復雜環(huán)境下與既有運營地鐵車站結(jié)構(gòu)共墻的基坑施工關鍵技術

蔡雷波

1.上海久事置業(yè)有限公司 上海 200002；2.上海市非開挖建造工程技術研究中心 上海 200433

隨著城市地鐵交通線路四通八達，緊鄰地鐵沿線及車站的深基坑項目施工難度和風險在加大，如何有效保護好既有地鐵，做到項目周邊環(huán)境可控，是項目施工過程中不得不考慮的問題。通過在基坑施工過程中增強圍護結(jié)構(gòu)、增加施工輔助性措施等施工關鍵技術，控制基坑變形，避免在基坑施工過程中因基坑變形而導致地面建筑物出現(xiàn)不均勻沉降、開裂及隧道進水等問題，從而減少生命、財產(chǎn)損失[1-3]。

1 工程概況

本項目位于上海市徐匯區(qū)，毗鄰軌道交通12號線嘉善路站。整個地塊場地面積約10 000萬 m2，基坑面積約7 800 m2，其中基坑面積約2 050 m2的地下2層及地上附屬（以下簡稱Ⅰ區(qū)）結(jié)構(gòu)已由地鐵方代建完成，部分地下空間已投入地鐵運營。本次建設區(qū)域基坑面積約5 750 m2（以下簡稱Ⅱ區(qū)），地下室3層結(jié)構(gòu)，基坑開挖深度為15.4～16.3 m，基坑安全等級為一級，基坑的環(huán)境保護等級為一級（圖1）。

圖1 基坑總平面示意

2 地質(zhì)水文情況

2.1 地質(zhì)情況

場地內(nèi)主要分布有③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及④層灰色淤泥質(zhì)黏土，均為抗剪強度較差的流塑狀黏性土，③層和④層總厚度約12.0 m，在基坑開挖時，易發(fā)生蠕變變形，對基坑圍護不利。另外，中間夾雜有③夾灰色砂質(zhì)粉土，層厚約1.5 m，經(jīng)現(xiàn)場注水試驗及室內(nèi)滲透試驗確定該層滲透系數(shù)較大，在水頭壓力作用下，易發(fā)生管涌、流砂等現(xiàn)象（圖2）。

圖2 工程地質(zhì)剖面示意

2.2 水文情況

本工程主要有潛水及承壓水分布，經(jīng)驗算，⑦層承壓水對本基坑不造成突涌威脅。施工前勘察單位已對勘察孔進行回填黏土球密封處理。

2.3 障礙物情況

本場地原為學校舊址，地下基礎尚未清除完畢，分布有大量地下基礎、管線以及人防結(jié)構(gòu)，施工前需要進行探摸并清除。

3 基坑難特點分析

本項目位于市中心，周邊環(huán)境復雜，三面緊鄰居民區(qū)，一側(cè)與地鐵站廳層毗鄰。其次，工程場地內(nèi)部狹小，南、北兩側(cè)基坑與紅線距離僅有4～8 m，扣除基坑施工空間及已由地鐵方代建完成的Ⅰ區(qū)結(jié)構(gòu)，四周僅有2～6 m的空間，無法形成環(huán)通的施工道路，臨設及堆場位置也較難布置。

3.1 與既有地鐵站廳層共墻圍護，受力復雜，環(huán)境保護要求高

Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)采用厚800 mm的臨時地下連續(xù)墻，即共墻進行分隔，Ⅱ區(qū)的基坑土方開挖后需要利用共墻作為支撐點進行臨時支撐體系受力的傳遞（圖3），但是也存在以下問題：

圖3 地鐵Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)剖面示意

1）Ⅱ區(qū)開挖階段地鐵站廳結(jié)構(gòu)部分區(qū)域容易產(chǎn)生應力集中。地鐵站廳為地下2層結(jié)構(gòu)，鄰近共墻區(qū)域有較多降板，并分布有大量電梯井及自動扶梯，Ⅱ區(qū)土方開挖通過臨時支撐體系所傳遞過來的水土壓力在結(jié)構(gòu)變標高及開洞區(qū)域容易形成應力集中。

2）共墻在Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)施工時的受力模式不同。Ⅰ區(qū)施工時，共墻承受基坑外側(cè)的水土壓力，水土壓力呈三角形分布，共墻開挖面以上配筋主要以抗彎為主，且大量設置于迎坑面；在Ⅱ區(qū)施工時，共墻作為水平支撐的受力轉(zhuǎn)換點，承受水平線性荷載，設計復核發(fā)現(xiàn)，在站廳樓板支點位置產(chǎn)生的負彎矩和剪力均較大，原配筋量不能滿足Ⅱ區(qū)受力需求。

