緊鄰地鐵修復(fù)段的L形深基坑設(shè)計(jì)優(yōu)化及施工技術(shù)研究

鮑 旺 雷 克 王莉鋒 周 鋒 黎良青 孫 鑫 王俊佚

1. 中國(guó)建筑第八工程局有限公司 上海 201204；2. 上海市建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督總站 上海 200120

1 工程概況

1.1 基坑概況

背景工程位于上海市黃浦區(qū)，為L(zhǎng)形基坑，基地面積約9 200 m2，基坑開挖面積約8 200 m2，普遍挖深11.5 m（12.1 m）?；訃o(hù)體系采用“三軸水泥攪拌樁槽壁加固＋地下連續(xù)墻＋3道鋼筋混凝土支撐”，鉆孔灌注樁筏板基礎(chǔ)?；又苓叚h(huán)境復(fù)雜，緊鄰軌道交通4號(hào)線修復(fù)段、南浦大橋引橋及歷史保護(hù)建筑（圖1）。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意

1.2 環(huán)境概況

軌交4號(hào)線位于基坑?xùn)|側(cè)，其中區(qū)間隧道頂埋深22.3～28.6 m，距離擬建工程地塊地下室最近為34 m。修復(fù)段區(qū)間位于區(qū)間隧道北側(cè)，結(jié)構(gòu)頂埋深約28.1 m，隧道上部為4層結(jié)構(gòu)，層高自上而下分別為4.0、3.7、5.8、7.4 m，結(jié)構(gòu)板厚0.5～1.2 m。修復(fù)段區(qū)間隧道頂板厚1.2 m，層高5.715 m，底板厚1.3 m，采用超深地下連續(xù)墻明挖法，坑深約37 m，地下連續(xù)墻深65 m、厚1 200 mm。

南浦大橋引橋位于基坑?xùn)|側(cè)，軌道交通4號(hào)線與擬建工程地下室之間由引道和引橋組成，引道寬9.55 m，沿線長(zhǎng)度約為80.0 m。引道兩側(cè)采用鋼筋混凝土L形擋墻，墻背填土。擋墻壓頂線的絕對(duì)高程由北向南自＋4.34 m逐漸升高至＋7.10 m。引橋?qū)?.55 m，沿線長(zhǎng)度約為200 m，主要在C地塊東側(cè)區(qū)域。引橋采用承臺(tái)樁基礎(chǔ)，承臺(tái)下布設(shè)10～12根鋼筋混凝土樁，樁截面尺寸為400 mm×500 mm，樁長(zhǎng)均為30 m。此區(qū)段橋面中心標(biāo)高由＋7.25 m逐漸升高至＋13.00 m。上海市歷史保護(hù)建筑——商船會(huì)館位于基坑北側(cè)，距離擬建工程地塊地下室19～29 m。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 棧橋布置設(shè)計(jì)優(yōu)化

因基坑距用地紅線較近，且距保護(hù)建筑近，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法形成環(huán)路。為保證現(xiàn)場(chǎng)交通及施工秩序，土方及支撐施工均連續(xù)進(jìn)行。根據(jù)基坑及圍護(hù)設(shè)計(jì)概況，對(duì)棧橋進(jìn)行優(yōu)化布置，按照原圍護(hù)設(shè)計(jì)棧橋荷載增設(shè)一部分棧橋作為施工道路、取土碼頭及材料加工場(chǎng)，避免在土方施工或支撐混凝土澆筑時(shí)作為主要交通路線的棧橋堵塞（圖2）。

2.2 中隔墻設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖2 棧橋布置設(shè)計(jì)優(yōu)化

因基坑靠近軌交4號(hào)線區(qū)間隧道及修復(fù)段，根據(jù)地鐵公司審查意見(jiàn)，在L形基坑轉(zhuǎn)角部位增設(shè)中隔墻（圖3）。為減少基坑暴露時(shí)間，最大限度降低基坑施工對(duì)地鐵隧道變形的影響，經(jīng)與圍護(hù)設(shè)計(jì)及地鐵公司探討，將增設(shè)中隔墻改為素混凝土，隨挖隨鑿。

圖3 基坑地下連續(xù)墻槽段平面布置

近地鐵基坑施工對(duì)地鐵隧道有一定的影響，一般主要體現(xiàn)為隧道的水平位移與向下的豎直位移，且一般豎向位移遠(yuǎn)大于水平位移[1]。

中隔墻的增加將基坑分為相對(duì)獨(dú)立的2個(gè)基坑，基坑開挖施工時(shí)可以在相對(duì)獨(dú)立的2個(gè)基坑內(nèi)同時(shí)按照“盆式開挖”原則施工。中隔墻改為素混凝土減少了中隔墻鑿除時(shí)間，縮短了鋼筋混凝土支撐形成的時(shí)間，可以有效地控制基坑圍護(hù)體系的變形，進(jìn)而降低軌交4號(hào)線隧道的豎向位移，保證施工安全。

2.3 塔吊布置優(yōu)化

基坑南側(cè)為已有高層建筑，東側(cè)鄰近南浦大橋引橋，塔吊布置時(shí)需盡量減少盲區(qū)，可供塔吊布置位置較少。按照常規(guī)使用“鉆孔灌注樁＋格構(gòu)柱＋鋼筋混凝土承臺(tái)”作為塔吊基礎(chǔ)，不僅造價(jià)較大，后期拆除危險(xiǎn)性較大，而且格構(gòu)柱穿結(jié)構(gòu)樓板，后期封堵也存在滲漏隱患。

