高敏感環境下緊鄰運營航站樓的深基坑施工技術

高衛明

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

1.1 工程概述及周邊環境

上海虹橋機場T1航站樓陸側原交通換乘區新建交通中心工程項目由地下2層車庫和地上換乘大廳組成，總建筑面積71 901 m2，其中地下建筑面積65 799 m2、地上建筑面積6 102 m2。

項目周邊環境極其復雜，基坑西側距航站樓B樓及樓前高架僅4.9 m；南側緊鄰機場迎賓一路；西南側緊貼航站樓樓前高架下引橋，部分下引橋柱基礎落于基坑內；東側7.1 m處地面下埋設有機場航油管線；北側為改建中的T1航站樓A樓和在建的新建能源中心。整個施工場地毗鄰航站樓B樓樓前高架，施工期間機場不停航運營、樓前高架上引橋同步實施改造，如圖1所示。

圖1 工程周邊環境示意

1.2 基坑概況

本工程基坑開挖面積約38 400 m2，基坑長約260 m，寬約170 m，開挖深度為10.35 m（局部挖深6.25 m）。基坑支護結構為灌注樁，基坑止水帷幕采用三軸水泥土攪拌樁，被動區土體加固采用高壓旋噴樁，圍護體內設置2道水平支撐。

1.3 工程地質條件

本工程基坑涉及的土層有：①填土、②黏土、③淤泥質粉質黏土、④淤泥質黏土（基坑坑底）、⑤1-1淤泥質粉質黏土、⑤1-2粉質黏土、⑤2-2粉砂，缺失第⑥層暗綠色硬土層，基坑開挖主要處于第③、④層軟弱黏性土層，此層土體易觸變及流變，受擾動后強度極易降低，對基坑變形及周邊環境容易產生不利影響。

2 工程特點及難點

2.1 基坑規模大，可利用場地小且須滿足不停航運營下的交通組織需求

工程紅線內用地面積約為40 000 m2，基坑面積約為38 400 m2，占總場地的96%。除滿足必需的施工場布外，場地內還需提供機場旅客陸側交通換乘區以及連接樓前高架的臨時上引橋所需場地，以保障機場的正常運營，對基坑圍護選型設計和有序施工組織提出了極高的要求。

2.2 基坑毗鄰航站樓樓前高架，施工期間機場不停航運營

工程正對虹橋機場T1航站樓B樓，施工期間航站樓正常運營，機場作為城市對外的一個窗口，現場文明施工要求高，對常規的防塵、防噪聲等方面有著嚴格的控制要求。需要從前期方案設計、施工方案制定、施工組織管理等多方面精心策劃，踐行綠色、安全、文明施工理念。

2.3 基坑周邊環境復雜，保護對象比較特殊

基坑東側緊鄰機場航油管，最短距離僅7.1 m；施工期間航油管為機場正常運營提供燃油保障，不得中斷；基坑西、南、北三側緊靠航站樓樓前高架，樓前高架作為社會車輛進出航站樓的唯一通道，施工期間保持正常通行。復雜的周邊環境，對基坑變形控制和周邊環境保護提出嚴峻的挑戰。

3 基坑圍護選型及布設優化

基于場地內可利用場地面積小但利用需求大、周邊環境復雜且保護要求高等特點，根據基坑變形控制需要，從圍護選型著手，提出了“排樁＋三軸止水”或地下連續墻作圍護體的順作增設支撐棧橋和逆作利用頂板支撐等幾種不同形式的圍護設計和施工方案。結合基坑施工場地內社會車輛通行、進出港旅客換乘組織實施，從技術可行性、施工工期和總造價等方面對上述不同形式的圍護設計方案進行了比對、分析和優化，確定了“排樁＋三軸止水”作圍護體，利用結構梁板作為水平永久支撐的逆作施工圍護設計方案。較常規臨時支撐，提高了圍護體水平支撐剛度，避免了臨時支撐拆除導致的圍護體變形，且能降低建造成本。同時，利用已形成的地下室頂板，增加場地利用面積，滿足旅客換乘和社會車輛交通組織需要。圖2為兼做基坑支撐的首層結構平面布置示意。

圖2 基坑首層結構平面示意

基于逆作施工出土和施工組織考慮，結合地下室設計方案和旅客換乘交通組織流線，對逆作施工取土口進行優化設計，充分利用地下室中部大型采光天井作為基坑天然主取土口，結合地下室四周樓梯通道、局部周邊結構預留洞口等設置輔助取土口，縮短基坑邊側取土距離，提高機械利用率，加快出土速度，減小基坑變形[1-4]。

4 圍護樁基新工藝施工

本工程基坑圍護體采用灌注樁，樁徑700～1 000 mm，樁長14.30～27.55 m。根據土層分布情況及土性特點，常規鉆孔灌注樁的施工質量較難滿足逆作法需求，且易產生大量泥漿，施工噪聲較大，對機場不停航運營有一定的影響。為降低因樁基施工質量造成的基坑風險，滿足文明施工要求，采用鋼筋混凝土壓灌樁施工工藝，即先利用鋼護筒旋轉護壁，再通過專用螺旋鉆鉆至樁底設計深度成孔，然后從鉆具中空管道由底向上連續高壓泵注混凝土至樁頂，形成素混凝土樁，利用螺旋葉片原狀取出置換土，最后“送筋桿”振搗，將整節鋼筋籠插入樁體中，形成鋼筋混凝土灌注樁。壓灌樁施工按照“施一跳二”的方式間隔施工，待48 h后再折返補缺。利用壓灌樁新工藝施工，成樁質量可靠，現場無泥漿排放，節約大量施工用水，同時施工工效大幅提高。

