市中心鄰近高架橋的深基坑綜合施工技術(shù)

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 工程概述

上海閘北區(qū)嘉里不夜城三期發(fā)展項(xiàng)目位于上?；疖?chē)站南廣場(chǎng)，由北側(cè)的天目西路，南、東、西側(cè)的共和路、華康路和梅園路圍合的L形地塊。項(xiàng)目主體建筑主要為3 棟高近100 m的辦公樓、1 棟2 層商業(yè)裙房及3 層地下室（含一個(gè)夾層）組成?？偨ㄖ娣e143 972.3 m2，其中基坑面積約為12 616 m2，總長(zhǎng)約為520 m，基坑形狀呈不規(guī)則L形?；A(chǔ)采用樁基筏板形式，底板厚度1.2～2.4 m?；娱_(kāi)挖深度為17.0～18.2 m，電梯井、集水井等深坑再落深1.4～3.7 m?；影踩燃?jí)為一級(jí)。

1.1 工程地質(zhì)概況

本工程地基土在基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，主要以飽和粉性土及飽和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主。

其中②3層以砂質(zhì)粉土為主，且呈松散狀態(tài)，基坑開(kāi)挖時(shí)易產(chǎn)生流砂或管涌問(wèn)題。基坑底部位于第④層淤泥質(zhì)黏土底部、第⑤層粉質(zhì)黏土頂部，深基坑開(kāi)挖后土體會(huì)有一定的回彈，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、周?chē)徑ㄖ?、地下管線有一定影響。

1.2 周邊環(huán)境及高架橋概況

本工程西北側(cè)為正在營(yíng)業(yè)的不夜城商場(chǎng)（該建筑物與地下室外墻的最小距離約為12 m），東側(cè)是為不夜城電話局（該建筑物與地下室外墻的距離約為22 m），南側(cè)為高檔住宅區(qū)，周邊道路地下存在電話、燃?xì)?、污水、電力、上水、信息等管線，其中天目西路側(cè)電纜線與地下室外墻的距離僅為10.6 m。項(xiàng)目北側(cè)為交通主干道的天目西路，有連接南北高架的2 個(gè)匝道口，地面和高架道路在此交匯，交通繁忙，車(chē)輛多。其中安全保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)最近的橋臺(tái)距離本工程地下室外墻約18 m，最遠(yuǎn)的橋臺(tái)距離本工程地下室外墻約60 m，擋土墻距離本工程地下室外墻最近約18 m。因此在基坑施工過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境安全保護(hù)要求相當(dāng)高。

1.3 圍護(hù)設(shè)計(jì)概況

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻＋4 道鋼筋混凝土支撐系統(tǒng)的順作法方案。地下連續(xù)墻為兩墻合一，墻深32～34 m，共93 幅地下連續(xù)墻。為減小地下連續(xù)墻成槽對(duì)周邊環(huán)境的影響，本工程基坑周邊采用Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁作為地下連續(xù)墻槽壁加固。坑內(nèi)被動(dòng)土采用Φ850 mm@600 mm的三軸水泥土攪拌樁裙邊加固。

本工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面、支撐平面及坑內(nèi)加固平面示意如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)示意

2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1 鄰近高架、保護(hù)要求高

工程基坑面積為1.2 萬(wàn)m2，開(kāi)挖深度17.20 ～18.40 m。共4 道鋼筋混凝土支撐，屬深基坑施工，尤其基坑北側(cè)緊鄰天目西路立交引橋段，地下室外墻與高架橋基坑邊線＜20 m。其高架橋基礎(chǔ)對(duì)地層變形是相當(dāng)敏感的，控制標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)嚴(yán)格[1]。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)基坑開(kāi)挖對(duì)高架橋影響都按小于10 mm進(jìn)行控制。因此在基坑施工過(guò)程中，對(duì)高架橋的沉降及變形控制要求相當(dāng)嚴(yán)格。

