臨近地鐵的超深基坑分坑施工技術(shù)

中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 蘇州 215131

1 概述

1.1 工程概況

蘇州市廣播電視總臺(tái)現(xiàn)代傳媒廣場(chǎng)工程位于蘇州工業(yè)園區(qū)內(nèi)，為南施街東、翠園路南的一長(zhǎng)方形地塊。該工程為集多種功能于一體的綜合性建筑，占地面積21 550 m2，總建筑面積299 700 m2。本工程基坑面積約為33 500 m2，開(kāi)挖深度為15.4 m、17.4 m，土方量約為540 000 m3，分為酒店公寓塔樓（地上37 層）、廣電中心塔樓（地上43 層）兩個(gè)超高層建筑及周邊演播中心裙房和商業(yè)裙房等幾部分。其下部為統(tǒng)一的3層大地下室，塔樓開(kāi)挖深度為17.2 m，裙樓開(kāi)挖深度為15.4 m。

本工程設(shè)計(jì)標(biāo)高±0.00 m相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高+3.6 m。自然地坪標(biāo)高為－1.10 m（相對(duì)標(biāo)高）。

1.2 周圍環(huán)境概況

本工程西北角臨近蘇州軌交1號(hào)線南施街站車站，北側(cè)翠園路下為地鐵隧道，距離基坑圍護(hù)邊線最近僅為10.66 m，目前車站已經(jīng)施工完畢，并于2012年1月試運(yùn)行，施工保護(hù)要求高，在施工期間確保做好地鐵車站與隧道的保護(hù)和監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)預(yù)警，確保地鐵和施工安全。

本工程基地周邊道路下各類市政管線密集，且為大口徑型。管線與基坑的距離最近的僅為6 m。

1.3 工程地質(zhì)概況

1.3.1 地形地貌

擬建場(chǎng)地位于廣闊的長(zhǎng)江中下游沖積平原東部，地貌類型屬三角洲沖、湖積平原地貌，地貌形態(tài)單一。擬建建筑場(chǎng)地地勢(shì)總體較平緩，為綠化草坪，場(chǎng)地地面一般標(biāo)高1.50～3.14 m，總體較平緩，場(chǎng)地中部、西南部分布有3 個(gè)水塘，水體水面標(biāo)高1.0 m 左右，水深0.4～1.5 m，塘底標(biāo)高－0.52～0.61 m。

1.3.2 不良地質(zhì)現(xiàn)象

擬建場(chǎng)地表層分布了厚度不均的素填土，在本工程施工前需對(duì)該層地表填土進(jìn)行必要的清理，以消除不利影響。

本工程場(chǎng)地內(nèi)，第③～④3層土砂性較重，滲透性較大，增加了鉆孔灌注樁成樁、地下連續(xù)墻成槽時(shí)的難度；另外在基坑開(kāi)挖時(shí)，也加大了圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生滲漏、管涌等風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)采取一定措施確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，并提高地下連續(xù)墻接縫處的止水效果。

2 基坑支護(hù)方案的擬定

2.1 本工程難點(diǎn)及特點(diǎn)分析

（a）基坑面積大，埋置深，屬大型基坑，難度及風(fēng)險(xiǎn)大。基坑面積約為33 500 m2，開(kāi)挖深度為15.4 m、17.4 m，土方量約為540 000 m3，且由于夏季雨水較多，在基坑施工過(guò)程中，防汛、防臺(tái)亦成為關(guān)系到基坑安全的重點(diǎn)。

（b）周邊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)施工技術(shù)要求較高，西側(cè)南施街、北側(cè)翠園路臨近軌交1號(hào)線，市政管線多，而且地鐵隧道距離本工程基坑最近處約為10 m。施工期間應(yīng)確保地鐵隧道和車站的沉降量小于20 mm。在施工期間應(yīng)采取相應(yīng)措施以減少對(duì)周邊環(huán)境的影響?？刂茋o(hù)墻位移、測(cè)斜、支撐軸力、基坑內(nèi)地下水位、地下管線以及軌交1號(hào)線環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)是本工程的重點(diǎn)。

