深基坑土方開挖方案優化設計與應用研究
——以浦東森蘭地塊中區地下通道出入口新建工程為例

李愛華LI Ai-hua

（上海市浦東新區建設（集團）有限公司，上海 200120）

0 引言

現階段，隨著我國城市化進程的加快，人口和車流的劇增給城市交通帶來了很大的壓力，隨之，許多地下交通工程施工也越來越多。但地下交通工程施工環境復雜，工序繁雜，也會牽涉到各個部門的配合，給這些施工建設工程帶來了很大的影響。因此，為了優化地下工程的施工，相關部門要采取創新科學的施工技術，不斷優化技術方案的設計及技術創新，以提升地下工程施工質量，促進城市化建設的良性發展。

文章結合森蘭地塊中區地下通道出入口新建工程為例，進行工程的施工方案優化，主要是為了提升工程建設質量，為施工提供安全性和技術保障，優化和創新后的施工方案既便于施工，又節省了成本，縮短了工期，達到了經濟效率和社會效益的雙贏建設目標。

1 深基坑工程簡述

深基坑工程是指基坑開挖深度超過5m（含5m）的基坑，對其實施降水、支護以及土方開挖的工程。深基坑工程具有復雜系統工程特點。在開展深基坑工程中，最重要的則為深基坑支護和土方開挖工程，這兩者之間需要相互配合，相互協調，以確保地下工程結構的穩定性和安全性。

1.1 深基坑支護技術

建筑工程施工環節深基坑支護技術指的是建筑物的支護結構，為保證實際結構施工和基坑施工的安全性所提供的相應技術，施工過程中技術不到位，基本施工提供了技術支持，同時還為建筑基礎整體承載量和強度提供了保障，進而能夠不斷提高施工質量。在一定程度下，深基坑支護技術會對于整體施工質量造成影響，甚至會影響整體施工進度，而且還會跟施工的經濟效益產生一定的關聯關系。施工環節對深基坑支護技術的處理，能夠有效結合不同的工作，選擇合適的技術內容，保證實際技術，發揮最大的優勢。

1.2 土釘支護施工

建筑工程施工過程中常見的深基坑支護技術，包括土釘支護施工，借助土地進行基坑支護作為一種常見的支護形式，其原理就是通過土壤和土體之間的作用，能夠使邊坡土體更具有穩定性，在保證土體穩定性和整體性的基礎上，將土釘在土體內，會使得土體受到彎矩和拉力作用下保證實際土體的穩定性。深基坑支護前，首先需要對土地進行實驗，項目開展過程中土釘進入土體之后的強度實驗，來確保施工環節的穩定性，避免存在相關影響深基坑支護技術的因素，造成安全事故。土釘施工前需要對土釘孔洞進行深度測量，在技術施工環節要嚴格按照深基坑支護施工規范要求進行注漿，并對水泥砂漿的水灰比、外加劑等進行嚴格控制。直到孔洞注滿注漿時，需要注重注漿的時間，確保在水泥砂漿初凝前完成具體的補漿工作，要在攪拌注漿環節做好注漿配比，嚴格按照實際設置規范，對于水泥的每平方用量進行控制。

1.3 土層錨桿施工技術

深基坑支護技術應用過程中土層錨桿也是具體施工過程中的重要一方面，可以通過鉆孔機進行鉆孔工作。具體的深度要按照施工方案來進行確立。首先要對于錨桿進行全面的檢查，鉆孔環節，如果遇到了阻礙物或異物，需要及時停止工作，解決了實際問題之后才能正常完成施工。土層錨桿施工過程中要對錨桿進行嚴格控制，確保統計的誤差在一定范圍之內，在冷縫處理和裝鉆機工程過程中，要保持螺桿均勻轉動，鉆孔底部傾斜不能超過錨桿長度的3%，同時要設計好錨桿深度，不能超過設計長度的1%，并應嚴格按照具體設計要求，進行相應的配比，注漿要從上至下進行孔洞的注漿。

1.4 圍護樁支護技術

該技術常采用圍護結構對深基坑基礎進行支護，以防止深基坑結構工程施工中出現質量問題，對深基坑工程施工的安全性特別有幫助，可以充分發揮深基坑支護技術的優越性。

1.5 連續墻支護技術

該類型中地下連續墻本身都具有較強高度，在防水與防滲漏功能方面表現較好，可應用于地下水位之下的軟黏土層與砂土層施工環境中，比較適用于深層土壤的基坑支護施工應用體系，確保深層土壤基坑支護施工應用體系有效構建。

