复杂环境条件下的深基坑设计与施工优化

上海名华工程建筑有限公司 上海 200442

1 工程概况

大华锦绣华城4-2-3地块商业项目地处上海市浦东新区成山路以北、杨高南路以东、中汾泾以西。本项目由1幢14层办公楼及3层商业裙楼组成，地下2层。基坑开挖深度7.1～7.3 m，局部集水坑落深1.5 m，电梯井落深3.3 m。基坑开挖面积9 916 m2，基坑周长413 m。场地的工程地质条件从上往下依次为：①填土、②粉质黏土、③淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土、⑤黏土、⑤3-1粉质黏土。

2 环境概况

1）周边环境：东侧地下室外墙至用地红线距离为6.0～15.0 m，红线外为中汾泾河，其驳岸至本工程地下室外墙为21.1～23.2 m；南侧地下室外墙至用地红线距离为7.1 m，红线以南为成山路，该路下有多条市政管线存在，同时成山路下有规划轨道交通13号线（在本工程完成后施工），其与地下室外墙距离为10 m；西侧地下室外墙至用地红线距离为8.9～9.6 m，红线以西为杨高南路，本工程地下室外墙距离杨高南路道路红线29.9 m；北侧地下室外墙距离用地红线20.2～25.2 m，红线以北为4幢居民楼，居民楼为1993年建造的6层砖混结构住宅，砖墙承重，楼屋面为钢筋混凝土预制板，每层设圈梁，交接处均有构造柱，基础形式为混凝土条形基础，居民楼距离本地下室外墙28.4 m。据房屋检测报告，房屋平均向南倾斜0.1%，平均向东倾斜0.2%，房屋无明显的不均匀沉降[1,2]。

2）周边管线：场地南侧成山路及西侧杨高南路下埋设有给水、燃气、电缆、通信等多条市政管线，管线距离本基坑14.7～30.6 m。

基坑周边环境关系如图1所示。

3 围护设计

结合主体结构及场地特点，在保证安全的前提下，围护设计应重点突出快（缩短工期）、省（节约造价）、易（方便施工）。根据周围环境及开挖深度的实际特点，本围护选择SMW工法+1道混凝土内支撑的围护体系。SMW工法桩采用φ850 mm@600 mm内插700 mm×300 mm×13 mm×24 mm的H型钢。为有效控制坑内土体的深层变位，施工时在坑内沿围护桩及坑内高差区设置搅拌桩加固暗墩[3-5]。

图1 基体周边环境布置示意

支撑布置如图2所示。

图2 基坑支撑布置平面示意

围护设计剖面如图3所示。

图3 基坑围护设计剖面示意

4 工程重点及难点分析

1）西侧中汾泾河常年水位为+2.5 m，对基坑围护的动水压力很大，极易造成围护渗漏及坑底突涌。

2）南侧成山路及其电缆、给水、燃气距基坑较近，受基坑的影响很大。

3）北侧已建住宅为90年代老公房且为无桩基础，目前房屋平均向南倾斜0.2%，向东倾斜0.1%。虽其距离本基坑较远，但过大的变形会导致房屋的开裂。

5 施工控制要点

5.1 基坑围护施工

1）三轴水泥土搅拌桩：据本现场地勘报告，钻进深度内无砂层，对此成桩采用一喷一搅套接一孔法施工工艺，下沉、提升时均应进行喷浆。根据试桩，三轴搅拌桩的相关工艺参数为：水灰比1.8、注浆压力0.8 MPa，成桩下沉速度0.8 m/min，上升速度1.5 m/min。

2）钻孔灌注桩：钻孔灌注桩采用GPS-10工程转机正循环成孔，采取二次清孔措施。清孔后孔内泥浆相对密度≤1.15，孔底沉渣不大于50 mm。水下灌注混凝土时安排专人进行混凝土面标高测量，以确保导管的埋入深度控制在2～6 m，保证水下混凝土的灌注质量。

3）H型钢插入：H型钢插入应在水泥土搅拌桩成桩后30 min内施工，插入前应涂抹减摩材料。为保证插入深度、位置符合设计要求，型钢插入时采取牢固的定位导向架。埋设在压顶圈梁中的H型钢部分用油毛毡片和泡沫片包裹进行隔离，以便H型钢的拔除[6-8]。

5.2 基坑降排水

1）基坑降水：根据本基坑的深度，本工程采用真空深井降水的方式来降低浅层地下水、疏干坑内土体，提高坑内土体的侧向抗力，方便挖掘机和工人在坑内施工作业。基坑中布设44口深井降水，深井间距15.0 m×15.0 m，呈梅花形布置，以达到坑底以下0.5～1.0 m的降水要求。

