復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)探討

喬勇星（上海市青浦區(qū)建筑建材業(yè)管理所， 上海 201199）

0 引 言

隨著城市地下空間的開發(fā)和利用，基坑面積越來越大，深度越來越深。深基坑施工向來施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)程度高，復(fù)雜環(huán)境下的深基坑施工過程更是工程事故的高發(fā)階段。近年來，基坑事故的頻發(fā)給我們敲響了警鐘，因此，保證基坑施工過程的安全，確保深基坑施工順利進(jìn)行，是完成基坑工程的關(guān)鍵?；釉谡麄€(gè)工程中起著舉足輕重的作用，也對工程技術(shù)提出了更多的挑戰(zhàn)，因此對深基坑施工技術(shù)的研究也不能止步，對技術(shù)的探索任重道遠(yuǎn)。實(shí)踐中，具體研究可根據(jù)工程實(shí)際而定，對施工技術(shù)進(jìn)行研究和改善，提高深基坑施工的總體技術(shù)，也可為后續(xù)同類工程作出參考，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，前景可觀。

1 工程概況

某工程（以下簡稱“本工程”）地處上海市青浦區(qū)，基坑安全等級為一級，環(huán)境保護(hù)等級為二級，圍護(hù)體系采用鉆孔灌注樁+三道鋼筋混凝土水平支撐+三軸水泥土攪拌樁止水的結(jié)構(gòu)形式，基坑開挖面積約2.2萬m2，基坑邊長約590 m，開挖深度14.2 m，局部集水井、電梯井等落深區(qū)落深范圍為1.2 m～3.4 m?；A(chǔ)形式為樁筏，工程樁基采用鉆孔灌注樁。

1.1 周邊環(huán)境

本工程周邊地下綜合管線數(shù)量眾多，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，管線變形報(bào)警值僅20 mm，深基坑變形控制要求極高，施工難度大，對工期要求較緊。項(xiàng)目三側(cè)均為道路，交通道路復(fù)雜，在建工地多，其中東側(cè)地下室外墻距離紅線約5 m，南側(cè)地下室外墻距離紅線4.7 m，西側(cè)地下室外墻距離紅線4.7 m，紅線外15 m為河道；北側(cè)地下室外墻距離紅線約4.7 m，紅線外為市政道路，道路對面為在建工地，目前在地上二結(jié)構(gòu)施工中。由此可見，基坑周邊環(huán)境較為復(fù)雜，對施工技術(shù)要求高。

1.2 水文地質(zhì)情況

根據(jù)本工程地質(zhì)勘察資料可知，工程場地淺部地下水分為潛水和承壓水兩類，其中承壓水對基坑影響較大。本工程的承壓水為⑦、⑧2及⑨層承壓水，根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，承壓水水位一般低于潛水位，年呈周期性變化，埋深范圍為3.0 m～12.0 m。地質(zhì)勘察顯示，擬建場地局部⑧1層缺失，因此可認(rèn)為⑦、⑧2及⑨層承壓水相連。不良地質(zhì)條件如表1所示。依據(jù)本工程土層信息表可知，場地淺部分布的③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④層淤泥質(zhì)黏土、⑤1層灰色粉質(zhì)黏土對工程設(shè)計(jì)影響較大。填土層方面，本工程地表層普遍分布有厚層填土，以素填土為主，局部為雜填土，呈松散狀，厚度較大，最大厚度約3.7 m，在一定程度上會(huì)影響到今后擬建建筑物的基礎(chǔ)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。軟土層方面，上海是典型的軟土地區(qū)，在地面下普遍分布有厚層軟黏性土，其具有含水量高、孔隙比大、強(qiáng)度低、壓縮性高及靈敏度高等不良工程地質(zhì)特性，受擾動(dòng)易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，進(jìn)而誘發(fā)地表變形；軟土還有低滲透性、觸變性和流變性等特點(diǎn)，應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，易產(chǎn)生流變，對項(xiàng)目的建設(shè)和使用影響很大。淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，該土層濕度為飽和狀態(tài)，含水率高，透水性差，呈流塑狀態(tài)，降水難度極大。

