緊鄰河道箱涵復雜環境下深基坑設計優化及施工技術

于 佳

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

1 工程概況

1.1 場地概況

上海市普陀區A11-7地塊新建養老院項目位于普陀區長風二村54號，占地面積7 276.3 m2，總建筑面積33 603 m2，地上建筑面積21 976 m2，地下建筑面積11 627.33 m2，地下2層，地上15層。基坑形狀基本呈正方形（圖1），主樓下普遍開挖深度為10.80 m，主樓以外區域普遍開挖深度為10.40 m，基坑局部開挖深度13.40 m。基坑安全等級二級，周邊環境保護等級除項目北側為一級外，其他區域為二級。

圖1 項目平面布置

1.2 周邊概況

本工程基坑北側為桃浦河，河道內需新建一條出水箱涵，出水箱涵與本工程同步施工，且河道原防汛墻需拆除重建。本工程圍護邊距河道防汛墻僅為0.8 m，距新建出水箱涵9.5 m，新建防汛墻基礎與本工程圍護重疊。項目東側、南側、西側分布有許多線路，與基坑開挖邊線最近距離為3.3 m。東側基坑外分布1～4層住宅，基礎形式為條形基礎。東側道路為項目北側箱涵施工的主要施工道路。基坑南側紅線外為社區道路（寬6 m），南側道路是本工程和箱涵施工單位唯一與外界連通的施工道路。

1.3 水文地質概況

本工程地質勘探深度70.0 m范圍內，主要由填土、黏性土、粉性土、砂性土、淤泥質土等組成，根據地基土成積年代、成因類型及物理力學性質差異，劃分為8個主要層次：①1雜填土、①2淤泥、②3-2灰色黏質粉土、④灰色淤泥質黏土、⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉質黏土、⑥草黃色砂質粉土、⑦1草黃色砂質粉土。承壓水分布于第⑦層土中，地下車庫埋深約10.8 m，第⑦層層頂最小埋深29.5 m，承壓水水位按不利埋深3 m估算時不會對基坑產生突涌危險。

2 工程難、特點分析

2.1 深基坑施工周邊環境復雜，構筑物及管線保護要求高

基坑周邊分布較多建筑物，南側有4棟高層，西側有社區學校，東側有4棟多層建筑，北側為桃浦河，建筑距離基坑較近，在2倍開挖深度以內。本工程主要施工道路為項目南側寬6 m的社區道路，且單側用于居民停車。基坑東、南、西側有多條綜合管線。基坑施工如何確保周邊房屋、管線安全是本課題研究的難點[1-4]。

2.2 圍護與新建防汛墻重疊，施工難度大

項目北側新建防汛墻基礎與本工程圍護樁重疊，圍護樁施工時如防汛墻不拆除無法滿足施工作業面。根據水務公司進度要求，防汛墻施工時間正值本工程地下結構施工階段，而防汛墻基礎與本工程圍護體系重疊，防汛墻基礎施工時可能導致圍護滲水，出現重大安全隱患，如何合理統籌圍護樁與新建防汛墻的施工是本工程一大難點。

2.3 出水箱涵與深基坑同步施工，難度大、風險高

項目北側河道內新建出水箱涵，箱涵基礎為長6 m預制管樁，樁底標高為－9 m，箱涵施工區域內修建圍堰，圍堰內抽水清淤，箱涵主體、樁基施工與本工程圍護樁的距離僅為3.5 m。因箱涵樁基采用預制管樁施工，對土體變形影響較大，且河道內水較多，加大了深基坑的施工難度和風險。

2.4 場地狹小，施工難度大

本工程可供使用的施工場地十分狹窄，項目北側、西側圍護體系超出用地紅線，項目南側用地紅線距基坑開挖邊線1.89 m，項目東側用地紅線距基坑開挖邊線2.00 m，施工作業時材料的堆放場地和加工區域均無法設置。項目施工主干道為南側社區道路，因是社區道路無法滿足施工機械及重車通行要求。本工程如何科學、合理地組織交通及場布是一大難點。

3 基坑支護方案優化

3.1 原基坑方案概況

項目北側鄰近河道防汛墻與防汛墻基礎部位的支護形式為3排φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水＋套打φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁擋土（落深區采用φ1 100 mm@1 300 mm鉆孔灌注樁）＋格構柱棧橋板＋2道鋼筋混凝土支撐＋φ850 mm@600 mm三軸坑底加固的支護形式。

新建防汛墻基礎為鉆孔灌注樁＋鋼筋混凝土承臺，現場實際測量結果顯示，防汛墻灌注樁緊貼三軸止水帷幕（圖2），在樁基施工時，如發生擴徑直接破壞三軸止水帷幕，且防汛墻混凝土承臺施工時需伸入三軸止水帷幕內600 mm以上，由此對圍護體系造成了損壞，增加了地下結構施工時的安全隱患。

