與地鐵出入口同步實(shí)施的典型基坑施工控制

王素芳

上海三維投資管理有限公司 上海 200060

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)規(guī)模

背景項(xiàng)目位于上海市寶山區(qū)，擬在緊貼上海軌交18號(hào)線殷高路站1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)亭處（圖1）建1幢商業(yè)辦公綜合樓。工程用地面積2 138 m2，總建筑面積9 250 m2，其中地上建筑面積5 190 m2，地下建筑面積4 060 m2。建筑高度31.95 m；建筑物主樓7層，局部3～5層。項(xiàng)目設(shè)3層地下室，基坑深度14.05 m，局部深17.10 m。為框架結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)為筏板加鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

圖1 擬建項(xiàng)目與地鐵出入口相對(duì)位置關(guān)系

1.2 水文地質(zhì)

本工程基坑開挖范圍內(nèi)涉及的地層從上至下主要包括：①雜填土、②1灰黃色粉質(zhì)粉土、②3灰色砂質(zhì)粉土、④灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉質(zhì)黏土夾粉性土，其下為⑧1灰色粉質(zhì)黏土等。基坑底部主要位于④灰色淤泥質(zhì)黏土層中，屬于軟土地層。

1.3 周邊環(huán)境

場(chǎng)地目前全部位于在建的上海軌交18號(hào)線的施工場(chǎng)地內(nèi)，西側(cè)與車站1號(hào)出入口1號(hào)風(fēng)亭共用長(zhǎng)約30 m的墻體，東鄰西沙河、南靠市政大樓、緊鄰國權(quán)北路，地下管線眾多。基坑影響范圍內(nèi)存在一南北走向的10 kV高壓架空線纜，其距離基坑水平最近7.5 m。本工程基坑均近似為矩形，形狀較規(guī)則。

2 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目施工的前提是必須保證地鐵施工安全和進(jìn)度不受影響，具有一定的復(fù)雜性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）與地鐵相關(guān)聯(lián)的基坑措施。項(xiàng)目中每個(gè)相關(guān)聯(lián)的部門及周邊建筑都代表著制約基坑總體方案措施的因素。本項(xiàng)目因地下室長(zhǎng)邊范圍緊鄰軌交18號(hào)線1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)亭，開挖深度要比出入口開挖深度深，合理的基坑方案是必須首先考慮的地方。

2）地質(zhì)水文復(fù)雜。本擬建場(chǎng)地土層巖性、分布、厚度及性能變化較大，地層中分布有②1粉質(zhì)粉土、②3砂質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1-1黏土及⑤1-2粉質(zhì)黏土夾粉性土層，第⑥、⑦層及第Ⅰ承壓水層缺失。本地地下水水量豐富，承壓水水頭埋深在地面以下3～12 m，坑底位置主要位于第④層中。這些復(fù)雜的地質(zhì)水文環(huán)境條件，給地下連續(xù)墻、樁基施工以及深基坑開挖造成較大困難，降水周期長(zhǎng)、抽水量加大也必然對(duì)鄰近的地鐵線和環(huán)境造成影響。

3）周邊環(huán)境較復(fù)雜?，F(xiàn)狀基坑周邊有地鐵出入口、西沙河、交通要道、市政大樓、眾多地下管線等建（構(gòu)）筑物，還有一條南北走向的10 kV高壓架空線纜?；用娣e僅為1 460 m2，施工作業(yè)面小，施工組織要求高。在整個(gè)施工過程都需要對(duì)周邊環(huán)境的穩(wěn)定、沉降做好監(jiān)測(cè)，保障各方安全。

4）工程難度較大。除了與出入口相互關(guān)系復(fù)雜，本工程基坑本身開挖深度大，超過14 m，局部最深為17.1 m，基坑安全等級(jí)、基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)均為一級(jí)，且因與地鐵出入口項(xiàng)目共用圍護(hù)墻，圍護(hù)結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生較大位移，地鐵和建筑都將受到很大干擾。因此，工程安全等級(jí)要求高，施工質(zhì)量難度加大。

