复杂环境下深基坑施工技术及控制

上海建工二建集团有限公司 上海 200080

1 工程概况

上海虹桥商务核心区（一期）06地块由D17、D18和D19三个街坊组成，D17街坊规划主功能为酒店、公寓和商务办公；D19街坊主要为商业用地， D18街坊为地下已建虹桥交通枢纽的西交通广场西延伸段，与D17、D19街坊构成地下空间联体、设置设备房和下沉式广场，整个地块形成集综合性、多功能的商业、办公、酒店、休闲为一体的商业区（图1）。

图1 工程概况

D17街坊北至苏虹路，东临申虹路及已建成西交通广场下沉式停车场，西侧为申长路，南侧为舟虹路及D18街坊。基地占地面积约为29 570 m2，长约200 m，宽约150 m，平均开挖深度约为16.00 m，最大开挖深度为19.15 m。基地南侧舟虹路及D18街坊下为已建成开通运营轨交10号线、2号线（青浦段）等区间，其中，D17地块的办公楼离地铁隧道地下连续墙距离仅为4.3 m。基地西侧为申长路下方埋设有各类市政管线共18 根。整个基坑的施工阶段对隧道水平变形和沉降等控制十分严格，施工过程对基坑及周边环境的保护要求极高。

2 工程实施关注点

基于上述工程情况，得出本场地不仅紧邻轨交线路和西交通广场，而且因前期施工建（构）筑物完成后填埋的大量杂填土、围护结构等已成为本工程的障碍物，给本次施工带来较大影响[1-4]，其主要关注点如下：

（a）D17东侧为已经建设完成西交通广场，地块拟建建筑物部分地下结构将侵入原虹桥西交通广场停车通道，尤其是原西交通广场的围护重力坝体、挡墙结构、挡墙结构的基础桩、部分停车通道底板与拟建建筑地下结构重合，本次完成后的结构将和西交通广场停车通道连通。

（b）原西交通广场挡土墙与待建工程桩的影响：由于存在挡土斜向支撑及底板等构筑物阻碍，挡土墙区域的待建工程桩，其施工方法与施工时机要充分考虑到与本工程的衔接，该区域内的桩基需在拆除挡墙后进行施工，部分桩如与原工程桩相碰（图2），则需要拔桩处理。

（c）原西交通广场基坑施工时配筋护坡及放坡回填物整个基坑重合的面积为16 800 m2，且本工程约20%的工程桩在重力坝放坡区域内。重力坝的放坡上配筋护坡混凝土以及放坡回填时较多的建筑垃圾杂物对本工程桩基地下连续墙施工将产生极大影响。

图2 原有挡土墙与本工程桩基的相互影响

（d）D17地块的办公楼基坑离地铁隧道地下连续墙距离仅为4.3 m，基坑土方开挖后，对地铁隧道的扰动将是围绕基坑工程整个过程的关键所在。

3 基坑支护设计[5-8]

D17基坑平均开挖深度约为16.00 m，临近地铁隧道一侧基坑围护采用厚800 mm地下墙，插入比为1∶1。两侧Φ850 mm三轴搅拌桩槽壁加固；D17东侧西交通广场侧，基坑在西交通广场原有底板下开挖，考虑土体对西广场结构可能造成的影响，围护采用Φ1 000 mm硬法咬合桩；D17其余侧围护采用厚800 mm地下连续墙，插入比为1∶0.9（图3）。

图3 基坑围护设计

为减小开挖对轨交运营的影响，整个基坑划分为A区基坑（远地铁隧道侧）及B区基坑（近地铁隧道侧），A区采用厚800 mm地下连续墙划分为A-1、A-2、A-3三个小基坑先期施工，B区同样采用厚800 mm地下连续墙划分为B-1、B-2、B-3三个小基坑后期施工。A区基坑设计采用3 道钢筋混凝土支撑，B区基坑采用1 道混凝土支撑+3 道钢支撑，钢支撑采用自动轴力补偿系统。

4 关键施工技术

4.1 土方开挖及支撑总流程

由于基坑占地面积较大，同时涉及地铁保护区，根据施工进度、施工阶段基坑的稳定性及周边环境的保护要求，将基坑分为A区及B区，再细分为6 个独立的小基坑分别进行施工。基坑土方开挖及支撑施工共分 12 个施工阶段（图4）。