根據(jù)基坑周邊環(huán)境及經(jīng)過(guò)計(jì)算驗(yàn)算，將塔吊基礎(chǔ)放置于單幅地下連續(xù)墻上，為防止地下連續(xù)墻差異沉降引起塔吊基礎(chǔ)不均勻沉降，塔吊基礎(chǔ)不得橫跨地下連續(xù)墻的2個(gè)槽段，塔吊中心、塔吊基礎(chǔ)中心與地下連續(xù)墻幾何中心重合。施工塔吊基礎(chǔ)時(shí)，將位于塔吊基礎(chǔ)內(nèi)的第1道支撐圍檁與塔吊基礎(chǔ)處鋼筋混凝土支撐梁一并施工（圖4）。

2.4 坑內(nèi)加固優(yōu)化

基坑采用三軸水泥攪拌樁進(jìn)行裙邊加固，高壓旋噴樁進(jìn)行局部深坑加固。先后施工的三軸水泥攪拌樁槽壁加固與三軸水泥攪拌樁基坑裙邊加固采用φ1 000 mm高壓旋噴樁進(jìn)行咬合（圖5）。

圖4 塔吊平面布置及塔吊基礎(chǔ)剖面

圖5 坑內(nèi)加固優(yōu)化

考慮基坑施工工期要求及三軸水泥攪拌樁本身的擠土效應(yīng)較小，三軸水泥攪拌樁槽壁加固與三軸水泥攪拌樁坑內(nèi)裙邊加固同時(shí)施工，且三軸水泥攪拌樁槽壁加固與坑內(nèi)裙邊加固搭接施工，以提高施工工效。

3 施工控制技術(shù)

3.1 古建筑托換加固施工

基坑鄰近結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重的商船會(huì)館，為盡量減小基坑變形對(duì)商船會(huì)館的影響，在基坑圍護(hù)施工前即對(duì)商船會(huì)館進(jìn)行托換加固。商船會(huì)館周邊施工φ700 mm@900 mm鉆孔灌注樁隔離樁，樁長(zhǎng)25 m，進(jìn)入⑥粉質(zhì)黏土。隔離樁間施工壓密注漿，隔離樁施工完成后，施工鋼筋混凝土圍檁，增加隔離樁整體性，減小因基坑變形對(duì)商船會(huì)館的影響。

3.2 土方開挖及支撐施工

基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響具有明顯的三維空間效應(yīng)，且一般基坑變形長(zhǎng)邊中心點(diǎn)附近變形較大[2]。首道支撐棧橋隨土方開挖施工，減少基坑暴露時(shí)間。土方開挖施工采用盆式開挖，按照“時(shí)空效應(yīng)”原理，“限時(shí)、分段、均勻、對(duì)稱”地進(jìn)行土方開挖和支撐設(shè)置。遵循先遠(yuǎn)離地鐵、后靠近地鐵的原則。由于基坑不規(guī)則，且中隔墻將基坑分為2個(gè)小坑，故土方及支撐按照由兩頭向中間的大方向施工，2個(gè)小坑按照盆式開挖及“時(shí)空效應(yīng)”原理進(jìn)行土方及支撐施工，最后一層土方按照底板后澆帶進(jìn)行分區(qū)分塊（圖6）。

第2層土方施工時(shí)已鄰近春節(jié)，氣溫較低，支撐混凝土強(qiáng)度發(fā)展較慢。下一層土方開挖的前置條件為混凝土支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%。為加快支撐混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，減少基坑暴露時(shí)間，在支撐混凝土C40的設(shè)計(jì)強(qiáng)度基礎(chǔ)上提高混凝土強(qiáng)度至C50，并根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)采用暖棚做法，并在暖棚內(nèi)設(shè)置多臺(tái)大功率油熱型工業(yè)暖風(fēng)機(jī)，提高混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度，維持環(huán)境溫度在18～22 ℃。每一分區(qū)支撐混凝土澆筑完畢后立即搭設(shè)暖棚，架設(shè)工業(yè)暖風(fēng)機(jī)，提高支撐混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度[3]。

圖6 基坑土方開挖分區(qū)分塊

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

基坑第1層土方開挖深度1.3 m，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，第1層土方開挖施工過(guò)程中地下連續(xù)墻側(cè)向位移較小，本文不考慮第1層土方開挖對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的影響。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，基坑中部地下連續(xù)墻側(cè)向位移較大，隨著基坑開挖深度的增加，最大位移點(diǎn)逐漸下移，基坑施工至底板時(shí)，最大位移點(diǎn)變形量為15.9 mm，深度9.5 m，滿足要求。

商船會(huì)館隨著基坑開挖深度的增加，沉降增大，在基坑施工至底板時(shí)完成最大沉降9.56 mm，亦滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1）深基坑施工過(guò)程中，合理的優(yōu)化能夠提高施工工效，縮短施工工期。

2）深基坑施工過(guò)程中最大的影響因素為土方施工的快慢，棧橋的合理布置能夠有效地提高土方施工的速度。

3）冬季深基坑施工，由于環(huán)境溫度較低，支撐混凝土強(qiáng)度發(fā)展較慢，提高混凝土的養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度能有效地縮短支撐混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度所需的時(shí)間，提前進(jìn)行下一層土方的開挖施工，減少基坑暴露時(shí)間，進(jìn)而減小基坑變形。

4）在深基坑施工過(guò)程中，較短的支撐形成時(shí)間及較快的施工速度，能夠有效地控制基坑變形，降低深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而降低基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響。