3 施工控制關(guān)鍵措施

3.1 與地鐵相鄰處的安全保障措施

出于出入口安全考慮，本項(xiàng)目主要采取兩點(diǎn)措施[1-2]：

1）基坑分塊實(shí)施，減少對(duì)地鐵基坑的影響。

2）對(duì)出入口相接側(cè)基坑采取相應(yīng)加固措施。

具體措施為：基坑分一期基坑與二期基坑進(jìn)行，中間設(shè)封堵墻，待一期基坑底板澆筑后再拆除封堵墻，進(jìn)行二期基坑開挖；在一期基坑墊層中施加3根等距排列的通長(zhǎng)10#槽鋼，作為加固措施（圖2）。

圖2 基坑與地鐵車站出入口關(guān)系位置示意

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

一期基坑除與1號(hào)出入口相連處的西側(cè)地下連續(xù)墻為“兩墻合一”結(jié)構(gòu)外，其余3個(gè)方向地下連續(xù)墻均為單一墻體。

本項(xiàng)目地下連續(xù)墻的施工場(chǎng)地狹窄，同時(shí)受地鐵出入口結(jié)構(gòu)影響及交通干道的管制，場(chǎng)地超長(zhǎng)、超重構(gòu)件（如鋼筋籠）的吊放比較困難，混凝土供貨在一些時(shí)間段會(huì)產(chǎn)生一定程度的間斷現(xiàn)象，造成槽壁暴露時(shí)間加長(zhǎng)、槽壁變形加大、二次清底任務(wù)重、水下混凝土澆筑不連續(xù)等問題。針對(duì)上述問題，地下連續(xù)墻施工時(shí)主要采取如下技術(shù)措施：

1）設(shè)置試驗(yàn)段。在此段地下連續(xù)墻施工前設(shè)置了試驗(yàn)段，以取得符合地質(zhì)條件、工程實(shí)況的成槽泥漿參數(shù)、工藝、設(shè)備等。新鮮泥漿的性能指標(biāo)具體為：黏度22～30 s，相對(duì)密度1.05～1.10，pH值8.0～9.0，失水量≤10 mL，濾皮厚≤1.5 mm。

2）挖槽先后順序。本工程地下連續(xù)墻采用液壓抓斗成槽機(jī)施工。施工關(guān)鍵點(diǎn)是要使抓斗兩邊的斗齒受力平衡，避免一邊抓實(shí)，一邊抓空，否則可能致使槽段垂直度不符合設(shè)計(jì)要求。因此，單元槽段的挖掘順序?yàn)椋褐本€段，先兩邊后中間，或者跳開一定距離再挖掘第2孔；轉(zhuǎn)角段，尤其與出入口共用墻的轉(zhuǎn)角處，先挖共用墻段，再挖與其垂直段。

3）泥漿的控制。選用的泥漿，最好具備較大的黏度、較小的失水量、護(hù)壁泥皮薄而有韌性，以保證槽段在開挖過程中坑壁穩(wěn)定。

4）檢驗(yàn)成槽質(zhì)量。按照設(shè)計(jì)要求，測(cè)槽頻率控制在20%，且不應(yīng)少于3幅。本工程為了確保槽段質(zhì)量，每幅槽段均采用四點(diǎn)超聲波檢測(cè)，布置在墻身截面的四邊中點(diǎn)；對(duì)垂直度不合要求的槽段重新進(jìn)行修正；同時(shí)，監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行平行測(cè)槽，核對(duì)槽段質(zhì)量。

5）鋼筋籠起吊下放。鋼筋籠自重約29.5 t，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要在場(chǎng)地內(nèi)整體吊裝、整體回直、一次入槽，必須制定可靠、有效的吊裝方案。施工審查吊裝方案，旁站整個(gè)吊裝過程。