表1 土層信息表

2 深基坑工程重難點(diǎn)分析

2.1 施工場地狹小，平面布置困難

本工程基坑周邊距離與紅線較近，三側(cè)緊鄰市政道路，另外一側(cè)緊鄰河道。當(dāng)進(jìn)行基坑開挖和支撐施工時(shí)，可用于施工的空間范圍小，在有限的場地進(jìn)行材料堆放、機(jī)械放置、勞動(dòng)力規(guī)劃等平面動(dòng)態(tài)布置較為困難，支撐及底板混凝土澆筑及挖土期間，車輛的交通行走困難，等等，對整個(gè)基坑工程的完成影響較大。如何有效地利用有限空間進(jìn)行布置，將是完成項(xiàng)目的關(guān)鍵問題。

2.2 土體滲透系數(shù)小，基坑降水難度大，土體承載力差，承壓水頭高

基坑降水作為基坑工程施工順利完成的關(guān)鍵，也對基坑的安全影響巨大，特別是承壓水，是影響基坑安全的關(guān)鍵因素。降低承壓含水層的承壓水水頭，將其控制在安全埋深以內(nèi)，能夠防止基坑底部發(fā)生突涌，確保施工時(shí)基坑底板的穩(wěn)定性，承壓水的降排和減壓井口的有效設(shè)置是保證基坑安全的關(guān)鍵。根據(jù)土層信息表可以得知，本工程在開挖期間，場地淺部分布的③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④層淤泥質(zhì)黏土和⑤1層灰色粉質(zhì)黏土對工程影響較大，會(huì)造成降水難度大，土體承載力差，挖機(jī)行走困難等問題，導(dǎo)致基坑開挖難度巨大。

2.3 周邊建筑物的安全及管線較多

本工程基坑四周附近地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，分布有天然氣等壓力管線，距離較近，需要重點(diǎn)保護(hù)和監(jiān)控。施工過程中保護(hù)周邊建筑物的安全是重點(diǎn)，周邊建筑物分部密集，需加強(qiáng)保護(hù)。

2.4 施工組織困難

本工程工期緊，工藝多，多種工藝均存在時(shí)間和空間上的交叉施工。如何將樁基和圍護(hù)施工進(jìn)度安排與后續(xù)工程緊密結(jié)合，提出最優(yōu)的進(jìn)度安排，是本工程的一大難點(diǎn)。

3 深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基坑降水

針對潛水降排問題，本工程采用疏干井、深井及輕型井點(diǎn)適時(shí)共用的方式進(jìn)行降水，從而達(dá)到降水的目的，保證施工進(jìn)度。對本基坑開挖范圍內(nèi)富存于淤泥質(zhì)黏土及第②3層砂質(zhì)粉土層中的潛水，布置了較密的真空疏干深井進(jìn)行疏干處理，采用超級壓吸聯(lián)合抽水系統(tǒng)進(jìn)行疏干降水，并盡可能增加預(yù)抽水時(shí)間，將地下水水位控制在每層土開挖面的至少1.0 m以下，為基坑開挖作業(yè)提供良好的環(huán)境。本工程共設(shè)置真空疏干井98口，井深21 m，約每200 m2布置一口疏干井，但在實(shí)際進(jìn)行開挖期間，進(jìn)行③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④層淤泥質(zhì)黏土開挖時(shí)，因土體差，滲透系數(shù)小，潛水降水效果差，為保證基坑施工進(jìn)度，通過研究，將輕型井點(diǎn)降水和深井降水以及場地原先布置的疏干井共同起用，使?jié)撍邓挥绊懲练酵膺\(yùn)，以保證進(jìn)度，減少基坑變形，確?；影踩Ｍ瑫r(shí)，基坑外布置潛水觀測井，定期進(jìn)行水位監(jiān)測，出現(xiàn)圍護(hù)滲漏情況時(shí)，能夠及時(shí)預(yù)警，采取應(yīng)急措施。