2.2 市中心現(xiàn)場(chǎng)施工總體布局要求高

本工程的施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，紅線圍墻距離基坑地下連續(xù)墻邊僅4 m左右，在基礎(chǔ)施工階段基坑開(kāi)挖面幾乎占據(jù)了整個(gè)施工場(chǎng)地，沒(méi)有空余。而且，基地北側(cè)緊鄰天目西路立交引橋段，西側(cè)為正在營(yíng)業(yè)的不夜城商場(chǎng)，東側(cè)為不夜城電話局及停車(chē)場(chǎng)地，三處均無(wú)法開(kāi)設(shè)大門(mén)，僅能在南側(cè)共和路上開(kāi)設(shè)進(jìn)出大門(mén)，造成車(chē)輛出入困難，給材料和構(gòu)件運(yùn)輸、堆放等工作增加了很大難度，對(duì)交通組織要求較高。

2.3 工程量大、工期緊

本工程4 道支撐共計(jì)1.2 萬(wàn) m3混凝土，5 層土總土方量共計(jì)22 萬(wàn)m3，底板混凝土共計(jì)2.2 萬(wàn)m3。根據(jù)業(yè)主要求，從挖土至基礎(chǔ)底板完成須在6 個(gè)半月的，工期相當(dāng)緊。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)及高架橋保護(hù)措施

3.1 地下連續(xù)墻圍護(hù)施工保護(hù)措施

為減少地下連續(xù)墻成槽施工對(duì)高架橋的影響，并增強(qiáng)該側(cè)地下連續(xù)墻的止水性能及施工質(zhì)量，在鄰近高架橋一側(cè)地下連續(xù)墻兩側(cè)設(shè)置Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁槽壁加固，其中坑外一側(cè)采用套打、坑內(nèi)一側(cè)采用搭接250 mm。

采用兩噴兩撐施工工藝，水泥摻量為20%，水灰比1.5。坑內(nèi)設(shè)置三軸水泥土攪拌樁坑內(nèi)加固，加固體寬度為5.65 m，加固范圍為第二道支撐底至基底以下5 m，第二道支撐底至基底范圍內(nèi)加固體水泥摻量為10%，基底至基底以下5 m范圍內(nèi)加固體水泥摻量為20%。加固體與地下連續(xù)墻之間采用Φ600 mm@400 mm高壓旋噴樁作為填充。

圍護(hù)樁總體施工流程如下：地下連續(xù)墻兩側(cè)槽壁加固→地下連續(xù)墻→坑內(nèi)三軸水泥土攪拌樁裙邊加固→高壓旋噴樁填充

在施工槽壁加固時(shí)，針對(duì)高架橋一側(cè)實(shí)施采取“跳打法”。即每施工15 m，跳開(kāi)20 m，相鄰攪拌樁施工間隔2 d。減少對(duì)高架橋及周?chē)h(huán)境的影響。

高架橋一側(cè)的地下連續(xù)墻不流水施工，并減少墻幅長(zhǎng)度，縮短單幅槽段的施工時(shí)間，保證1 d完成一幅地下連續(xù)墻，施工時(shí)“做一跳五”，必須待前一幅地下連續(xù)墻混凝土澆筑完成后，方可進(jìn)行下一幅槽段的施工。單幅連續(xù)墻施工嚴(yán)格控制在20～24 h之間（成槽至混凝土澆筑完成），在地下連續(xù)墻鋼筋籠放置好以后，5～10 輛混凝土攪拌車(chē)必須就位等待，同時(shí)選2 家混凝土泵站一起供料，以保證混凝土及時(shí)連續(xù)的供應(yīng)，盡量在最短的時(shí)間內(nèi)將槽段施工完成[2]。

3.2 混凝土支撐及棧橋優(yōu)化

3.2.1 棧橋優(yōu)化

由于紅線圍墻距離基坑地下連續(xù)墻邊僅4 m左右，無(wú)法沿基坑周邊布置環(huán)形車(chē)道，且僅能在南側(cè)共和路上開(kāi)設(shè)進(jìn)出大門(mén)。因此如何通過(guò)合理布置棧橋，以完成基坑挖土及地下室階段場(chǎng)內(nèi)交通至關(guān)重要。

