復(fù)雜環(huán)境條件下狹長深基坑無棧橋快速施工技術(shù)

劉 祥

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、中心城區(qū)道路增多、人流物流聚集，住房擁擠、用地緊張等問題日益凸顯。地下空間以其不占用地面積和環(huán)境影響小的優(yōu)勢，成為城市未來發(fā)展和建設(shè)的選擇[1]。上海市位于長江入海口，其土質(zhì)松軟、壓縮性高、固結(jié)系數(shù)小、擾動(dòng)性大，屬于典型的軟土，在地下空間施工過程中易發(fā)生較大的形變，對周圍環(huán)境的安全和正常運(yùn)行造成較大的影響[2-3]。

本文將以上海城市中心區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的某一狹長深基坑工程為例，重點(diǎn)研究分析其快速施工及監(jiān)測技術(shù)，以期為同類工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑規(guī)模

背景工程位于上海市浦東新區(qū)張江高科技園區(qū)內(nèi)，由哥白尼路、新盛路及上海市檢測中心一期實(shí)驗(yàn)樓所圍合（圖1）。該項(xiàng)目含整體1層地下室，樁筏基礎(chǔ)。主體基坑為長條狀，南北短邊方向約65 m，東西長邊方向約254 m，總開挖面積為16 876 m2。該基坑普遍開挖深度為6.65～7.95 m，深坑開挖深度為10.3 m，安全等級為二級。

圖1 工程總平面示意

1.2 周邊環(huán)境

基坑北面為既有上海市檢測中心一期實(shí)驗(yàn)樓，距離開挖邊線約15 m；基坑南面鄰近新盛路，距離開挖邊線約14 m；基坑西面為既有上海市檢測中心生物與安全實(shí)驗(yàn)室，距離開挖邊線約12 m；基坑?xùn)|面為哥白尼路，距離開挖邊線約20 m；基坑?xùn)|北角距既有上海市檢測中心實(shí)驗(yàn)室約7 m。該項(xiàng)目鄰近道路地面下遍布電力、煤氣、給水、通信、雨污水、生活污水等市政管線，場地環(huán)境復(fù)雜，保護(hù)要求高。

1.3 工程地質(zhì)條件

該基坑涉及土層自上而下依次為：①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1黏土、⑤2砂質(zhì)粉土、⑤3-1粉質(zhì)黏土、⑤3-2砂質(zhì)粉土、⑦1砂質(zhì)粉土、⑦2粉砂、⑧粉質(zhì)黏土、⑨粉砂。根據(jù)水文勘探報(bào)告，該基坑工程場地深度范圍內(nèi)地下水主要包括淺部土層的潛水和深部土層的承壓水。由該項(xiàng)目基坑挖深可知，淺部土層的潛水將影響基坑工程的安全施工。

2 工程重、難點(diǎn)分析

1）本基坑工程面積較大，南側(cè)距圍墻較近，北側(cè)和西側(cè)距既有建筑物約10 m，周邊可利用場地受到很大限制，施工過程場布困難。

2）本工程僅在新盛路一側(cè)開設(shè)供施工車輛進(jìn)出的1#門，基坑開挖過程中便道無法形成環(huán)路，施工車輛不能雙向行駛，運(yùn)輸效率大打折扣。

3）各類市政管線在基坑附近縱橫交錯(cuò)，易受到基坑開挖的擾動(dòng)；此外，既有建筑物環(huán)繞基坑周圍，最近距離為7 m，施工過程需保證其正常使用，對基坑變形、對撐形成速度和文明施工建設(shè)要求高。

3 基坑關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)是基坑支護(hù)體系的基本要素，其設(shè)計(jì)形式和施工質(zhì)量將直接影響基坑工程的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及施工便利性。由于開挖深度范圍內(nèi)存在淺部土層的潛水，為限制地下水對基坑造成不良影響的程度，本基坑選用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H700 mm×300 mm型鋼的SMW工法樁作為止水帷幕，電梯井、集水井等局部深坑選用雙軸攪拌樁圍護(hù)并采用壓密注漿封底。其中，三軸水泥土攪拌樁插入基坑底以下8～16 m，以滿足基坑抗隆起要求，且選取全斷面跳槽式雙孔全套復(fù)攪式連接工藝（圖2），保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。