（c）根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本工程局部深坑受承壓水的影響。因此，本工程合理按需降水，是確保本工程基坑開(kāi)挖安全和周邊管線、建筑物不受損壞的關(guān)鍵。

（d）本工程場(chǎng)地內(nèi)，第③粉土層至第④3層砂性較重，滲透性較大，增加了鉆孔灌注樁成樁、地下連續(xù)墻成槽的難度，另外在基坑開(kāi)挖時(shí)，也加大了對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生滲透、管涌等的風(fēng)險(xiǎn)，因此須采取一定措施保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，并提高地下連續(xù)墻的接縫效果。

（e）本工程基坑占地面積大，基坑深、周轉(zhuǎn)場(chǎng)地小，周邊管線復(fù)雜，工期緊，如何“分層、對(duì)稱、平衡、限時(shí)、分段”開(kāi)挖，成為本工程施工難點(diǎn)。

2.2 基坑工程設(shè)計(jì)與施工確認(rèn)

先開(kāi)挖施工塔樓所在的1區(qū)，在1區(qū)施工出±0.00 m后再開(kāi)挖施工2區(qū)。在1-1 區(qū)地下室結(jié)構(gòu)完成后方可開(kāi)挖施工與地鐵出入口連通的區(qū)域?；臃謪^(qū)籌劃平面圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 基坑分區(qū)開(kāi)挖示意

本工程基坑分區(qū)主要考慮了以下各方面的影響：

（a）塔樓的建設(shè)進(jìn)度是本工程工期的關(guān)鍵路線，因此分區(qū)籌劃重點(diǎn)考慮2 棟塔樓所在分區(qū)先施工，以加快塔樓區(qū)域的施工速度，確保本項(xiàng)目總體工期要求。

（b）通過(guò)分區(qū)形成先后施工，可以較好的解決施工場(chǎng)地的布置問(wèn)題。

（c）基坑北側(cè)臨近地鐵車站及盾構(gòu)隧道，將基坑北側(cè)分為3 個(gè)區(qū)施工，可以減少基坑大面積一次性卸載對(duì)北側(cè)地鐵設(shè)施的擾動(dòng)變形影響。

本基坑外圍結(jié)構(gòu)均采用地下連續(xù)墻，且地下連續(xù)墻與地下室結(jié)構(gòu)外墻采用二墻合一的形式，以降低工程造價(jià)。其中基坑北側(cè)臨地鐵車站及盾構(gòu)隧道側(cè)，地下連續(xù)墻與地下室結(jié)構(gòu)墻形成復(fù)合墻，并在地下連續(xù)墻與結(jié)構(gòu)墻間設(shè)置膨潤(rùn)土防水毯；基坑中隔墻則采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水的形式；基坑其余區(qū)域地下連續(xù)墻采用二墻合一的形式，見(jiàn)表1、圖2。

3 深基坑支護(hù)與開(kāi)挖[1-6]

3.1 施工順序

由于本工程采用分段挖土，先開(kāi)挖1區(qū)，待1區(qū)地下室結(jié)構(gòu)封頂后，再進(jìn)行2區(qū)土方開(kāi)挖，根據(jù)此情況及進(jìn)度要求，又將本工程3 個(gè)施工區(qū)域劃分為5 個(gè)施工階段：

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖2 臨地鐵側(cè)的基坑圍護(hù)形式

第一階段，圍護(hù)施工，三軸攪拌樁中隔墻止水帷幕與地下連續(xù)墻槽壁加固同時(shí)進(jìn)行，計(jì)劃投入3 臺(tái)樁機(jī)，1 臺(tái)止水帷幕施工，2 臺(tái)槽壁加固施工。完成一定程度后，地下連續(xù)墻圍護(hù)與鉆孔灌注樁跟進(jìn)施工，高壓旋噴再跟進(jìn)鉆孔灌注樁施工。