通過(guò)與設(shè)計(jì)單位的積極溝通，對(duì)首道支撐棧橋進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整（圖2）：首先在T1區(qū)東西兩側(cè)分別設(shè)置2 個(gè)取土碼頭；增加T1區(qū)的取土點(diǎn)。其次將T3、T2區(qū)棧橋環(huán)通，并將1#、2#大門(mén)中間棧橋貫通，增加車(chē)輛通行及調(diào)頭的場(chǎng)地，使場(chǎng)內(nèi)施工車(chē)輛出入更為便捷；提高通行效率。再次利用原有厚1 m的地下連續(xù)墻，在地下連續(xù)墻頂上設(shè)置鋼筋混凝土架空板，使場(chǎng)地周邊道路寬度增加至5 m，大大緩解了材料堆場(chǎng)過(guò)小的問(wèn)題。

圖2 優(yōu)化后的支撐棧橋布置示意

3.2.2 增設(shè)斜拋撐

由于本工程地下首層層高達(dá)7.6 m，拆撐階段為減小地下連續(xù)墻跨度，減少對(duì)高架橋及周邊環(huán)境的影響，經(jīng)與設(shè)計(jì)溝通，在地下1層結(jié)構(gòu)梁板上設(shè)置1 道鋼管斜撐。鋼管斜撐采用Φ609 mm×10 mm鋼管，鋼材采用Q235B級(jí)鋼。換撐圍檁中心標(biāo)高為－3.95 m。

鋼斜撐的一頭撐在原有鋼筋混凝土圈梁扶壁柱上，另一頭撐在地下2層混凝土結(jié)構(gòu)樓板底座上。鋼斜撐兩端分別焊接在事先預(yù)埋在扶壁柱和樓板內(nèi)700 mm×700 mm的鋼板上。鋼支撐在第二道支撐拆除后，第一道支撐拆除前安裝完畢。安裝時(shí)采用塔吊將換撐吊入基坑換撐位置，并搭設(shè)臨時(shí)架子進(jìn)行安裝。待地下首層結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行拆除。施工地下室頂板時(shí)，預(yù)先在鋼換撐位置埋設(shè)吊鉤，拆除鋼換撐時(shí)利用神仙葫蘆進(jìn)行吊運(yùn)拆除。

3.3 降水施工保護(hù)措施

對(duì)坑內(nèi)淺層土體進(jìn)行真空疏干降水，按單井有效抽水面積240 m2共設(shè)置54 口疏干井，采用多級(jí)濾水管，每臺(tái)真空泵帶3 口疏干井，真空度不小于0.05 MPa。

由于地下連續(xù)墻未完全隔斷地下承壓水層，需對(duì)開(kāi)挖深度以下的承壓水進(jìn)行“按需減壓”降水，經(jīng)計(jì)算共需要減壓井15 口（同時(shí)在基坑外布置4 口承壓水位觀測(cè)井），在正式降水運(yùn)行前利用部分降水井進(jìn)行群井試抽水試驗(yàn)，根據(jù)抽水量及觀測(cè)井的承壓水位，確定開(kāi)啟的減壓井?dāng)?shù)量及抽水速率，合理控制承壓水水位，將減壓降水對(duì)環(huán)境的影響控制到最低程度。尤其針對(duì)T1區(qū)（靠近高架橋）區(qū)域采取提升降壓井的濾頭，從⑦2層調(diào)整至⑦1層，減少其對(duì)高架橋的影響。

另外在基坑外（靠近高架橋側(cè)）專(zhuān)門(mén)布置2 口承壓水位觀測(cè)井兼做回灌井，以根據(jù)地下水位監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)降水運(yùn)行。同時(shí)為確保減壓降水井的不間斷工作，在施工現(xiàn)場(chǎng)配備50 kW備用發(fā)電機(jī)，保證降水作業(yè)的順利進(jìn)行。