圖2 跳槽式雙孔全套復(fù)攪式連接工藝

此外，為滿足超長密集內(nèi)插型鋼的拼接平整度及焊縫質(zhì)量，本工程選用優(yōu)質(zhì)平整硬化場地和精密測量儀，分批多次焊接并嚴(yán)格控制施工時(shí)間，以確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和施工效率。

3.2 支撐體系

支撐結(jié)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成整體傳力體系，通過優(yōu)化支撐設(shè)計(jì)，既可保證土方開挖后土壓力的有效傳遞，又可保證出土效率。

本項(xiàng)目結(jié)合工程實(shí)際，創(chuàng)新性地設(shè)置1道無棧橋鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐，采用了對撐結(jié)合角撐、邊桁架的形式（圖3），留出中間大面積出土口。此種設(shè)計(jì)形式一方面充分保證了基坑支護(hù)的安全性，另一方面有效節(jié)約了工程造價(jià)，提高土方開挖與運(yùn)輸效率，符合綠色施工的理念。

圖3 基坑水平內(nèi)支撐體系平面示意

在地下室底板施工完成之后，搭設(shè)預(yù)應(yīng)力H型鋼斜拋撐。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定替換水平內(nèi)支撐的時(shí)間和順序（圖4），在保證基坑側(cè)向變形得到有效控制的情況下，進(jìn)行B0板施工，并在基坑回填完成后割除預(yù)應(yīng)力H型鋼斜拋撐。

圖4 斜拋撐替換水平支撐

3.3 施工技術(shù)

本基坑關(guān)鍵施工流程為：整體地下室圍護(hù)體系施工→第1層土方開挖→水平內(nèi)支撐施工→第2層土方開挖→地下室底板施工→斜拋撐施工→拆除水平內(nèi)支撐→B0板施工。選擇合理的施工技術(shù)是保證施工流程順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。

3.3.1 基坑區(qū)域劃分

理論研究和實(shí)測數(shù)據(jù)表明，大面積軟土深基坑與窄小基坑相比，其坑周地表最大沉降量由圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平側(cè)移量的0.7～1.0倍擴(kuò)大至1.0～2.0倍，其沉降影響范圍也由基坑開挖深度的1.5～2.0倍擴(kuò)大至3.0～4.0倍。因此，將軟土深大基坑劃分為窄小基坑進(jìn)行開挖，可有效控制基坑的側(cè)移量和沉降影響范圍，保證周邊環(huán)境的安全及正常運(yùn)行。

為保證周邊既有建筑物和市政管線的安全和正常使用，將本基坑由西至東均勻劃分為6個(gè)區(qū)域（圖5）。其中，1區(qū)基坑總面積為3 379 m2，2區(qū)基坑總面積為3 364 m2，3區(qū)基坑總面積為2 731 m2，4區(qū)基坑總面積為2 841 m2，5區(qū)基坑總面積為2 386 m2，6區(qū)基坑總面積為3 070 m2，均為窄小基坑。

圖5 基坑分區(qū)示意

該施工方案將長條形大面積基坑劃分為均勻的長方形窄小基坑，不僅可實(shí)現(xiàn)流水搭接，而且限制了基坑滑移帶的擴(kuò)展，確保了水平荷載的有效傳遞。

3.3.2 土方開挖方式

根據(jù)基坑形狀、挖深以及周邊環(huán)境，本基坑開挖嚴(yán)格按照“分區(qū)、分層、對稱、限時(shí)形成支撐、中心島式開挖”的原則。水平內(nèi)支撐利用無棧橋優(yōu)勢快速成型，土方開挖借助路基板形成快速挖土通道，分區(qū)形成底板，盡可能減少基坑累積形變，降低對周邊既有建筑物和市政管線的影響。