承壓水水位一般低于潛水位，年呈周期性變化。根據(jù)勘探資料，承壓水頭的最高水位標(biāo)高為0.92 m，埋深為3.59 m。本工程第⑦層水位在基坑開挖影響范圍內(nèi)，基坑開挖時(shí)需要考慮對第⑦層進(jìn)行減壓降水，在基坑內(nèi)布置減壓降水深井，進(jìn)行有效減壓降水，保證基坑安全。本工程中，經(jīng)過計(jì)算，共設(shè)計(jì)17口坑內(nèi)降壓井，深37 m。本工程基坑周邊管線較多，周邊環(huán)境保護(hù)要求較高，基坑進(jìn)行大范圍、長時(shí)間降水，勢必會(huì)對周邊環(huán)境造成不良影響，因此，降水必須做到按需降水，嚴(yán)格控制降水時(shí)間。在基坑內(nèi)布置第⑦層觀測井，在減壓降水運(yùn)行期間對基坑內(nèi)第⑦層水位進(jìn)行觀測，在基坑施工過程中做到按需降水，減小減壓降水對周邊環(huán)境的影響。

3.2 支撐優(yōu)化

根設(shè)計(jì)要求，本工程共設(shè)置三道混凝土支撐。本工程工期較緊，為加快施工進(jìn)度，混凝土支撐加入早強(qiáng)劑并提高一個(gè)混凝土等級。原設(shè)計(jì)中，要求混凝土為C35，現(xiàn)場實(shí)際改為C40早強(qiáng)，盡早使棧橋達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，達(dá)到加快施工進(jìn)度的目的。另外，本工程東西支撐上均加設(shè)施工便道，便于行走，第一道支撐梁的西南北側(cè)三個(gè)方向上均設(shè)置有堆載平臺板塊材料、機(jī)具、加工棚等的區(qū)域，使施工平面布置滿足要求。

3.3 土方開挖優(yōu)化

本工程土方共計(jì)32萬m3左右，現(xiàn)場設(shè)置兩個(gè)出土口，四個(gè)出土點(diǎn)；土方共分四層開挖，底部土體必須采用小挖機(jī)倒土至棧橋下，通過棧橋上的長臂挖機(jī)、抓鏟取土并裝車。

3.3.1 土方開挖的基本原則

依據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”原理，“限時(shí)、分段、均勻、對稱”地進(jìn)行土方開挖和支撐設(shè)置，采用盆式挖土方法，減少和控制無支撐土體暴露時(shí)間，坑邊土體挖除后，一般應(yīng)在36 h內(nèi)澆筑形成支撐。挖土應(yīng)遵循先撐后挖的原則分層分塊開挖。挖土機(jī)械不得直接碾壓支撐，如需在支撐上運(yùn)作，必須覆土高于支撐頂面300 mm且鋪設(shè)走道板，嚴(yán)禁在底部掏空的支撐構(gòu)件上行走與操作，機(jī)械與車輛不得碰撞支撐和立柱，立柱四周的土體應(yīng)對稱均勻挖除。在基坑開挖過程中，挖土不得超挖，開挖面高差應(yīng)控制在2.5 m內(nèi)，并按1∶1.5的比例放坡；坑底留200 mm～300 mm厚基土用人工鏟除及修平，來不及處理的工程樁樁頭應(yīng)在墊層澆筑后鑿除。