3.3 基坑降水

因項(xiàng)目受四周既有建筑、管線、地鐵等的限制，基坑降水是本項(xiàng)目施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，主要包括降承壓水與淺部潛水。

3.3.1 降承壓水措施

影響本工程的承壓水為第Ⅱ承壓含水層。我們對(duì)項(xiàng)目的承壓水危害性進(jìn)行理論計(jì)算和判斷，基坑突涌穩(wěn)定性分析采用式（1）進(jìn)行計(jì)算。

本工程第Ⅱ承壓水層層頂標(biāo)高－48.78 m，承壓水水頭埋深3.0～12.0 m，此處取最不利值3.0 m，臨界開挖標(biāo)高為－19.51 m，則有：

即在承壓水水位取3 m最不利的情況下，F(xiàn)s仍在安全范圍內(nèi)，故本工程無需采取降承壓水措施。

為保證施工安全，在施工前也進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，實(shí)測(cè)確定不需降壓。

3.3.2 降水措施

本工程基坑開挖范圍內(nèi)主要以淤泥質(zhì)軟弱土層為主，大部分區(qū)域有②1、②3層黏質(zhì)粉土層分布。該層潛水含水層重力釋水量較大，在動(dòng)水壓力下可能導(dǎo)致流水流砂現(xiàn)象，影響坡面的穩(wěn)定，甚至危及基坑及人員的安全?；诖?，本工程主要采取以下降水措施：

1）上部潛水已經(jīng)被基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)完全隔斷，其淺部含水層采用真空疏干深井處理，井深不進(jìn)入承壓含水層。

2）真空抽水，1臺(tái)真空泵配置3口真空疏干深井，預(yù)抽水時(shí)間不少于20 d。疏干井井點(diǎn)避開地基加固區(qū)域，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)保持一定距離。

3）水位控制在開挖面以下0.5～1.0 m，保證施工在無水條件下作業(yè)。為確保軌交18號(hào)線結(jié)構(gòu)的安全，根據(jù)需要設(shè)一定數(shù)量的回灌井，降低抽水對(duì)周邊的影響。

4）考慮到基坑開挖范圍內(nèi)主要為②1粉質(zhì)粉土、②3層砂質(zhì)粉土，但基坑底位于黏性土層內(nèi)，基坑開挖至砂質(zhì)粉土層與黏性土層交界面時(shí)，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，容易形成滯水現(xiàn)象，影響坑內(nèi)施工，因此我們?cè)诮唤缑媾R時(shí)增加強(qiáng)排水措施，必要情況下設(shè)置輔助輕型井點(diǎn)加強(qiáng)局部補(bǔ)強(qiáng)抽水。

3.4 坑底加固

1）為了進(jìn)一步減少基坑開挖對(duì)已完殷高路站1號(hào)風(fēng)亭及1號(hào)出入口的不利影響，增加地鐵基坑坑底加固深度，在地鐵基坑4 m范圍內(nèi)增設(shè)6 m深三重管高壓旋噴樁坑底加固施工。

2）槽壁加固?；余徑?號(hào)出入口側(cè)地下連續(xù)墻坑內(nèi)采用φ850 mm三軸攪拌樁槽壁加固（樁長(zhǎng)17.75 m），格柵形布置，樁間搭接250 mm，套打施工?？油饫玫罔F圍護(hù)樁和止水帷幕間進(jìn)行壓密注漿，作為地下連續(xù)墻外側(cè)槽壁加固。攪拌樁經(jīng)過人工填土和粉土層時(shí)，適當(dāng)控制提升速度和水泥用量。

3.5 施工監(jiān)測(cè)

