緊鄰河道箱涵復(fù)雜環(huán)境下深基坑設(shè)計(jì)優(yōu)化及施工技術(shù)

于 佳

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地概況

上海市普陀區(qū)A11-7地塊新建養(yǎng)老院項(xiàng)目位于普陀區(qū)長(zhǎng)風(fēng)二村54號(hào)，占地面積7 276.3 m2，總建筑面積33 603 m2，地上建筑面積21 976 m2，地下建筑面積11 627.33 m2，地下2層，地上15層?；有螤罨境收叫危▓D1），主樓下普遍開挖深度為10.80 m，主樓以外區(qū)域普遍開挖深度為10.40 m，基坑局部開挖深度13.40 m?；影踩燃?jí)二級(jí)，周邊環(huán)境保護(hù)等級(jí)除項(xiàng)目北側(cè)為一級(jí)外，其他區(qū)域?yàn)槎?jí)。

圖1 項(xiàng)目平面布置

1.2 周邊概況

本工程基坑北側(cè)為桃浦河，河道內(nèi)需新建一條出水箱涵，出水箱涵與本工程同步施工，且河道原防汛墻需拆除重建。本工程圍護(hù)邊距河道防汛墻僅為0.8 m，距新建出水箱涵9.5 m，新建防汛墻基礎(chǔ)與本工程圍護(hù)重疊。項(xiàng)目東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)分布有許多線路，與基坑開挖邊線最近距離為3.3 m。東側(cè)基坑外分布1～4層住宅，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)。東側(cè)道路為項(xiàng)目北側(cè)箱涵施工的主要施工道路?；幽蟼?cè)紅線外為社區(qū)道路（寬6 m），南側(cè)道路是本工程和箱涵施工單位唯一與外界連通的施工道路。

1.3 水文地質(zhì)概況

本工程地質(zhì)勘探深度70.0 m范圍內(nèi)，主要由填土、黏性土、粉性土、砂性土、淤泥質(zhì)土等組成，根據(jù)地基土成積年代、成因類型及物理力學(xué)性質(zhì)差異，劃分為8個(gè)主要層次：①1雜填土、①2淤泥、②3-2灰色黏質(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、⑥草黃色砂質(zhì)粉土、⑦1草黃色砂質(zhì)粉土。承壓水分布于第⑦層土中，地下車庫(kù)埋深約10.8 m，第⑦層層頂最小埋深29.5 m，承壓水水位按不利埋深3 m估算時(shí)不會(huì)對(duì)基坑產(chǎn)生突涌危險(xiǎn)。

2 工程難、特點(diǎn)分析

2.1 深基坑施工周邊環(huán)境復(fù)雜，構(gòu)筑物及管線保護(hù)要求高

基坑周邊分布較多建筑物，南側(cè)有4棟高層，西側(cè)有社區(qū)學(xué)校，東側(cè)有4棟多層建筑，北側(cè)為桃浦河，建筑距離基坑較近，在2倍開挖深度以內(nèi)。本工程主要施工道路為項(xiàng)目南側(cè)寬6 m的社區(qū)道路，且單側(cè)用于居民停車?；?xùn)|、南、西側(cè)有多條綜合管線?；邮┕と绾未_保周邊房屋、管線安全是本課題研究的難點(diǎn)[1-4]。

2.2 圍護(hù)與新建防汛墻重疊，施工難度大

項(xiàng)目北側(cè)新建防汛墻基礎(chǔ)與本工程圍護(hù)樁重疊，圍護(hù)樁施工時(shí)如防汛墻不拆除無(wú)法滿足施工作業(yè)面。根據(jù)水務(wù)公司進(jìn)度要求，防汛墻施工時(shí)間正值本工程地下結(jié)構(gòu)施工階段，而防汛墻基礎(chǔ)與本工程圍護(hù)體系重疊，防汛墻基礎(chǔ)施工時(shí)可能導(dǎo)致圍護(hù)滲水，出現(xiàn)重大安全隱患，如何合理統(tǒng)籌圍護(hù)樁與新建防汛墻的施工是本工程一大難點(diǎn)。

2.3 出水箱涵與深基坑同步施工，難度大、風(fēng)險(xiǎn)高

項(xiàng)目北側(cè)河道內(nèi)新建出水箱涵，箱涵基礎(chǔ)為長(zhǎng)6 m預(yù)制管樁，樁底標(biāo)高為－9 m，箱涵施工區(qū)域內(nèi)修建圍堰，圍堰內(nèi)抽水清淤，箱涵主體、樁基施工與本工程圍護(hù)樁的距離僅為3.5 m。因箱涵樁基采用預(yù)制管樁施工，對(duì)土體變形影響較大，且河道內(nèi)水較多，加大了深基坑的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 場(chǎng)地狹小，施工難度大