1.6 深層攪拌支護技術

它主要運用固化劑結合水泥展開機械設備攪拌過程，配合固化劑與軟土劑進行強制攪拌，經過化學反應后逐漸硬化，有效提高深基坑支護施工安全穩定性。

2 浦東森蘭地塊中區地下通道出入口新建工程概況

森蘭地塊中區地下通道出入口新建工程位于浦東新區外高橋新市鎮，本工程地下通道出入口是使整個森蘭中區地塊地下環路與周邊市政道路連通的重要通道。中區地塊在地下二層規劃了一條交通環路將各地塊串聯在一起，使得各地塊車位互補、溝通便利，并且優化了區域地面交通，環路出入口直達城市干道洲海路及張楊北路，與城市交通順暢對接。本工程共涉及四個地道出入口，具體位置為：地道一為地下車行出入口通道，位于張楊北路東側、啟帆路南側；地道二為地下車行出入口通道，位于張楊北路東側、啟帆路北側；地道三為地下車行出入口通道，位于洲海路南側連接D1-4北側地下室；地道四為地下車行出入口通道，位于洲海路南側穿越蘭嵩路連接D1-4地下室。

地道暗埋段采用整體箱形框架結構，敞開段采用U型槽塢式結構，暗埋段結構凈高5.5m，地道一、二、三號凈寬9.0m，結構總寬10~11m；地道四凈寬7.0m，結構總寬8~9m。地道一暗埋段長50m，敞開段長110m，總長160m；地道二暗埋段長80m，敞開段長80m，總長150m；地道三僅設置30m長敞開段，總長30m；地道四暗埋段長70m，敞開段長70m，總長140m。

由于整個森蘭商都將在2021年中全面開業，業主對于四個地下通道出入口的工期要求十分高，同時四個出入口結構均不復雜，因此對于整個項目實施過程中進度保證影響最大的關鍵工序就是圍護及土方開挖的施工，同時由于四個地下通道是同時實施，因此對于各個工序的流水作業銜接要求很高。所以，合適的基坑開挖方案在項目前期策劃是很重要的。

3 設計意圖及原土方開挖方案的缺點

3.1 圍護設計方案

本工程涉及四個地下通道，以情況最復雜的地下通道四為例，地下通道為長條形基坑，基坑帶弧形，尺寸約為150m×13.5m，開挖深度0.7~11.96m，本工程基土主要由粘性土和砂土組成。各土層依次為：第一層為素填土；第二層為淤泥；第三層為吹填土（粘質粉夾雜淤泥質粘土）；第四層為淤泥質粉質粘土夾砂；第五層為砂質粉土；第六層淤泥質粘土；第七層為粉砂。工程場地淺部地下水屬潛水類型，常年平均地下水位埋深為0.3~1.5m。場地內第七層為第Ⅰ承壓水含水層。擬建基坑開挖深度較深，第七層承壓水不突涌。根據勘察量測結果，第七層微承壓水水位埋深在3.0~11.0m。

本地下通道四局部落深14.26m。根據現場情況實施不同的圍護方法。基坑深度在0.7~3.0m采用三軸重力式擋墻；基坑深度大于3.0m時，在上面北側實施鉆孔灌注樁加三軸攪拌樁止水帷幕的方式，南側采用SMW工法樁形式，在基坑底部實施雙軸攪拌樁進行裙邊加抽條的試工，另外在基坑內部采取兩條三軸攪拌樁止水帷幕來進行抗內止水，見圖3。支撐按照基坑深度不同采用一~四道支撐（詳見表2），詳細的圍護參數詳見表1。（圖1、圖2）

圖1 地下通道四平面圖

圖2 地下通道四縱斷面圖

圖3 地下通道四坑內止水帷幕位置圖

表1地下通道四圍護墻體及止水帷幕結構情況表

3.2 原基坑開挖方案

根據圍護設計，深坑部分采用的坑底加固形式并未將坑底封堵，同時坑內的兩道三軸止水帷幕將整個基坑分為三部分。為了保證坑內降水的效果，原方案將基坑以兩道止水帷幕為界限分為三個分段來實施（分段詳見圖4），順序為①→②→③。第①段內按深度不同分別設置了四道支撐和三道支撐，按照“先撐后挖、不得超挖”的原則，將表層的土方挖掉并進行第一道鋼筋砼實施支撐（詳見圖4），開始實施第①段土方開挖工作，在第一個層面挖到深坑內部時，進行第一道鋼進行底部支撐，并確保學超挖，并不挖除淺區的第一道鋼支撐（詳見圖5），第一道鋼支撐完成之后再挖第二層的土方直至深坑區，再進行第二道鋼支撐，另外再將淺土區進行第一道鋼支撐下挖除土方，再進行第二道鋼支撐至淺區的第一道鋼實施支撐，詳見圖6，依次循環鋼支撐施工和土方開挖穿插流水作業直至坑底，澆筑墊層并施工地道結構。

圖4 地下通道四表層土清理示意圖（原方案）

圖5 地下通道四①段第一層土方開挖示意圖（原方案）

圖6 地下通道四①段第二層土方開挖示意圖（原方案）

表2地下通道四支撐及冠梁（圍檁）相關信息

3.3 原基坑開挖的缺點

按照此方案開挖，雖然可行，但是在施工過程中會有很大的缺點：

①由于需要保留坑內止水帷幕使坑內封閉，分階段施工需要增加多級放坡（詳見圖8）；多級放坡會增加坑底施工的危險性，特別是上海地區地質情況不佳且降雨較多，對于邊坡的影響較大。②第②段的施工需等到結構底板完成，坑底封閉后實施，雖然第③段較淺且只有一道支撐可以與第②段一并實施，但是土方機械和鋼支撐施工班組會重復進場，不但會導致成本增加，而且會導致工期增加。③分段施工作業極易導致結構班組窩工，同時因為分段導致底板不能連續澆筑，增加接縫處理對于地下結構的防水性能有很大的影響。