图4 基坑分坑示意

（a）施工A区第1皮土方开挖及支撑施工；

（b）待第1道支撑达到强度后，施工A-2区域第2皮土方开挖及第2道支撑施工直至底板；

（c）待A-2区域底板养护完成后，同时施工A-1、A-3区第2皮土方及支撑施工，A-2区进行结构反筑；

（d）待A-1、A-3区第2道支撑达到强度后，同时施工A-1、A-3区第3皮土方及支撑施工；

（e）待A-1、A-3区第3道支撑形成强度后，开挖第4皮土方及底板施工，A-2区施工BM结构板；

（f）施工A-1、A-3区底板，待A-2区BM结构板达到强度后，开挖B-2区域第1皮土方及第1道混凝土支撑；

（g）A区进行结构反筑，B-2区域开挖第2～5皮土方及钢支撑施工；

（h）A区进行结构反筑，B-2区施工底板并养护；

（i）待A-1、A-3区施工至BM板结构及B-2区底板养护完成后，同时施工B-1、B-3区第3皮土方及支撑施工；

（j）施工B-1、B-3第4皮土方及钢支撑；

（k）施工B-1、B-3第5皮土方及底板；

（l）B区结构反筑，待施工至B0板后，拆除A区剩余栈桥，拆除中隔墙完成地下结构。

4.2 土方分块措施

按照设计流程，在限定的时间内进行土体开挖以及混凝土垫层的施工，以确保基坑的变形在规定的范围之内，避免因基坑的变形而威胁周边建筑物、轨交运营、管线的安全。以A 区为例，A-2区分块如图5所示，A-1、A-3区分块如图6所示。

4.3 A区土方施工措施

根据工况，A区基坑由A-2区最先进行土方开始及支撑施工。A-1、A-3区待A-2区完成结构底板浇筑及混凝土强度达到设计要求75%强度后同步进行土方开挖及支撑施工。A-1、A-3区在施工过程中必须做好联动，基坑施工进度不得超过1 层土方。

图5 A-2区分块示意

图6 A-1、A-3区分块示意

同时，A区3 个独立小基坑的挖土施工过程，必须按“分层、分块、错位”工况流水作业，小基坑内相邻分块不超过1 个流水工况，土体开挖必须按照“分层、分块、限时”的原则进行，严格确保日出土量2 500 m3。

土方开挖采取1∶1.5边坡留土，由远轨交侧向至B区侧向退挖，以减少A区基坑施工时，对B区土体及隧道区间的影响。同时，为加快施工进度，尽快形成支护体系，避免基坑在无支护的情况下暴露太久，A区混凝土支撑垫层由原C20细石混凝土垫层改为生石灰固化土体后铺设竹笆，缩短垫层浇筑养护时间达到尽快形成支撑及缩短工期的效果。同时，对第2、3 道混凝土支撑采用提高混凝土标高至C40来使得支撑混凝土尽快达到设计强度。

4.4 B区土方施工措施

由于B区施工场地靠近轨交2号线区间段，故在开挖时考虑土体变化对地铁隧道侧的影响，采用4 道支撑体系，同时，为增加B区基坑的稳定性，钢支撑均在安装完成后及时进行轴力补偿系统的轴力加设。考虑到B区结构底板施工时间较长，可能导致地下连续墙侧向位移形变量较大及对轨交运营的影响较大，在结构底板上侧预留第5道钢管支撑及轴力补偿系统。

挖土采用顺作法进行施工，挖土施工按“分层、分块、限时、错位”工况流水作业。具体的土方施工方法同A区。

4.5 基坑施工特殊措施

4.5.1 扶壁柱施工

本工程自然地坪标高为+4.50 mm（相对标高，下同），第1道混凝土支撑垫层底标高为+2.80 mm。第1道混凝土支撑施工前需完成第1皮土方开挖，挖深为2.50 m。由于该表层土为杂填土，对于该层土体开挖时正直秋冬雨季，在A区进行第1道混凝土支撑施工时第1道支撑上部悬臂土体局部出现开裂现象，存在塌方的险情。针对上述险情，经与设计及时沟通，对第1道支撑上侧悬臂土体采用扶壁柱进行加固。同时，为避后续开挖过程中出现类似现象，在后续施工过程中，对首皮土方开挖时，采用了除进行边坡留土外还进行跳浜开挖及扶壁柱加固等措施，有效提高了该层悬臂土体的稳定性。

4.5.2 局部深坑加强措施

在B区基坑施工过程中，由于业主要求春节前夕完成最后一皮土方开挖（除塔楼范围局部深坑外）并进行大底板浇筑。但由于春节期间放假无劳动力，局部深坑区域长时间暴露，可能带来深坑土体隆起和地下承压水管涌等不可预计的风险，经分析后对局部深坑范围除进行首次临时厚200 mm 的C20混凝土垫层浇捣后，在底板施工阶段对该区域原垫层基础上进行Φ12 mm@200 mm双层双向钢筋配筋厚300 mm的 C30混凝土垫层浇捣，钢筋与非深坑区大底板钢筋锚固形成临时底板。然后在该临时底板上压重，待节后劳动力充足后再对该局部深坑进行施工。通过上述方案，有效控制了局部深坑范围的深坑土体隆起和地下承压水管涌的现象。

5 实施效果

通过与设计作大量的前期沟通，本工程一直较为顺利，成为虹桥商务区同期开工工程中第1个结构封顶的工程，设计与施工的结合以及过程中，信息化手段是保障基坑安全的重要手段和措施。工程监测显示，本工程基坑开挖阶段非地铁隧道侧围护墙累计最大水平位移22.40 mm，靠地铁隧道侧围护累计最大水平位移15.90 mm。隧道区间及车站累计最大位移8.02 mm，基坑周边管线最大沉降26.90 mm。在基坑实施过程中，成功地控制了地铁车站及周边管线的变形量，日变形量及累计变形量均在设计、监护限度值的范围内。