第二階段，1區(qū)坑內(nèi)加固及樁基施工，此階段預(yù)投入20 臺(tái)樁機(jī)，其中有4 臺(tái)高壓旋噴及2 臺(tái)三軸攪拌樁機(jī)。

第三階段，1區(qū)坑內(nèi)加固及樁基施工完畢后，進(jìn)行2區(qū)坑內(nèi)加固及樁基施工，此前1區(qū)施工機(jī)械轉(zhuǎn)入2區(qū)。

第四階段，待第二階段完成后，開(kāi)始1區(qū)基坑開(kāi)挖施工。

第五階段，待1區(qū)地下結(jié)構(gòu)封頂后，再進(jìn)行2區(qū)基坑開(kāi)挖施工，直至地下結(jié)構(gòu)封頂。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)按以下程序施工：

3.2 臨地鐵側(cè)三軸攪拌樁施工

確保地鐵安全是本工程的重點(diǎn)，故在基坑內(nèi)靠地鐵側(cè)采取Φ850 mm三軸攪拌樁作裙邊加固，加固范圍為坑底以下6 m，靠近南施街側(cè)采取Φ850 mm三軸攪拌樁作墩式加固，加固范圍為坑底以下4 m。采用42.5級(jí)普硅水泥，水灰比1.5，通過(guò)試樁確定水泥摻量且大于20％，地面至加固實(shí)體采用10％低摻量補(bǔ)強(qiáng)。下沉速度為0.5 m/min，提升為1.0 m/min。

3.3 臨地鐵側(cè)地下連續(xù)墻施工

地鐵側(cè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻厚度在地鐵側(cè)為1 000 mm，深度為35 m，其余側(cè)厚度為800 mm，深度為33 m。本工程厚1 000 mm地下連續(xù)墻共51 幅，厚800 mm地下連續(xù)墻共85 幅。地下連續(xù)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35水下混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P8。

為確保地鐵安全，在地下連續(xù)墻地鐵側(cè)專門(mén)采取了針對(duì)性措施：

（a）地鐵側(cè)成槽之前需對(duì)后道工序進(jìn)行嚴(yán)格檢查把關(guān)，槽段劃分合理，如開(kāi)槽后必須確保此幅槽段能連續(xù)施工完畢，如無(wú)法在相關(guān)時(shí)間內(nèi)完成及存在不確定因素的，禁止此幅槽段開(kāi)工。

（b）地下連續(xù)墻成槽施工安排為做1 幅跳隔5 幅進(jìn)行槽段施工，以避免連續(xù)成槽的隱患。

（c）不同深度的相鄰槽段施工，按先深后淺的原則施工。

（d）成槽過(guò)程中盡量避免大型設(shè)備在周邊行走，以確保槽壁的穩(wěn)定性。

（e）盡量在最短時(shí)間內(nèi)將槽段施工完成。

（f）先進(jìn)行試成槽，根據(jù)規(guī)范要求及現(xiàn)場(chǎng)施工試驗(yàn)情況，采用水灰比為0.55，注漿量根據(jù)設(shè)計(jì)要求每根注漿管2 t。采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，確保槽壁穩(wěn)定。當(dāng)每根注漿管注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求或注漿量達(dá)80％以上，且壓力達(dá)到2.0 MPa并維持3 min后停止注漿。另成槽時(shí)泥漿液面須保持在導(dǎo)墻下30 cm以上。

3.4 土方開(kāi)挖

本工程基坑面積約為33 500 m2，開(kāi)挖深度為15.4～17.4 m，土方量約為540 000 m3。

待圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐、地基加固達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且降水符合設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行土方開(kāi)挖。我們將整個(gè)大基坑劃分為3 個(gè)小基坑，先進(jìn)行1-1區(qū)和1-2區(qū)土方開(kāi)挖；待其到±0.00 m結(jié)構(gòu)封頂后再進(jìn)行2區(qū)的土方開(kāi)挖：