具體為率先利用布設(shè)的降水井進(jìn)行一段時(shí)間的預(yù)抽水后，所有區(qū)域分2層土方開挖，第1層土方由東、西兩側(cè)向中部抽槽開挖至水平內(nèi)支撐底部標(biāo)高；第2層土方按照1區(qū)、6區(qū)先行，2區(qū)、5區(qū)隨后，3區(qū)、4區(qū)墊底的順序進(jìn)行開挖施工。每挖出200 m2的基坑面積，澆筑1塊墊層，隨挖隨澆，相鄰開挖面的高度差應(yīng)控制在2.5～3.0 m范圍內(nèi)。

此外，本工程采用“中心島式”開挖方法。中間留土，布置3臺小挖機(jī)于基坑內(nèi)，三邊向鋪路基板道路一邊進(jìn)行退挖；布置2臺大挖機(jī)停靠于路基板上，取土裝車，在無棧橋情況下可有效加快挖土和運(yùn)土的速度。各區(qū)基坑路基板及挖機(jī)布置如圖6所示。

圖6 各區(qū)基坑路基板及挖機(jī)布置示意

3.3.3 組織管理措施

1）盡量利用場內(nèi)空區(qū)，場地北部設(shè)置辦公室及食堂，靠近既有上海市檢測中心一期實(shí)驗(yàn)樓圍墻邊設(shè)置材料堆場，場地西北角設(shè)置生活區(qū)，場地東北角設(shè)置配電間、標(biāo)養(yǎng)室等必要設(shè)施（圖7）。

圖7 場地布置示意

2）場地內(nèi)選用3臺大型塔吊ST6015，沿長邊方向均勻布置，吊運(yùn)范圍可覆蓋整個(gè)施工區(qū)域；并采用在場外成型鋼筋，以減小堆場壓力。

3）根據(jù)基坑分區(qū)設(shè)置土坡堆筑以鋪設(shè)臨時(shí)施工道路，并隨施工進(jìn)度機(jī)動(dòng)變化位置。

4）引進(jìn)如泥水分離系統(tǒng)、太陽能發(fā)電休息亭等新技術(shù)，落實(shí)數(shù)字化管理工地建設(shè)，達(dá)到文明施工要求。

3.4 變形監(jiān)測結(jié)果分析

本項(xiàng)目在基坑開挖過程中采用了信息化監(jiān)測技術(shù)，可根據(jù)基坑側(cè)向變形及周邊管線沉降數(shù)值，隨時(shí)調(diào)整施工措施，做到“提前預(yù)警、過程控制”，確保基坑安全和周邊保護(hù)對象正常運(yùn)行。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形及周邊管線沉降監(jiān)測結(jié)果顯示，本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形累計(jì)值為23 mm，與計(jì)算結(jié)果吻合，滿足監(jiān)測報(bào)警值0.3%基坑深度的要求；周邊市政管線的最大沉降累計(jì)量為7 mm，滿足監(jiān)測報(bào)警值10 mm的要求。

4 結(jié)語

本基坑工程屬于軟土深基坑，開挖面積大，鄰近既有建筑物和市政管線，場地狹小且無棧橋空間，基坑的環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格。

針對上述問題，本文對施工過程關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)分析，闡述了包括基坑分區(qū)籌劃、無棧橋支撐體系、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系、斜拋撐轉(zhuǎn)換體系、土方開挖方案以及組織管理措施等重點(diǎn)技術(shù)。通過對施工過程關(guān)鍵技術(shù)的管控，既保證了基坑的安全，又保證了既有建筑物和周邊管線的安全和正常運(yùn)行，同時(shí)滿足了工程的經(jīng)濟(jì)效益以及工期要求。

此外，本基坑信息化監(jiān)測結(jié)果表明，基坑的支護(hù)、開挖、換撐以及施工組織措施效果良好，對周邊既有市政管線保護(hù)到位，本文所述的多項(xiàng)關(guān)鍵施工技術(shù)和措施可為類似工程提供借鑒。

[1] 雷升祥,申艷軍,肖清華,等.城市地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀及未來發(fā)展理念[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2019,15(4):965-979.

[2] 賈堅(jiān),謝小林,翟杰群,等.軟土基坑變形控制的微擾動(dòng)技術(shù)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2016,50(10):1651-1657.

[3] 周杰.軟土地區(qū)基坑開挖對鄰近地鐵影響分析及防治措施[D].北京:清華大學(xué),2017.