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圖8 地下通道四①段第四層土方開挖示意圖（原方案）

4 優化后的深基坑土方開挖方案及優點

4.1 圍護設計方案優化

為了保證項目的進度和安全性，項目部與設計及業主方積極溝通，將深坑部分原來的裙邊加抽條加固更改為滿堂加固（詳見圖9），同時在淺坑底未封閉區域增加一個真空深井降低淺坑區域水位（詳見圖10），弱化坑內三軸止水帷幕的重要性。

圖1 0地下通道四深井降水布置圖

圖7 地下通道四①段第三層土方開挖示意圖（原方案）

圖9 地下通道四深坑段滿堂加固

同時，將整個長條基坑按照一個整體實施，每層土方以支撐道數為分界線劃分為三個流水段（詳見圖11）。

深基坑的表面土方開挖完成后，第一道鋼砼支撐要與原施工方案相一致，再進行第一層土方挖除至第一段第一道鋼支撐，施工完成后再進行第一道鋼支撐，另外，挖土深度不超過第一段的同時將第二段、第三段的土方挖除（詳見圖13）。

第二層采用類似的流水作業方式，依次挖除和施工第一段第二道鋼支撐和第二段第一道鋼支撐，因為整個基坑深度逐漸變淺，同時每道支撐間距在3m左右，可以只放一級坡。

在挖土過程中做好如下工作：

②將土挖至第一個基坑底的高度后，進行修土，及時澆筑砼墊層。墊層應延伸至圍護結構邊緣，并在基抗四面鋪設地下排水溝，以免地下水進入坑內。

③深基坑四周設防護欄桿，四周安裝安全防護欄桿欄桿高離地高1250m，下面水平欄桿離地500mm，貼地設120高擋腳板。人員上下基坑在兩端頭設兩個固定爬梯。

④嚴格做好深基坑降排水。針對深基坑降排水要有專門的方案設計來保證實際工程設計的科學、合理、有效。基坑坡頂位置防排水通常會通過路面硬化截排水溝等方式實現，在施工過程中在基坑開挖時，很容易導致邊坡變形，這就會形成地面的裂縫、坡頂位置的硬化，路面往往作為施工變道，導致施工車輛頻繁邊坡底面，極易存在相應的裂縫問題，不能夠做好有效的防水措施，防水設施不足、排水量不足，地表水通過裂縫滲入后會引起到邊坡變形，最終導致整個基坑破壞。所以在基坑排水工程設置過程中，需要按照嚴格的設計要求和設計方案執行，土方開挖過程中要嚴格落實具體土方開挖水位降低的處理問題，降水時要加強對于周邊環境的監測，防止周邊局部沉降，影響到了實際基坑工程的施工安全。

⑤相關施工工員要及時配合監管要求，嚴格按要求進行邊坡的監控，及時發現存在的安全隱患，并向上級部門上報，及時處理好安全風險。

在做好上述工作的同時，隨后依次挖除每層土方直至坑底施工底板結構。（圖12-圖16）

圖1 6地下通道四第四層土方開挖示意圖

圖1 5地下通道四第三層土方開挖示意圖

圖1 4地下通道四第二層土方開挖示意圖

圖1 3地下通道四第一層土方開挖示意圖

圖1 2地下通道四表層土清理示意圖

圖1 1地下通道四每層土方分塊示意圖

4.2 優化后土方開挖方案的優點

方案優化調整的主要優點有以下方面：

①解決了多級放坡的安全隱患，因為每到支撐間距在3m左右，并且開挖的每層土方厚度越到淺埋段越小，所以施工過程中只需要放一道橫坡，大大減小了施工的危險性。②各工序銜接更加流暢，因為每層土方分階段一次性挖除，減少了重復進場作業，在綜合考慮四個地下通道出入口流水作業的情況下，更加提高了施工作業效率。③保證底板連續澆筑的質量，優化后的方案較少了底板分段，使底板連續澆筑更容易實施，減少了接縫處理保證了結構質量。④工作面更大便于施工，跟原方案相比，各工序的施工作業面更大，穿插施工的影響更小，同時因為打通了淺埋段使得現場材料運輸變得更加方便，減少了吊運材料的次數更加經濟。

5 結束語

綜上所述，現場施工方案的優化在節省施工成本、降低施工風險、加快施工進度方面一直有很大的作用，在實際現場施工前期策劃過程中，項目管理人員應當多結合施工項目的實際情況來考慮各種常規施工方案的可行性，以便于選出更加適合項目的施工方案。該優化的施工方案通過了上海市科技委的評審，同時也得到了專家的認可，且在施工過程中對施工成本的節省、施工風險的降低、施工進度的加快方面也有了具體的體現。