本工程可供使用的施工場(chǎng)地十分狹窄，項(xiàng)目北側(cè)、西側(cè)圍護(hù)體系超出用地紅線，項(xiàng)目南側(cè)用地紅線距基坑開挖邊線1.89 m，項(xiàng)目東側(cè)用地紅線距基坑開挖邊線2.00 m，施工作業(yè)時(shí)材料的堆放場(chǎng)地和加工區(qū)域均無(wú)法設(shè)置。項(xiàng)目施工主干道為南側(cè)社區(qū)道路，因是社區(qū)道路無(wú)法滿足施工機(jī)械及重車通行要求。本工程如何科學(xué)、合理地組織交通及場(chǎng)布是一大難點(diǎn)。

3 基坑支護(hù)方案優(yōu)化

3.1 原基坑方案概況

項(xiàng)目北側(cè)鄰近河道防汛墻與防汛墻基礎(chǔ)部位的支護(hù)形式為3排φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水＋套打φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁擋土（落深區(qū)采用φ1 100 mm@1 300 mm鉆孔灌注樁）＋格構(gòu)柱棧橋板＋2道鋼筋混凝土支撐＋φ850 mm@600 mm三軸坑底加固的支護(hù)形式。

新建防汛墻基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁＋鋼筋混凝土承臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示，防汛墻灌注樁緊貼三軸止水帷幕（圖2），在樁基施工時(shí)，如發(fā)生擴(kuò)徑直接破壞三軸止水帷幕，且防汛墻混凝土承臺(tái)施工時(shí)需伸入三軸止水帷幕內(nèi)600 mm以上，由此對(duì)圍護(hù)體系造成了損壞，增加了地下結(jié)構(gòu)施工時(shí)的安全隱患。

圖2 圍護(hù)樁與防汛墻基礎(chǔ)重疊

3.2 豎向支護(hù)方案優(yōu)化

為確保深基坑施工安全，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，避免防汛墻基礎(chǔ)與止水帷幕重疊，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將豎向圍護(hù)體系進(jìn)行優(yōu)化，項(xiàng)目北側(cè)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化為：咬合樁φ1 200 mm@900 mm＋φ850 mm@600 mm高壓旋噴樁＋2道鋼筋混凝土支撐＋φ850 mm@600 mm三軸坑底加固的支護(hù)形式。

北側(cè)支護(hù)體系改為咬合樁后，解決了防汛墻與圍護(hù)體系重疊碰撞的問(wèn)題，由原來(lái)防汛墻基礎(chǔ)與圍護(hù)樁重疊，調(diào)整為間隔0.75 m。項(xiàng)目北側(cè)圍護(hù)樁下分布有較多障礙物，咬合樁施工前采用RT機(jī)鋼套管施工，利用液壓靜力切割處理地下障礙物，完整清除樁位部分的原有基礎(chǔ)，確保咬合樁成樁質(zhì)量。采用RT機(jī)鋼套管清障，對(duì)周邊環(huán)境擾動(dòng)小，對(duì)防汛墻及基礎(chǔ)影響少，有效避免了地下障礙物、新建防汛墻與止水帷幕重疊的問(wèn)題，確保了圍護(hù)體系的安全。

3.3 棧橋板優(yōu)化

本工程建設(shè)用地地處市中心社區(qū)內(nèi)，基坑開挖部位緊貼用地紅線，局部圍護(hù)體系已超出用地紅線，土方開挖后原材堆放地、原材加工地受場(chǎng)地限制均無(wú)法設(shè)置。原設(shè)計(jì)棧橋面積，施工車輛無(wú)法環(huán)通，且轉(zhuǎn)彎半徑不足。為滿足施工要求，在項(xiàng)目北側(cè)、南側(cè)、西側(cè)新增1 027 m2棧橋板（圖3），用于材料堆放，設(shè)置鋼筋加工棚和木工加工棚，確保施工道路環(huán)通，便于施工。

圖3 棧橋板優(yōu)化后平面布置

4 基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 確定施工順序

為降低基坑安全風(fēng)險(xiǎn)，避免防汛墻與止水帷幕重疊對(duì)深基坑造成的影響，減小出水箱涵與深基坑同步施工帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，施工前與箱涵、防汛墻施工單位一起優(yōu)化確定各自施工順序：

整體施工順序：施工圍護(hù)樁、工程樁→基礎(chǔ)施工至±0 m后（或本工程基坑拆除第1道支撐后），北側(cè)防汛墻再行改造施工→河道內(nèi)箱涵與基坑交叉施工。

