在建高層建筑群包圍中的大型深基坑施工技術

鄭信榮 鄭宗揚

1. 上海新長寧集團建筑裝飾實業有限公司 上海 200050；2. 無錫城市重點建設項目管理中心 江蘇 無錫 214031

1 工程概況

1.1 項目簡介

某保障性住房建設項目是上海市長寧區第1塊區內自建的保障性住房工程，屬于本市重點民生工程。該地塊處于南漁浦以東南，協和路以西，仙霞高爾夫練習場以北。本工程占地50 000 m2，總建筑面積約128 000 m2，該項目由12棟13層小高層公寓（地下1層）、大型地下2層車庫、1棟4層公建配套房以及若干沿街商鋪所組成（圖1）。小高層及地下車庫樁基均采用預應力管樁，筏板基礎。基坑呈不規則形狀，尺寸約為150 m 320 m，圍護周長約2 100 m，開挖總面積約28 000 m2，主樓挖深2.55 m，地下2層車庫挖深9 m，局部挖深10 m。

1.2 周邊環境

本工程用地緊張且周邊環境復雜，尤其西側緊靠城市景觀河道，駁岸渠水與蘇州河相通。具體場地環境情況如下：基坑東側靠近協和路，周邊地下管線繁多。距基坑較近的有路燈和信息管線，二者距基坑分別為4、5 m。除此之外還有雨水、污水、煤氣、電力等地下管線，都在基坑影響范圍之內。基坑南側區域屬于市政綠地，距基坑15 m。基坑西側13 m是南漁浦城市河道，其中與基坑最小距離為11 m。河東駁岸采用φ200 mm密排木樁，樁長4 m左右，河渠深度約3 m。基坑西南側是仙霞高爾夫練習場，練習場內有高35 m的鐵塔作為網柱，柱距約18 m，鐵塔基礎與基坑最近距離為7 m。基坑北側緊靠規劃道路，該道路距離基坑4.8 m。在圍護設計時，基坑西側的河道防汛墻及練習場鐵塔基礎需要作為重點保護的對象來考慮。

圖1 基坑平面示意

1.3 工程地質條件

根據工程地質勘查報告，場地較平坦，地貌單一，屬濱海平原地貌類型。地下水屬于潛水類型，初見水位埋深在2.2～4.1 m，穩定水位埋深0.1～1.1 m。基坑開挖深度較大，故必須有針對性的設置抽水井點，適時、適量抽取，從而確保基坑安全。場地內有多處暗浜等不良地質現象存在，暗浜最深處為4.2 m，該區域需進行抽淤換填并采取適當的加強措施。

2 研究難點

1）開挖深度較深，中央大型地下2層車庫大面積開挖深度達9 m（電梯井和集水井等范圍局部還需加深），按上海市基坑規程的規定，整體屬于二級基坑。

2）基坑面積大，施工時若將整個地下室范圍整體開挖，基坑尺寸達150 m 250 m。由于規模大，基坑的空間效應相對較弱，對基坑的穩定和變形控制均不利。

3）地下2層車庫被9幢號樓高層所包圍，號樓建筑單體的基坑又與車庫外墻距離很小，兩兩緊靠。在基坑開挖過程中，基坑圍護體的變形對正在施工高層建筑帶來不利影響，因此給土方開挖帶來了諸多的限制。

4）基坑東側協和路是周邊小區居民主要的出入道路，車流量較大，且地下管線分布較多，基坑施工不能對道路交通和地下管線設施造成影響。應該考慮合理控制圍護體的變形，確保鄰近的設施和建筑物的安全和正常使用。

3 圍護方案的選型

為確保基坑施工既安全又節約成本，根據不同區域的開挖深度和周邊環境的特點，確定了如下2種形式的基坑圍護方案[1-2]：

1）重力壩。2#～10#樓位于地下車庫周圍，號樓基坑開挖深度不到3 m，考慮到等車庫開挖后，場地內施工道路的環通，號樓的基坑采用水泥土攪拌樁重力壩擋墻進行外圍圍護。該支護形式具有許多優點：施工時無振動、無噪聲、無泥漿廢水污染環境；施工操作簡便，成樁工期較短，造價低；基坑開挖時，一般不需要設置支撐，方便挖土；施工工藝成熟，兼備擋土和隔水2種功能。

2）板式支護。地下2層車庫開挖達9 m，深度較深。特別是車庫又緊靠號樓群基礎，故采用板式支護形式（鉆孔灌注樁＋兩軸攪拌樁止水），水平支撐1道，局部開挖深度10 m區域設置第2道水平支撐（圖2）。支撐采用鋼筋混凝土形式。

4 基坑施工

4.1 鉆孔灌注樁圍護施工

鉆孔灌注樁采用φ750、φ850、φ900 mm等3種規格，灌注樁在雙軸止水攪拌樁施工的7 d后穿插進行施工。

1）成孔質量。成孔鉆頭直徑應根據地層特性和設計樁徑合理選定，必須保證成孔直徑達到設計樁徑。選擇平直的鉆桿，尤其要保證主動鉆桿的垂直。鉆進時采用正循環鉆進，自然造漿，一次全面鉆進的施工方法，做到成孔一次不間斷；根據已知土層垂直分布情況，鉆進時應保持低壓慢轉，采用黏度與密度較大泥漿，為防止螺旋孔壁出現，鉆進過程中要適當上下活動鉆頭，修正孔壁。為避免孔斜，在軟、硬地層變換處，要吊打，待鉆頭完全進入新的地層后，再進行正常鉆進。終孔后，要多次提動鉆具掃孔，以利于再次打碎泥塊，清除鉆渣，保證終孔直徑及深度達到設計要求。

