土強度為C30；后續支撐混凝土強度為C40；確保AB區主筋保護層厚度控制在30mm，并對支撐桿件截面尺寸、強度等級、中心標高等指標進行合理規劃，如表1所示。C、D區設計中，采用一道鋼筋混凝土水平支撐和兩道水平鋼管支撐體系。鋼管支撐的鋼材選用Q345B。

表1 AB區水平支撐體系構件控制標準

2.4 豎向支撐體系

豎向支撐采用鉆孔灌注樁內插角鋼格構柱的支撐立柱樁的設計，立柱樁包含利用的主體結構工程樁作為立柱樁和增打立柱樁，增打的立柱樁采用?800的鉆孔灌注樁設計，要求樁身混凝土強度保持為C30。鋼立柱規格設計中，于A區及B區內使用4L180×16角鋼格構柱，而在D區，使用4L125×12角鋼格構柱，確保鋼材型號均為Q345B鋼。待支撐完成后，對支撐效果進行檢查，確保其滿足設計標準后，按照分區、分塊、分層的原則，進行地下土方開挖施工。

3 土方開挖與支撐施工

3.1 預降水

本項目土方開挖中，分四個小坑逐個施工，同時施工區域地質環境較為復雜，土層內含水量豐富，存在承壓水問題。項目中，承壓水容易對基坑底板的穩定性產生不利影響，故而需要進行預降水施工的有效處理。施工中，項目采用泄壓井進行降低承壓水的工作。在降水經設計中，進行真空深井和泄壓管井的系統計算，然后以此為基礎，進行降水井布設。就降水井位置而言，要求其避開支撐、工程樁、立柱樁和坑底的抽條加固區，同時盡量靠近支撐以便井口固定。泄壓井還須避開主體結構墻柱、支撐棧橋；此外按照設計標準進行降水井構造的合理施工，該環節中，要求井口高出地面0.5m，避免污水流入其中，同時井深不小于2m，井管壁采用焊接鋼管的建設形式，確保井壁厚度滿足項目設計要求；此外，進行過濾器、沉淀管、填濾料的有效處理，確保降水井滿足項目建設需要，實現地層富水的有效處理[3]。

3.2 挖土與支撐

土方開挖按照分區、分層開挖的施工方式，并且在單層開挖中，按照“先遠后近”分區盆式開挖支撐施工，邊挖邊澆搗鋼混凝土支撐。在開挖過程中，為避免對周圍構筑物、管線和環境造成影響，嚴格按照施工方案的規定進行施工，在開挖前，進行定位控制線、標高控制樁的再次復核，采用混凝土支撐時，只有當混凝土支撐強度達到設計標準的80%后，才可進行下層開挖；開挖施工中，對定位樁、軸線樁、水準基樁等要素進行重點監測，避免土方超挖，同時當距坑底開挖完成面標高300mm時，采取人工修土至設計標高的方式，此外，在開挖時，嚴禁基坑周邊堆放重物，需將基坑邊物體荷載控制在20kN/m2以內。

本項目支護包含混凝土支護和鋼支護良好總形態。就混凝土支護施工面而言，需進行其模板、混凝土支撐鋼筋、混凝土澆筑工程的有效管理。就混凝土澆筑模板施工，要求設計圖尺寸現場定位放樣，同時做好底模、支撐截面寬的有效管理，底模寬度須大于支撐截面寬每邊150～200mm，同時標高一致，表面平整；而在鋼筋工程建設中，要求采用機械連接方式，接頭在同一斷面處數量不超過50%，同時鋼筋遇到立柱時，應盡量穿過去；混凝土澆筑施工需做好試塊強度測試，要求混凝土強度達到80%后，開始進行下層土方開挖。鋼支撐按照分次施加軸力的方式進行施工，結合項目建設需要，單次軸力施加需控制在500kN或1000kN[4]。

4 歷史建筑的專項保護措施

由于項目位于虹口區市中心地段，周邊存在優秀歷史保護建筑及蘇州河。深基坑項目施工存在一定振動，容易對周圍建筑物造成影響，要求施工人員詳細閱讀、熟悉掌握建設單位提供的圖紙資料，并召開施工會議，探討對歷史建筑的保護方法。對歷史建筑進行專項保護。

例如：基坑北側地下室外墻與該側基地紅線最近距離約7.5m，該側項目建設對地鐵影響強烈，對此，將臨近地鐵的基坑監測作為項目專項施工的重點，實現水平位移、沉降及應力狀況的有效監測，避免項目施工對臨近建筑物形成影響。

同時還根據不同建筑物的結構特征，匯總單體建筑不同位置處的沉降變形資料和信息，及時提交施工方，以便迅速采取針對措施，當建筑物沉降速率較大或不均勻沉降比率較大時，通知業主并加大監測頻率，或者增加其他監測手段，如在裂縫處補貼石膏餅、安裝裂縫監測儀等，針對四個小基坑，分批按順序一個一個坑地施工至正負零。同樣還要求在施工過程中，對現場施工技術負責人，工地主管，班組長的責任進行劃分，同時建立“保護公共事業管線責任制”，明確管理人員責任，進行施工過程的全面追蹤和監測，要求在各監測項目測點布設位置及密度管理中，要進行圍護結構類型、基坑開挖順序、被保護對象特性的有效分析，同時當達到報警值時，查找原因，調整施工順序和流程或報設計、監理等單位共同研究處理方案，減少施工過程對周圍環境的影響。

5 施工安全控制措施

基于工程建設的復雜性，需進行施工安全的有效管理。本項目建設中，為進一步提升安全施工水平，在項目建設初期，系統設置安全文明生產管理目標，然后進行施工過程的全程監管，主要監管內容包含強圍護墻體的水平位移及沉降位移、支撐軸力、坑外地下水位、基坑周圍土體地表沉降及基坑內立柱樁沉降、蘇州河防汛墻沉降等諸多要素，同時結合工藝要點，系統化的進行沉降和位移處理，同時系統設置安全管理機構，明確機構職責，并就人員、設備、電氣、環境等要素進行全面管理，有效的提升了施工安全控制管理質量，促進了項目建設工作的有序開展。

6 結論

大型深基坑項目建設受周圍環境影響明顯。在中美信托金融大廈項目建設中，緊鄰地鐵和保護建筑對于項目施工造成諸多阻礙。項目建設基于工程環境，不僅進行圍護結構、基坑加固、水平支撐體系、豎向支撐的系統設計，而且統籌土方開挖與支撐施工過程，并進行歷史建筑的專項保護和安全管理，有效的提升了工程建設質量。

針對復地質環境下的深基坑項目建設，充分考慮工程就建設環境和建設特征，進行項目設計、施工的全過程管理，有效的提升深基坑建設質量，進而促進建筑工程行業的有序發展。