箱涵施工順序：河道內(nèi)土方回填（拉森鋼板樁封頭擋土）→箱涵施工區(qū)域用拉森鋼板樁形成內(nèi)支撐體系→箱涵樁基施工→箱涵施工區(qū)土方開挖→箱涵主體施工→拉森鋼板樁內(nèi)支撐體系拆除→拉森鋼板樁圍堰拆除→河道土方挖除→河道恢復(fù)。

基坑與箱涵穿插施工工況：本工程樁基、圍護(hù)施工階段，與箱涵單位的河道回填、拉森鋼板樁支護(hù)、箱涵樁基及箱涵主體同步施工。第2皮土方開挖及支撐施工階段，與箱涵單位的支護(hù)體系拆除、圍堰拆除、河道內(nèi)土方挖除同步施工。

4.2 咬合樁施工技術(shù)

4.2.1 咬合樁概況

咬合樁直徑為1 200 mm，采用軟切割施工工藝，混凝土強(qiáng)度為水下C30，咬合樁分為有筋樁和無(wú)筋樁，間隔布置施工，無(wú)筋樁采用超緩凝混凝土施工，緩凝時(shí)間最低不得少于60 h，有筋樁和無(wú)筋樁咬合寬度為300 mm，共計(jì)97根。

4.2.2 咬合樁工藝流程

測(cè)放樁位→預(yù)清孔→施工混凝土導(dǎo)墻→鉆機(jī)就位對(duì)中→吊裝安放第1節(jié)樁→測(cè)控垂直度→壓入第1節(jié)套管→校對(duì)垂直度→抓斗取土，套管→測(cè)量孔深→清除虛土，檢查→B樁吊放鋼筋籠→放入混凝土灌注導(dǎo)管→灌注混凝土逐次拔管→測(cè)定混凝土面→樁機(jī)就位

4.2.3 咬合樁施工注意事項(xiàng)

1）咬合樁施工前試樁不少于1組（素樁2根，配筋樁1根），通過(guò)試成樁確定切割時(shí)間及塑性混凝土強(qiáng)度。施工前配備長(zhǎng)27.5 m鋼管，材料入場(chǎng)后對(duì)鋼管進(jìn)行順直度檢驗(yàn)，整根套管的順直度應(yīng)優(yōu)于1/500。鉆機(jī)就位后應(yīng)對(duì)鉆管進(jìn)行順直度控制，順直度需優(yōu)于1/350，成孔時(shí)咬合樁垂直度偏差控制在1/300以內(nèi)，設(shè)計(jì)孔位定位點(diǎn)與鉆孔機(jī)回轉(zhuǎn)盤中心偏差不得大于10 mm。

2）軟切割工藝需符合下列規(guī)定：

① 無(wú)筋樁與有筋樁間隔設(shè)置，先成孔無(wú)筋樁，再成孔相鄰無(wú)筋樁間的有筋樁。

② 無(wú)筋樁用超緩凝混凝土，緩凝時(shí)間在施工前經(jīng)試驗(yàn)確定，且不應(yīng)小于60 h。

③ 在第1根樁前面設(shè)置1根砂樁，需在砂樁接縫處采取止水處理措施。

3）咬合樁施工時(shí)應(yīng)遵循先施工無(wú)筋樁（A），再施工有筋樁（B），其施工順序?yàn)椋篈1－A2－B1－A3－B2－A4－B3－……－An－Bn-1，在B樁施工時(shí)用套管機(jī)切掉與A樁重疊部位的混凝土，咬合厚度為300 mm。

4.3 深基坑土方開挖技術(shù)

為避免開挖過(guò)程中基坑圍護(hù)應(yīng)力突變而導(dǎo)致變形失穩(wěn)，同時(shí)為加快挖土速度，盡早形成內(nèi)支撐體系，縮短無(wú)支撐基坑暴露時(shí)間，土方開挖采用盆式、分層、分塊、限時(shí)的原則施工。

1）首層土共分3個(gè)區(qū)，開挖順序?yàn)橛杀毕蚰线M(jìn)行退挖，從地面－0.5 m挖至第1道支撐底－2.1 m。

2）第2層土方從第1道支撐底－2.1 m挖至第2道支撐底－7.4 m，開挖順序?yàn)?區(qū)→2-1、2-2區(qū)→3-1區(qū)、3-2區(qū)（圖4），第2層土方采用盆式開挖，土方分2層放坡開挖，每層深度為2.65 m，以1∶1.5的坡度放坡。

圖4 第2層土方開挖分區(qū)

3）第3層土方根據(jù)底板后澆帶進(jìn)行劃分，從第2道支撐底－7.4 m挖至基礎(chǔ)底板墊層底－11.30 m，挖土順序?yàn)?區(qū)→3-1、3-2區(qū)→2-1、2-2區(qū)（圖5）。待第2道支撐施工完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80%后，方可進(jìn)行第3層土方開挖。土方分2層放坡開挖，每層深度為1.95 m，以1∶1.5的坡度放坡。