圖2 圍護剖面示意

2）清孔質量。清孔分2次進行，一次清孔的目的是為了盡量減少孔內沉渣，以免影響樁端承載力。終孔前，鉆進到最后幾根鉆桿時放慢鉆進速度，邊打邊清孔；終孔后，將鉆頭提離孔底10～20 cm，使用孔內泥漿反復循環，直至泵口基本無大泥塊返出為止，一清即達目的。二次清孔的目的是進一步清理孔底沉渣，降低孔內泥漿相對密度，減少灌注混凝土時的阻力，以利于灌注成樁。二次清孔用大泵量泥漿泵在導管下入孔內后進行，導管離孔底控制在10～20 cm，清孔主要過程中逐步地稀釋泥漿，泥漿相對密度為1.20～1.25，當測定孔內沉渣符合規范要求時，二次清孔即達到要求。清孔后30 min內必須進行混凝土灌注，否則需重新清孔。

3）混凝土質量。混凝土灌注時，要控制混凝土的灌注速度，當混凝土面接近鋼筋籠籠底標高時，一定要緩慢注入預拌混凝土，防止鋼筋籠上浮或下沉。提升導管要平穩，要反復插搗，以保證樁頭頂標高混凝土的強度；灌注過程中，由專人勤測混凝土面上升高度，并結合計算混凝土的使用量，合理拆卸導管，在確認樁頂標高滿足設計要求時，即可停止混凝土灌注；圍護樁混凝土灌注結束后，及時割斷吊筋，抜出護筒。

4.2 兩軸攪拌樁圍護施工

本工程的雙軸攪拌樁主要用于地下車庫鉆孔灌注樁的外側止水、擋土以及號樓的重力壩體和坑內加固等部位。主要施工要求如下：

1）控制水泥摻量，確保土體充分攪拌，嚴格控制下沉速度，使原狀土充分破碎以利于同水泥漿液均勻拌和。

2）壓漿階段不允許發生斷漿現象，輸漿管道不得堵塞，全樁須注漿均勻，不得發生夾心層。

3）樁頂設計標高與施工場地地面標高接近時，應特別注意樁頭的施工質量，攪拌機自地面以下1 m噴漿攪拌提升出地面時，宜用慢速，當噴漿口即將出地面時，宜停止提升，攪拌數秒，以保證樁頭均勻密實。

4.3 深井降水

地下車庫基坑挖深9 m，因此降水方案的選擇尤為重要，采用深井降水。考慮到基坑內支撐等對降水井布置的影響，根據現場實際情況，共布置58口深井，每3口井配置1臺真空泵。

4.4 土方開挖

基坑開挖遵循“時空效應”的原理，施工基坑在開挖時嚴格遵循分塊、分層、對稱的原則進行。由于基坑開挖、坑內卸載，圍護結構產生撓曲，從而導致土層移動。考慮到在這階段，一是主動土壓力對圍護結構逐步增加荷載，二是盡可能縮短基坑無支撐的暴露時間，故采取了以下主要技術措施。

1）根據工程特點分區、分塊、分階段進行土方開挖。先開挖車庫第1道支撐以上和號樓基礎的土方，加快號樓基礎大底板施工，為控制基坑變形贏得寶貴的時間，開挖流程如圖3所示。

圖3 土方開挖流程示意

2）地下車庫較深，基坑土方從南、北兩側向中間對稱開挖，從3個出口出土。同步施工，形成工作面后及時澆筑混凝土支撐。

3）卸土。為保護號樓，減少主樓兩側土體的壓力差，當主樓一側基坑已經開挖而另一側未開挖時，對未開挖一側先挖出基坑邊寬2.5 m、深3.5 m的溝槽，減少了基坑圍護兩側土方對圍護的壓力差，溝槽臨時邊坡坡度大于1∶1.5，如圖4所示。

圖4 保護主樓措施開挖示意

5 主樓和地下車庫結構同步施工進度控制

1）開挖主樓底板底標高時，車庫圍護圈梁支撐可同步施工。

2）主樓基礎底板完成，養護7 d后，如地下車庫條件滿足圍護樁圈梁及支撐強度的設計要求，坑內水位降水到位，可進行地下車庫開挖。

3）車庫基礎底板及傳力帶完成前，主樓同步向上施工，不超過5層頂；車庫中板及傳力帶完成前，主樓同步向上施工不超過8層頂；車庫頂板完成回填土結束前，主樓同步向上施工可至最高層。

4）與此同時，各工況根據監測數據相應調整，監測數據達累計報警值的80%時需預警。分析其原因，如地下車庫開挖對主樓影響較大，則停止主樓向上施工。

6 基坑監測

經專業監測單位監測，圍護墻頂累計垂直和水平最大位移均為9 mm；坑外深層側向變形最大位移20 mm，在深度9 m處發生；周邊管線沉降最大累計值為12.5 mm；各號樓沉降差均未超過8 mm。

各項監測數據結果表明，基坑施工未對在建高層建筑和周邊環境造成任何不良的影響。

7 結語

1）基坑施工中采用分塊、分層、對稱的開挖方式，利用土體平衡的原則和施工進度控制措施，較好地保護了被包圍的在建高層住宅建筑的安全。

2）施工過程中，采用多種工程監測手段。通過監測及時反饋信息，為發現基坑變形規律提供了可靠的數據資料，根據監測結果及時對施工進度和方案進行調整，在整個施工過程沒有出現任何事故，保證了工程的順利進行。