圖2 圍護樁與防汛墻基礎重疊

3.2 豎向支護方案優化

為確保深基坑施工安全，降低施工風險，避免防汛墻基礎與止水帷幕重疊，根據現場實際情況，將豎向圍護體系進行優化，項目北側設計方案優化為：咬合樁φ1 200 mm@900 mm＋φ850 mm@600 mm高壓旋噴樁＋2道鋼筋混凝土支撐＋φ850 mm@600 mm三軸坑底加固的支護形式。

北側支護體系改為咬合樁后，解決了防汛墻與圍護體系重疊碰撞的問題，由原來防汛墻基礎與圍護樁重疊，調整為間隔0.75 m。項目北側圍護樁下分布有較多障礙物，咬合樁施工前采用RT機鋼套管施工，利用液壓靜力切割處理地下障礙物，完整清除樁位部分的原有基礎，確保咬合樁成樁質量。采用RT機鋼套管清障，對周邊環境擾動小，對防汛墻及基礎影響少，有效避免了地下障礙物、新建防汛墻與止水帷幕重疊的問題，確保了圍護體系的安全。

3.3 棧橋板優化

本工程建設用地地處市中心社區內，基坑開挖部位緊貼用地紅線，局部圍護體系已超出用地紅線，土方開挖后原材堆放地、原材加工地受場地限制均無法設置。原設計棧橋面積，施工車輛無法環通，且轉彎半徑不足。為滿足施工要求，在項目北側、南側、西側新增1 027 m2棧橋板（圖3），用于材料堆放，設置鋼筋加工棚和木工加工棚，確保施工道路環通，便于施工。

圖3 棧橋板優化后平面布置

4 基坑施工關鍵技術

4.1 確定施工順序

為降低基坑安全風險，避免防汛墻與止水帷幕重疊對深基坑造成的影響，減小出水箱涵與深基坑同步施工帶來的風險，施工前與箱涵、防汛墻施工單位一起優化確定各自施工順序：

整體施工順序：施工圍護樁、工程樁→基礎施工至±0 m后（或本工程基坑拆除第1道支撐后），北側防汛墻再行改造施工→河道內箱涵與基坑交叉施工。

箱涵施工順序：河道內土方回填（拉森鋼板樁封頭擋土）→箱涵施工區域用拉森鋼板樁形成內支撐體系→箱涵樁基施工→箱涵施工區土方開挖→箱涵主體施工→拉森鋼板樁內支撐體系拆除→拉森鋼板樁圍堰拆除→河道土方挖除→河道恢復。

基坑與箱涵穿插施工工況：本工程樁基、圍護施工階段，與箱涵單位的河道回填、拉森鋼板樁支護、箱涵樁基及箱涵主體同步施工。第2皮土方開挖及支撐施工階段，與箱涵單位的支護體系拆除、圍堰拆除、河道內土方挖除同步施工。

4.2 咬合樁施工技術

4.2.1 咬合樁概況

咬合樁直徑為1 200 mm，采用軟切割施工工藝，混凝土強度為水下C30，咬合樁分為有筋樁和無筋樁，間隔布置施工，無筋樁采用超緩凝混凝土施工，緩凝時間最低不得少于60 h，有筋樁和無筋樁咬合寬度為300 mm，共計97根。

4.2.2 咬合樁工藝流程

測放樁位→預清孔→施工混凝土導墻→鉆機就位對中→吊裝安放第1節樁→測控垂直度→壓入第1節套管→校對垂直度→抓斗取土，套管→測量孔深→清除虛土，檢查→B樁吊放鋼筋籠→放入混凝土灌注導管→灌注混凝土逐次拔管→測定混凝土面→樁機就位

4.2.3 咬合樁施工注意事項

1）咬合樁施工前試樁不少于1組（素樁2根，配筋樁1根），通過試成樁確定切割時間及塑性混凝土強度。施工前配備長27.5 m鋼管，材料入場后對鋼管進行順直度檢驗，整根套管的順直度應優于1/500。鉆機就位后應對鉆管進行順直度控制，順直度需優于1/350，成孔時咬合樁垂直度偏差控制在1/300以內，設計孔位定位點與鉆孔機回轉盤中心偏差不得大于10 mm。

2）軟切割工藝需符合下列規定：

① 無筋樁與有筋樁間隔設置，先成孔無筋樁，再成孔相鄰無筋樁間的有筋樁。

② 無筋樁用超緩凝混凝土，緩凝時間在施工前經試驗確定，且不應小于60 h。

③ 在第1根樁前面設置1根砂樁，需在砂樁接縫處采取止水處理措施。

3）咬合樁施工時應遵循先施工無筋樁（A），再施工有筋樁（B），其施工順序為：A1－A2－B1－A3－B2－A4－B3－……－An－Bn-1，在B樁施工時用套管機切掉與A樁重疊部位的混凝土，咬合厚度為300 mm。