本工程基坑屬于一級(jí)安全等級(jí)、一級(jí)環(huán)境保護(hù)等級(jí)基坑。安全等級(jí)要求高，必須用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。自基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工開始至地下結(jié)構(gòu)完工為止整個(gè)施工工期內(nèi)，我們始終把地下連續(xù)墻、與出入口連接處及四周建筑、道路、地面沉降等的監(jiān)測(cè)作為重要工作來抓。監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容有：地下連續(xù)墻水平位移、地下連續(xù)墻側(cè)向位移變形、地面沉降量、南側(cè)市政大樓垂直位移、西側(cè)在建地鐵工程垂直位移等。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取了比常規(guī)參數(shù)更安全的做法：圍護(hù)墻最大水平位移≤0.14%H（H為圍護(hù)墻深度，常規(guī)參數(shù)為≤0.18%H）、地面最大沉降量≤0.1%H（常規(guī)參數(shù)為≤0.15%H）、西側(cè)在建地鐵結(jié)構(gòu)垂直位移≤5 mm。

最終，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，地下連續(xù)墻最大水平位移為21.33 mm，地面最大沉降量14.04 mm，市政大樓最大垂直位移2.7 mm，地鐵結(jié)構(gòu)主體最大沉降為3.19 mm，完全達(dá)到環(huán)境保護(hù)等級(jí)一級(jí)的目標(biāo)。

4 結(jié)語

1）由于物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目與地鐵相鄰關(guān)系復(fù)雜、圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式不一，采取合理的方案限制基坑變形，是與地鐵相鄰物業(yè)開發(fā)基坑需要重點(diǎn)控制的措施。本項(xiàng)目最大垂直位移不能超過5 mm，采取化大基坑為小基坑，嚴(yán)格控制了結(jié)構(gòu)變形。

2）施工監(jiān)測(cè)要切實(shí)為工程服務(wù)，監(jiān)測(cè)布點(diǎn)要實(shí)時(shí)有效，數(shù)據(jù)要及時(shí)準(zhǔn)確，不弄虛作假，施工過程中始終用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說話，對(duì)監(jiān)測(cè)值變化有高度的職業(yè)敏感性，并采取必要的應(yīng)變措施及時(shí)消除隱患。本項(xiàng)目地鐵出入口結(jié)構(gòu)沉降最終控制在3.19 mm內(nèi)，有效控制了變形量。

3）地鐵通常建造在人口密集城區(qū)，鄰近地鐵出入口的物業(yè)深基坑項(xiàng)目，降水合理性與否非常重要，在基坑變形得到有效控制的情況下，還應(yīng)當(dāng)采取必要措施，盡可能不降承壓水。本項(xiàng)目經(jīng)過抗突涌安全系數(shù)公式驗(yàn)算與實(shí)際檢測(cè)，不需降承壓水，只采用8口疏干深井疏干基坑內(nèi)淺層潛水，井深22 m，能有效將水位控制在基坑開挖面以下0.5～1.0 m，保證了周邊地鐵及基坑施工的安全。

4）特殊復(fù)雜情況下的地鐵物業(yè)開發(fā)，為保證環(huán)境安全，有必要采取有效規(guī)避基坑風(fēng)險(xiǎn)的盈余保障措施。本工程基坑深度達(dá)14.0～17.1 m，周邊情況及施工情況也比較復(fù)雜，同時(shí)借鑒各地地鐵基坑因圍護(hù)支撐不到位造成基坑坍塌、引起巨大傷亡的事故教訓(xùn)，采用了地下連續(xù)墻＋4道內(nèi)支撐的圍護(hù)形式，雖然造價(jià)較高、工期較長(zhǎng)，但能最大限度地保障本項(xiàng)目、軌交18號(hào)線及周邊環(huán)境的安全，最終使基坑工程安全進(jìn)行。

[1] 徐靜文,佘有光.特殊地質(zhì)條件下超深地下連續(xù)墻監(jiān)理控制要點(diǎn)[J].鐵道建筑,2007,47(7):48-50.

[2] 上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì).基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):DG/TJ 08-61—2018[S].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2018.