圖5 第3層土方開挖分區(qū)

4.4 深基坑降水技術(shù)

根據(jù)本基坑降水層土質(zhì)的實(shí)際情況，考慮到降水深度和實(shí)際效果，基坑開挖范圍內(nèi)以黏土、粉土、淤泥質(zhì)土為主，主要為潛水含水層，通過(guò)計(jì)算，承壓水對(duì)本工程無(wú)不利影響。根據(jù)土層分布情況和降水工藝的對(duì)比，本工程選取真空降水管井降水，基坑降水每200 m2布置1口降水井。

本工程開挖面積約6 200 m2，共布31口降水井。成孔直徑為650 mm，井管設(shè)置圓孔濾芯，外側(cè)設(shè)置40目（孔徑0.375 mm）濾網(wǎng)，管道外側(cè)采用中粗砂回填，抽水時(shí)設(shè)置多級(jí)濾水管加真空的措施，保證抽水效果。

真空降水管井施工工藝成熟，是上海、南京等地區(qū)較深基坑淺部潛水常采用的降水形式，在降水設(shè)計(jì)、質(zhì)量及施工控制方面已積累了豐富的相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)。

5 監(jiān)測(cè)

5.1 基坑監(jiān)測(cè)布置

地下結(jié)構(gòu)施工階段為減小對(duì)周邊環(huán)境的影響，實(shí)時(shí)掌握基坑周邊環(huán)境變化信息，本工程對(duì)圍護(hù)體樁頂豎向、水平位移，圍護(hù)樁體深層水平位移，基坑外潛水位和豎向位移，周邊建筑物沉降及綜合管線，河道及防汛墻、支撐軸力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5.2 基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上海標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)范》和設(shè)計(jì)圖紙要求環(huán)境類別為二級(jí)的圍護(hù)樁，深層水平位移累計(jì)報(bào)警值不得超過(guò)30 mm，項(xiàng)目北側(cè)為河道及防汛墻，環(huán)境保護(hù)級(jí)別為一級(jí)，深層水平位移累計(jì)報(bào)警值不得超過(guò)18 mm。

從鄰近防汛墻的CX8、CX9測(cè)斜點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論：

1）最大位移發(fā)生在坑底附近，底板澆筑完畢后坑內(nèi)位移趨于穩(wěn)定，最大位移為16.3 mm，未超過(guò)最大警戒值。

2）在第2道支撐形成后對(duì)圍護(hù)樁偏移趨勢(shì)形成了約束，當(dāng)?shù)装逍纬珊箜斪o(hù)樁，產(chǎn)生了輕微糾偏作用，圍護(hù)樁深層水平位移在逐步縮小，圍護(hù)樁彎曲變形要好于預(yù)期的效果。

基坑周邊建筑物較多，為實(shí)時(shí)掌握房屋變化情況，共布設(shè)101個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，建筑物允許沉降報(bào)警值為20 mm。在此選取距基坑最近的最不利的點(diǎn)作為研究對(duì)象，采集沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，在第1皮土方、第2皮土方、第3皮土方開始時(shí)，房屋沉降值有所升高。在第1道支撐、第2道支撐、底板混凝土澆筑完畢內(nèi)支撐形成后，變形數(shù)據(jù)有所緩和。底板澆筑完畢后建筑物沉降值處于穩(wěn)定，對(duì)周邊既有建筑物沉降起到了一定的補(bǔ)償修正，下沉變化量不再增大，最大變形值控制在15.2 mm，低于警戒值。

6 結(jié)語(yǔ)

研究課題已完成下部結(jié)構(gòu)施工，在復(fù)雜的周邊環(huán)境下，不同工藝穿插同步施工，合理組織施工順序，把控重點(diǎn)工藝是關(guān)鍵。施工前要全面統(tǒng)籌考慮不同施工工藝穿插施工對(duì)周邊環(huán)境造成的不利影響，對(duì)不利因素進(jìn)行方案優(yōu)化，確?；邮┕ぐ踩Ｊ┕がF(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同階段的不同工況做好全面策劃，做到精細(xì)化施工，對(duì)場(chǎng)地狹小、交通不便地區(qū)尤為重要。

本工程施工前通過(guò)對(duì)周邊復(fù)雜環(huán)境的深入分析，對(duì)穿插施工、緊鄰河道防汛墻、地下障礙物、設(shè)計(jì)方案、復(fù)雜周邊環(huán)境、場(chǎng)地狹小、交通不便、施工順序、施工監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行了科學(xué)、合理的優(yōu)化，既滿足了河道箱涵和本工程的施工進(jìn)度要求，也確保了深基坑施工的安全，減小了對(duì)周邊環(huán)境的影響，可供今后類似工程參考。