2）基坑排水：基坑排水主要涉及雨季降水，对此在坑顶砌筑厚30 cm砖墙作为挡水围堰，为保证围护安全，垫层直接浇筑至围护柱根部，围护边不进行挖沟，坑内积水主要通过基础内集水坑进行抽排。

5.3 土方开挖

在围护墙和混凝土支撑养护达到设计强度，且坑内最高水位在开挖面以下1.0 m后，方可进行开挖土方。土方开挖分2个阶段进行，第一阶段支撑以上土方直接采用退挖，第二阶段支撑以下土方根据地下室后浇带位置进行分层、分块开挖。第二阶段土方开挖顺序如图4所示。

土方开挖的具体要求有：

1）在开挖时，应注意保护测量定位控制桩、轴线桩、水准基桩，防止被挖土和动土机械设备碰撞。

图4 土方开挖分块示意（开挖顺序：①→⑦）

2）禁止挖土机直接从支撑上通过，必须跨越支撑时应使用路基箱架空。支撑梁两侧覆土应高于梁顶30 cm，再铺路基箱以供挖机、土方运输车辆行走。

3）挖土机开行中心对准基槽的下口线，但应根据具体土质情况和操作形式适当偏离。如果土质较差，挖土机容易下陷，必须铺路基箱。

4）挖机不得挖掘围护桩、立柱及支撑，挖斗需与围护桩、立柱及支撑保持不小于35 cm的间距，空隙间土方采用人工清除。

5）土方开挖时分2层，每层不应大于2.5 m，台阶式退挖，坑底留300 mm土方人工清除。待前次开挖段基础底板施工完成后，再进行下次土方的开挖。

6）临近土方开挖段放坡均实行1∶2二级放坡，以确保基坑土体安全。

7）开挖最下一层土方时，随挖随浇垫层。无垫层坑底暴露面积不大于200 m2。在挖土完成后的24 h内，垫层必须浇筑完成[9,10]。

5.4 支撑拆除及H型钢拔除

型钢拔除或支撑拆除的条件：地下负2层结构全部完成且结构混凝土强度达到100%。地下室外墙与围护间采用砂浇水分层夯实回填换撑，地库后浇带间设置H型钢，间距2 m的传力构件。

1）支撑拆除：钢混凝土支撑拆除采用镐头机破碎拆除，支撑拆除在地下1层顶板混凝土完成后及换撑体系完成且达到强度后拆除。每台镐头机下面铺8根H型钢，镐头机停在H型钢上面进行破碎，支撑混凝土破碎颗粒大小需严格控制，一般粒径不应大于400 mm。清渣采用小型铲车，为保证楼板能承受小型铲车的施工，楼板下的排架应在支撑拆除后进行。

2）H型钢拆除：型钢拔除首先采用液压顶升架将型钢提离至地面一定高度，再用汽车吊吊住型钢整根拔除。型钢拔除时，为避免对周边建筑造成影响，应采用跳二拔一的形式，逐步释放土体应力，且型钢拔除后应立即跟进型钢空隙的注浆施工，注浆水泥掺量不小于20%。

5.5 环境监测

1）基坑监测的内容：围护坝顶的位移及沉降、围护桩的测斜、支撑轴力、北侧住宅楼的位移和沉降、周边管线的位移和沉降以及坑内外水位的观测。

2）基坑开挖期间一般每天观测一次，当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率，地下车库顶板浇筑完成至回填土期间每两周观测一次。当出现基坑变形值达到报警指标、观测值变化速率加快、出现危险事故征兆等3种情况的任意一种时，应加密观测。

6 施工效果及体会

在整个基坑开挖过程中，通过基坑四周观测点的测量，测得围护的最大水平位移为20 mm，最大垂直沉降为9.7 mm，最大支撑轴力为8 370 kN（支撑拆除时），基坑外地下水位最大下降值为38 mm， 围护墙体测斜的最大变形为38 mm，电力管线的最大累计沉降值为19.9 mm，最大累计位移为4 mm，邻近号楼基础的最大累计沉降值为7 mm。从以上数值可看出，本次围护的施工达到了设计要求。

本基坑开挖深度虽然不大，但其周边环境较为复杂，对于此类基坑，我们现场技术人员需做好以下工作：首先，通过有效的措施控制SMW工法桩的施工质量，确保达到设计要求的水泥掺入量及深度；其次，通过有效的降排水措施提高土体被动土压力；再者，合理安排土方开挖方法，减少围护变形；最后，通过基坑监测工作，做到信息化管理，发现险情及时采取应急措施[11]。