3）共墻厚度偏小，難以滿足地鐵提出的變形控制指標。共墻結(jié)構(gòu)需要滿足1/250撓度要求，以及0.14%H（坑深）的水平變形控制指標。臨時地下連續(xù)墻厚度為0.8 m，且地下室結(jié)構(gòu)為3層，有2個支撐點作為受力點。經(jīng)復核，在不采取其他措施的情況下，該區(qū)域的變形控制較難實現(xiàn)。

3.2 周邊建筑物鄰近基坑，淺基礎抗變形能力差

東側(cè)：待建Ⅱ區(qū)與地鐵站廳結(jié)構(gòu)毗鄰，Ⅱ區(qū)地下室距離地鐵隧道下行線外邊線最近34.6 m，處于地鐵保護50.0 m范圍界限內(nèi)。

西側(cè)：地下室外墻距離用地紅線為11.6 m，紅線外即為居民小區(qū)香樟苑，該小區(qū)采用淺基礎形式，經(jīng)檢測，房屋整體向南傾斜，平均傾斜率為0.15%。

南側(cè)：地下室外墻距離用地紅線為5.1～6.2 m，紅線外為祥和公寓及云州商廈，距離本工程地下室外墻為13.7～14.7 m，同樣采用淺基礎形式，經(jīng)檢測，房屋整體向南傾斜，傾斜率為0.26%。

北側(cè)：地下室外墻距離用地紅線為4.2～8.6 m，紅線外為亞太企業(yè)大樓及居民小區(qū)，距離本工程地下室外墻為13.7～14.7 m，經(jīng)檢測，北側(cè)居民小區(qū)整體向南傾斜，各測點傾斜率介于0.38%～0.49%之間，向南平均傾斜率為0.45%。

3.3 可利用場地小，出土難度大

基坑開挖面積約5 750 m2，基坑挖深15.4～15.9 m。軟土地基深基坑施工，土方開挖好壞決定了深基坑工程的成敗。

3.4 圍護施工質(zhì)量要求高

考慮到變形控制要求，圍護采用地下連續(xù)墻（墻底注漿），與地下室內(nèi)襯墻“兩墻合一，即重合墻”，接頭處采用MJS工法旋噴樁止水，槽壁加固采用三軸攪拌樁。設計時考慮了大量三軸攪拌樁地基加固，減小基坑開挖期間變形對周邊的影響。

另外，圍護施工工藝還涉及高壓旋噴、支撐立柱體系等，各項施工工藝大多較為復雜，對包括水泥摻量、水灰比、泵送壓力、垂直度偏差、墻身、墻厚偏差、防漏、防滲、基坑變形等多種施工控制指標參數(shù)要求較高，需在施工中進行嚴格控制。

4 施工關鍵技術

4.1 圍護體系

1）隔離體系：為減小基坑施工對周邊環(huán)境的影響，近紅線處增設1排有效長度為19 m的φ600 mm@800 mm鉆孔灌注樁（323根），隔離控制基坑變形并保護周邊建筑物及管線。

2）支護體系：基坑工程采用共墻和地下連續(xù)墻的圍護形式，共墻其他區(qū)域的地下連續(xù)墻有效長度為37 m，采用厚1 m、強度等級C30、防滲等級P8的混凝土，地下連續(xù)墻間采用鎖口管柔性接頭。

3）槽壁加固：地下連續(xù)墻兩側(cè)槽壁加固采用水泥摻量為20%，有效長度22.4 m的φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，保證地下連續(xù)墻成槽的穩(wěn)定性，防止坍孔對周邊淺基礎房屋和地鐵隧道產(chǎn)生影響。

4）止水體系：地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)采取自防水，Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)新老地下連續(xù)墻兩側(cè)交接處各采用MJS工法旋噴樁進行止水，樁徑2.4 m，搭接0.7 m。

5）加固體系：為保證Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)新老地下連續(xù)墻搭接區(qū)域土體穩(wěn)定，在地下連續(xù)墻接縫處外圍，于南北兩側(cè)各增設3根φ1 000 mm鉆孔灌注樁擋土，保證接縫區(qū)域土體的穩(wěn)定和接縫處的止水效果。