4.3 深基坑土方開挖技術

為避免開挖過程中基坑圍護應力突變而導致變形失穩，同時為加快挖土速度，盡早形成內支撐體系，縮短無支撐基坑暴露時間，土方開挖采用盆式、分層、分塊、限時的原則施工。

1）首層土共分3個區，開挖順序為由北向南進行退挖，從地面－0.5 m挖至第1道支撐底－2.1 m。

2）第2層土方從第1道支撐底－2.1 m挖至第2道支撐底－7.4 m，開挖順序為1區→2-1、2-2區→3-1區、3-2區（圖4），第2層土方采用盆式開挖，土方分2層放坡開挖，每層深度為2.65 m，以1∶1.5的坡度放坡。

圖4 第2層土方開挖分區

3）第3層土方根據底板后澆帶進行劃分，從第2道支撐底－7.4 m挖至基礎底板墊層底－11.30 m，挖土順序為1區→3-1、3-2區→2-1、2-2區（圖5）。待第2道支撐施工完成且強度達到設計要求的80%后，方可進行第3層土方開挖。土方分2層放坡開挖，每層深度為1.95 m，以1∶1.5的坡度放坡。

圖5 第3層土方開挖分區

4.4 深基坑降水技術

根據本基坑降水層土質的實際情況，考慮到降水深度和實際效果，基坑開挖范圍內以黏土、粉土、淤泥質土為主，主要為潛水含水層，通過計算，承壓水對本工程無不利影響。根據土層分布情況和降水工藝的對比，本工程選取真空降水管井降水，基坑降水每200 m2布置1口降水井。

本工程開挖面積約6 200 m2，共布31口降水井。成孔直徑為650 mm，井管設置圓孔濾芯，外側設置40目（孔徑0.375 mm）濾網，管道外側采用中粗砂回填，抽水時設置多級濾水管加真空的措施，保證抽水效果。

真空降水管井施工工藝成熟，是上海、南京等地區較深基坑淺部潛水常采用的降水形式，在降水設計、質量及施工控制方面已積累了豐富的相關施工經驗。

5 監測

5.1 基坑監測布置

地下結構施工階段為減小對周邊環境的影響，實時掌握基坑周邊環境變化信息，本工程對圍護體樁頂豎向、水平位移，圍護樁體深層水平位移，基坑外潛水位和豎向位移，周邊建筑物沉降及綜合管線，河道及防汛墻、支撐軸力等進行監測。

5.2 基坑監測數據分析

根據上海標準《基坑工程技術規范》和設計圖紙要求環境類別為二級的圍護樁，深層水平位移累計報警值不得超過30 mm，項目北側為河道及防汛墻，環境保護級別為一級，深層水平位移累計報警值不得超過18 mm。

從鄰近防汛墻的CX8、CX9測斜點相關數據分析，可以得出以下結論：

1）最大位移發生在坑底附近，底板澆筑完畢后坑內位移趨于穩定，最大位移為16.3 mm，未超過最大警戒值。

2）在第2道支撐形成后對圍護樁偏移趨勢形成了約束，當底板形成后頂住圍護樁，產生了輕微糾偏作用，圍護樁深層水平位移在逐步縮小，圍護樁彎曲變形要好于預期的效果。

基坑周邊建筑物較多，為實時掌握房屋變化情況，共布設101個沉降觀測點，建筑物允許沉降報警值為20 mm。在此選取距基坑最近的最不利的點作為研究對象，采集沉降數據進行分析。

由沉降監測結果可知，在第1皮土方、第2皮土方、第3皮土方開始時，房屋沉降值有所升高。在第1道支撐、第2道支撐、底板混凝土澆筑完畢內支撐形成后，變形數據有所緩和。底板澆筑完畢后建筑物沉降值處于穩定，對周邊既有建筑物沉降起到了一定的補償修正，下沉變化量不再增大，最大變形值控制在15.2 mm，低于警戒值。

6 結語

研究課題已完成下部結構施工，在復雜的周邊環境下，不同工藝穿插同步施工，合理組織施工順序，把控重點工藝是關鍵。施工前要全面統籌考慮不同施工工藝穿插施工對周邊環境造成的不利影響，對不利因素進行方案優化，確保基坑施工安全。施工現場對不同階段的不同工況做好全面策劃，做到精細化施工，對場地狹小、交通不便地區尤為重要。

本工程施工前通過對周邊復雜環境的深入分析，對穿插施工、緊鄰河道防汛墻、地下障礙物、設計方案、復雜周邊環境、場地狹小、交通不便、施工順序、施工監測等方面進行了科學、合理的優化，既滿足了河道箱涵和本工程的施工進度要求，也確保了深基坑施工的安全，減小了對周邊環境的影響，可供今后類似工程參考。