3.4 挖土施工保護(hù)措施

在挖土前經(jīng)心策劃，遵循“盆式開(kāi)挖、留土護(hù)壁、限時(shí)對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖”原則，將2～4層土方分為9 大塊20 小塊（圖3），分層分塊進(jìn)行施工開(kāi)挖。開(kāi)挖采用中間先挖、待中間支撐形成后地下連續(xù)墻處再抽條挖土，隨挖隨做支撐[3]。合理布置多個(gè)出土點(diǎn)，各分塊的挖土、支撐施工進(jìn)行流水搭接施工，每個(gè)出土點(diǎn)布置獨(dú)立的土方車(chē)輛開(kāi)行路線，減少運(yùn)輸距離，減少土方施工的接力傳土能耗，加快開(kāi)挖速度。

圖3 優(yōu)化后的挖土分塊（共9 大塊）

為減少對(duì)高架橋的影響，對(duì)靠近高架橋一側(cè)的基坑角部增大留土面積，將8-1、8-2分塊面積增大。并由中部向圍護(hù)墻體留護(hù)坡退挖。邊坡土體分層高度不大于2 m；抽條寬度不大于30 m；放坡坡度不大于1∶2。

3.5 基礎(chǔ)墊層及底板優(yōu)化措施

在挖土及施工混凝土支撐時(shí)，將原支撐厚100 mm素混凝土墊層底模改為廢舊木模板，大大節(jié)約了混凝土用量，降低了費(fèi)用，而且縮短了混凝土墊層鑿除剝離的時(shí)間，縮短了挖土工期，減少了基坑暴露時(shí)間，大大降低了對(duì)周邊環(huán)境的影響。

同時(shí)為加快北側(cè)鄰近高架橋區(qū)域基礎(chǔ)墊層及基礎(chǔ)底板的形成，在原4 條后澆帶基礎(chǔ)上，在T1區(qū)域北側(cè)增設(shè)1 條東西向伸縮后澆帶，縮短施工時(shí)間，加快此區(qū)域墊層與底板的形成。并將2-1區(qū)原素混凝土墊層調(diào)整為配筋墊層。

4 監(jiān)測(cè)成果分析

基坑施工的共性在于施工工況中始終存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的懸臂狀態(tài)，即被動(dòng)土體挖除階段與支撐體系形成之間的間隙期。此期間為圍護(hù)暴露時(shí)間，也是對(duì)周邊環(huán)境影響最大的時(shí)間。

這就是基坑開(kāi)挖中經(jīng)常運(yùn)用的時(shí)空效應(yīng)規(guī)律，做好監(jiān)測(cè)工作可以合理地利用土體自身在基坑開(kāi)挖過(guò)程中控制土體位移的潛力，從而達(dá)到保護(hù)周邊環(huán)境的目的[4]。

根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本工程基礎(chǔ)施工過(guò)程中，高架橋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10 mm的設(shè)計(jì)值要求。其中高架橋梁最大累計(jì)下降量為－4.90 mm，高架橋墩累計(jì)沉降量為－5.03 mm。地表沉降最大累計(jì)為－10.49 mm，地下水位最大累計(jì)量為－82 mm[5-8]。

從基坑開(kāi)挖至地下室施工結(jié)束的整個(gè)過(guò)程中，成功地控制了高架橋及周邊環(huán)境的變形量。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所描述的工程工期緊張，場(chǎng)地十分狹小，尤其地處鬧市中心，鄰近高架橋，對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)要求高，通過(guò)在基礎(chǔ)施工階段采取綜合的施工技術(shù)及管理手段，將基坑變形控制在可控范圍內(nèi)，從而較好地保護(hù)了原有高架橋，達(dá)到了理想的效果，也為今后類(lèi)似工程提供了成功的借鑒案例。