4.2 支撐及棧橋體系

豎向設置3道鋼筋混凝土支撐，支撐采用十字對撐形式，支撐間距按照不大于9 m進行布置，共墻壓頂梁共用，采用植筋方式。

施工場地狹小，需要大量利用棧橋體系進行車輛回轉(zhuǎn)、鋼結(jié)構(gòu)吊裝及堆場、加工場地的布置，故在項目籌劃前期就針對性地優(yōu)化施工棧橋體系，棧橋覆蓋面積占基坑面積的50%，棧橋板厚增至300 mm，格構(gòu)柱增加臨時鋼剪刀撐。

4.3 地鐵共墻受力分析與加強

共墻在Ⅰ區(qū)施工與Ⅱ區(qū)施工時承受荷載發(fā)生變化，另外，Ⅰ區(qū)已建并投入運營的地鐵車站站廳為2層地下室，Ⅱ區(qū)在第2、3道支撐施工時只能在共墻位置處設置2個支撐受力點，2處水平線性荷載不能有效傳遞。

在Ⅱ區(qū)開挖時，為保證基坑開挖的安全，在第2道支撐形成前，在Ⅰ區(qū)地下室區(qū)域設置1道臨時鋼支撐，作為支撐點進行力的傳遞，在減小彎矩的同時也減小剪力，從而滿足要求。

鋼支撐采用φ609 mm×16 mm的鋼管斜換撐，頂部標高同第2道圍檁，端部設置于地下1層降板區(qū)域的梁端部，同時考慮到斜撐的分力會垂直于結(jié)構(gòu)樓板，對樓板有較大豎向荷載，為此在對應斜撐下部設置鋼立柱進行豎向力的傳遞，豎向鋼立柱采用φ609 mm×16 mm鋼管，頂部采用鋼墊塊墊實（圖4）。

圖4 地下室頂板施工時中心島式鋼支撐完成

圖4 待建區(qū)域斜支撐剖面示意

5 輔助性施工應急處理

5.1 劈裂注漿加固地基

基坑土方開挖后，周邊建筑特別是檢驗公司、香樟苑和祥和公寓等多層磚混結(jié)構(gòu)淺基礎房屋累計沉降量較大。截至2018年11月13日，其鄰近建筑物最大一點的豎向沉降量為－53.83 mm。當?shù)?、第4層土開挖時將勢必加大周邊磚混結(jié)構(gòu)建筑的累計沉降。為減緩鄰近建筑物沉降，采用雙液劈裂注漿工藝。

在隔離樁兩側(cè)均進行雙液注漿，首先進行隔離樁與圍護結(jié)構(gòu)間的注漿，增加土體強度，然后再進行房屋基底注漿，注漿采用多次注漿工藝。注漿期間，加強監(jiān)測，一次注漿后土體的上抬量不得達到累計沉降值。當注漿影響其他建筑變形時，應立即停止施工，分析原因并調(diào)整注漿方式。

5.2 增設墊層配筋及提高墊層混凝土標號

為防止因基坑土體隆起，而造成周邊地面的沉降加劇，同時考慮加快基礎底板施工進度，減緩基坑周邊環(huán)境變化，將基礎墊層混凝土標號由C20提高至C25，厚度由200 mm提高至250 mm，并增設φ8 mm@150 mm鋼筋網(wǎng)片。

6 監(jiān)測數(shù)據(jù)

2018年7月15日開始表層土開挖，第1道棧橋支撐施工，2018年10月7日第2道支撐形成，2018年10月8日停工，2018年11月13日復工開挖第3層土，受首屆上海進口商品博覽會影響，停工多達36 d，2018年12月6日第3道支撐形成，2018年12月31日基礎底板澆筑完成。施工周期歷時6個月，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示圍護結(jié)構(gòu)安全可靠。

7 結(jié)語

1）本文通過對毗鄰地鐵站上蓋項目基坑工程結(jié)構(gòu)特點以及周邊復雜環(huán)境的研究，針對性地采用增強圍護體系強度和剛度，增加棧橋利用面積以及引入注漿技術等關鍵技術措施，克服了場地狹小，道路不能環(huán)通，周邊淺基礎房屋沉降以及地鐵運營安全等諸多不利因素，順利地完成了基礎底板混凝土澆筑。

2）目前項目已經(jīng)順利結(jié)構(gòu)封頂，全過程監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，基坑周邊環(huán)境正?？煽?，圍護結(jié)構(gòu)安全可靠，地鐵運營正常有序，實踐效果理想。