此外，經與設計協商，基礎底板規模化采用獨具一格的“勁性耦合”群樁承臺，承臺中心樁采用鉆孔灌注樁，周邊樁采用預制管樁（竹節樁），通過不同樁型的抗壓及抗拔、抗水平荷載等互補耦合效應來滿足樁承載力以及逆作法所需的“一柱一樁”，同時提高施工效率、減少污染。預制管樁采用新型預應力混凝土異形截面樁，側壁設置橫向或縱向肋增強摩擦力，上下節樁通過卡扣機械連接和專用材料密封形成連續的整體。

5 土體開挖

由于基坑開挖面大、開挖較深，并且臨近運營中航站樓及樓前高架，基坑開挖遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、限時開挖、嚴禁超挖”的原則，做到“分層、分區、分塊、對稱、平衡”，嚴格控制基坑圍護體變形，確保基坑穩定和周邊環境安全。

基坑土方按“頂板、中樓板、底板”分3層進行開挖。首層土明挖，挖深-3.935～-2.935 m，滿足搭設頂板排架的最低凈空要求。基于頂板提供通往樓前高架的臨時鋼便橋基礎，同時作為旅客換乘場地，結合車輛通行和旅客換乘組織流線，將土方開挖分為4個分區，由西向東依次退挖并澆筑形成頂板，如圖3所示。

待頂板形成整體并達到強度后，再進行第2層土開挖，第2、3層土采用盆式暗挖。先盆式開挖1區土，形成中樓板，將基坑化大為小并有效減小基坑長邊，然后同步開挖2區、3區土方，如圖4所示。

圖3 首層土方開挖分區平面示意

圖4 第2、3層土方分區平面示意

中樓板形成后，按照相同的方式進行第3層暗挖。開挖期間確保邊坡留土不小于15 m，墊層澆筑12 h內快速形成，減小圍護樁變形和坑外土體側移，保證基坑施工安全與穩定。

暗挖逆作法可有效隔絕土方開挖機械設備的噪聲和挖土中的揚塵，減輕挖土作業對周邊環境影響；同時通過在施工密閉空間內布設應急照明系統和通風排氣設備，確保封閉狀態下現場正常施工，便于加快土方開挖進度，提高基坑施工效率。

6 重要管線及通道的主、被動保護

6.1 航油管保護

基坑東側綠化區域內分布有1根DN450 mm航油管線，為機場提供燃料動力。航油管南北走向，與基坑邊線平行，與基坑最近距離僅7.1 m，管線埋置深度-1.97 m。為確保機場不停航運營，航油管需正常供油，故施工期間須嚴格控制航油管變形，保護航油管的安全。

施工前，對航油管進行預加固，即在航油管四周設置鋼筋混凝土基礎箱涵，加設蓋板并對航油管進行敷土保護，主動應對基坑開挖中土體變形導致的航油管線變形，同時優化圍護樁基施工流程和土方開挖工藝，盡可能減小土體變形影響，確保對航油管的影響最低。施工期間，實時監測航油管線的變形，結合航油管沉降監測，分階段實施被動控制措施，即當航油管變形達到預警值，對航油管箱涵兩側土體進行雙液注漿加固，提高箱涵底部及兩側土體強度，減緩或控制住航油管沉降變形；當航油管變形沉降接近臨界值，對航油管進行懸吊保護，通過在原鋼筋混凝土箱涵上架設鋼梁，利用鋼絲繩懸吊航油管線，動態控制航油管變形。

6.2 樓前高架下引橋基礎保護

樓前高架由上引橋、直行段、下引橋3個部分組成，社會車輛通過高架橋進出航站樓接送旅客。高架環繞基坑三面，其中4根下引橋柱基礎落于基坑內；為保證基坑施工，原高架橋柱基礎需要鑿除，但出于對航站樓不停航運營的需要，樓前高架需正常通行，施工期間需對樓前高架進行保護。

結合基坑施工需要，對受影響高架正常運營下的柱基礎進行二次托換保護，如圖7所示。施工前，采用鋼立柱樁托換原有高架柱基礎，將高架荷載托換到臨時鋼立柱樁上，并鑿除高架橋柱基礎；待基坑施工完成、主體結構達到強度后，利用結構頂板梁作為高架橋柱永久基礎，在結構頂板梁上重新建高架柱，并對高架橋二次托換，將高架橋荷載轉移到新建高架柱上。托換過程中，結合有限元模擬分析以及現場高架橋動態監測，不斷修正和完善托換方案及保護措施，確保基坑施工過程中樓前高架結構穩定和通行安全。

圖7 下引橋高架兩次托換示意

7 結語

在變形高敏感區、不停航施工前提下，通過對基坑圍護設計優化，在確保基坑穩定的同時，滿足樓前高架通行要求及旅客換乘場地需要。通過采用新型圍護樁基施工工藝，在保證承載力、成樁質量可靠的同時，實現綠色、環保、高效作業。通過優化土體開挖工藝、強化基坑側航油管的主、被動保護以及樓前高架柱的臨時托換技術，保證了基坑施工及周邊環境的安全與穩定，滿足了基坑施工期間機場不停航運營需求，同時也樹立了文明標桿施工形象，為特殊環境、特定需求下的深基坑施工提供了借鑒。