（a）配合支撐的架設(shè)，在分層先撐后挖基坑土方開(kāi)挖之前，根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算工況（－2.6 m設(shè)置第1道支撐，－8.6 m設(shè)置第2道支撐、－13.5 m設(shè)置第3道支撐）來(lái)安排分層開(kāi)挖的順序。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求先撐后挖，即挖土至支撐設(shè)置標(biāo)高時(shí)，要停止挖土，待支撐架設(shè)完畢并起到作用后，再繼續(xù)往下開(kāi)挖土方。

（b）本工程土方開(kāi)挖分4 層進(jìn)行；第1層挖土從自然地面－1.1 m到－2.6 m，其后開(kāi)第1道支撐槽溝，澆筑支撐，挖土深度為1.5 m。第2層挖土從第1道支撐底－2.6 m到第2道支撐底－8.6 m。挖土深度為6.0 m。第3層挖土從第2道支撐底－8.6 m到第3道支撐底－13.5 m。挖土深度為4.9 m。第4層挖土從第3道支撐底－13.5 m到基坑底；主樓－18.5 m、－18.3 m，裙樓－16.5 m。挖土深度分別為5.0 m、4.8 m、3 .0 m。

（c）考慮時(shí)空效應(yīng)：對(duì)具有流變特性的軟土，考慮到土方開(kāi)挖部分的空間幾何尺寸和圍護(hù)無(wú)支撐的暴露時(shí)間長(zhǎng)短，對(duì)圍護(hù)墻和基坑周圍地層的位移有明顯的影響，為此，在安排挖土順序時(shí)。先進(jìn)行盆中土方開(kāi)挖，緊跟盆中支撐安設(shè)。后再進(jìn)行盆邊按支撐的布置形狀分區(qū)開(kāi)挖，當(dāng)一個(gè)區(qū)段的土方挖至規(guī)定標(biāo)高后，緊接著立即安設(shè)支撐，以縮短圍護(hù)墻無(wú)支撐暴露時(shí)間，縮小時(shí)間效應(yīng)的影響，同時(shí)由于空間幾何尺寸的減小，亦縮小了空間效應(yīng)的影響。

（d）為了使整個(gè)圍護(hù)墻和支撐系統(tǒng)受力均衡，分區(qū)挖土?xí)r宜對(duì)稱、均衡的進(jìn)行，這對(duì)支撐體系尤為重要。為確保開(kāi)挖的成功，本工程基坑開(kāi)挖采用盆式開(kāi)挖的方法。

（e）在開(kāi)挖過(guò)程中隨挖隨撐，墊層施工與土方施工同步進(jìn)行，土體暴露時(shí)間控制在2～3 d內(nèi)。

4 檢測(cè)結(jié)果分析

本工程基坑施工，按有關(guān)規(guī)定實(shí)施了第三方監(jiān)測(cè)及第四方地鐵安全影響專項(xiàng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，圍護(hù)樁頂水平位移、圍護(hù)樁頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均滿足了地鐵控制要求。但各項(xiàng)數(shù)據(jù)比理論計(jì)算數(shù)據(jù)明顯偏大，有些數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到臨界狀態(tài)，特別是其中由于南側(cè)點(diǎn)位在2區(qū)的挖土區(qū)域，支撐還未拆除，故今后的位移可能會(huì)有進(jìn)一步加大的趨勢(shì)，必須嚴(yán)密監(jiān)控并做好防護(hù)預(yù)案。其余三側(cè)由于地下室頂板已基本完工，今后施工也不會(huì)對(duì)地鐵側(cè)產(chǎn)生影響。

5 結(jié)語(yǔ)

在地鐵沿線復(fù)雜的地理環(huán)境下，建造3層地下室存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。項(xiàng)目部憑借合理的施工組織順序，以及所搜集的豐富的資料，并且密切觀測(cè)周圍環(huán)境的變化，將基坑檢測(cè)的數(shù)據(jù)不斷地進(jìn)行分析總結(jié)，在確保周圍地鐵、道路、管線的沉降、位移符合各部門(mén)要求的前提下，順利的完成了地下室底板的澆筑，并為今后的臨地鐵側(cè)基坑支護(hù)體系施工提供了良好的借鑒。