3.3.2 土方順序，出土方案

圖1為前三層土方開挖示意圖。前三層土方開挖方式整體原則采用盆式開挖，先挖中間后挖四周，四周留土放坡，邊坡采用兩級放坡，四周留土寬度不小于20 m。開挖時(shí)應(yīng)該按照每層土的開挖順序圖進(jìn)行開挖；邊撐在卸載后36 h內(nèi)形成支撐；開挖期間采用抽條式開挖，在圖1中N8、N7、S8、S7區(qū)域中間留土邊上抽條，加快支撐形成，減少基坑變形。土方開挖基本順序?yàn)镹1→N2/N3→N4→N5/N6→N7/N8；S1→S2/S3→S4→S5/S6→S7/S8。

圖1 前三層土方開挖示意圖

第四層土方開挖采用跳倉開挖及底板跳倉澆筑的方式，合理安排好挖土的時(shí)間段，以最快的時(shí)間段搶出大底板，減少基坑暴露時(shí)間?；炷翂|層應(yīng)隨挖隨澆，混凝土墊層需直接澆搗至圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)面。墊層完成的區(qū)域，應(yīng)盡快澆筑底板，減少坑底隆起，保證基坑安全。第四層土方共分20個(gè)倉塊，土方開挖時(shí)依據(jù)1倉塊→2倉塊→3倉塊→4倉塊→5倉塊→6倉塊的順序從周邊往中間收；土方開挖完成后，立即澆筑墊層，形成臨時(shí)支撐（如圖2所示）。前后工序應(yīng)緊密連接，而后施工大底板，根據(jù)跳倉方式澆筑，以最快方式形成大底板，減少基坑變形量。

圖2 第四層土方開挖分區(qū)圖

3.3.3 基坑監(jiān)測

本工程開挖深度較深，為典型的深基坑項(xiàng)目，周邊綜合管線較多，環(huán)境保護(hù)要求高，基坑安全等級為一級。在基坑開挖過程中，不僅須對基坑進(jìn)行監(jiān)測，還須對周邊環(huán)境進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。本工程風(fēng)險(xiǎn)源較多，基坑自身支護(hù)體系變形監(jiān)測、周邊施工與本工程施工的相互影響關(guān)系、周邊管線及橋梁結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測為本工程的監(jiān)測重點(diǎn)。監(jiān)測實(shí)施過程中，須對每類風(fēng)險(xiǎn)源制定合理的監(jiān)測措施，保證全面了解變形情況及趨勢，并作合理分析，指導(dǎo)施工全過程。

4 實(shí)際效果分析

最終監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)場施工按上述關(guān)鍵技術(shù)執(zhí)行時(shí)，出土效率高，原定出土工期為88 d，現(xiàn)場實(shí)際為79 d，出土效率與計(jì)劃相比也得到了顯著提高，縮短了工期，益處較多。最終，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移量為45.22 mm，測孔CX2為最終變形量最大的測點(diǎn)，周邊管線、建筑物、道路的變形也均在控制范圍內(nèi)，個(gè)別支撐軸力和管線測斜累積量雖然超過報(bào)警值，但均在可控范圍內(nèi)，對基坑及周邊環(huán)境均未產(chǎn)生影響。

5 結(jié) 語

依托上海軟土地區(qū)某典型深基坑項(xiàng)目工程實(shí)例，針對工程項(xiàng)目的特點(diǎn)，在深基坑施工場地狹小、工期緊張、周邊環(huán)境較為復(fù)雜等情況下，在深基坑施工過程中，根據(jù)實(shí)際情況，詳細(xì)擬定應(yīng)對措施及方案，對過程進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)進(jìn)行糾偏，對降水、基坑開挖、監(jiān)測及場地布置等方面進(jìn)行合理優(yōu)化，克服降水困難、出土作業(yè)困難、施工場地小的困難，有效地控制基坑變形，保證基坑安全穩(wěn)定。在復(fù)雜環(huán)境下深基坑項(xiàng)目中采取一系列的施工技術(shù)和管理措施，既保證了經(jīng)濟(jì)效益，又滿足了基坑安全要求和對工期的要求，可為同類項(xiàng)目提供借鑒和參考。