复杂环境条件下深基坑采用多种支护形式的施工技术

2015-09-18

建筑施工 2015年7期

上海海怡建设（集团）有限公司上海 201203

1 工程概况

上海德威英国国际学校配套服务中心工程位于上海市浦东新区金桥出口加工区S8地块，学校场地北侧，东邻蓝桉路，北邻碧云路，为地下2层（游泳池区域双层设计）、地上2层的综合配套建筑，浅基坑（室外下沉式走道）面积96 m2、挖土深度5.3 m，深基坑南北长约66.5 m、东西宽约33.5 m、面积2 154 m2、挖土深度12.1 m，基坑安全等级和环境保护等级均为二级。

根据地勘报告，该工程的土层在拟建场地地基土45 m深度范围内主要由回填土、淤泥质黏性土以及砂性土、粉性土组成。

2 基坑周边环境情况

该工程场地周边环境情况比较复杂，具体如下：

1）基坑东侧基坑边线与道路红线最近距离19.2 m。红线以外紧邻蓝桉路，道路下管线较多，有信息、给水、市话、雨水管、污水管、燃气，距离基坑边线分别为13.8 m、15.8 m、18 m、20.2 m、22.6 m、24.6 m。

2）基坑东侧还有110 kV高压架空线经过，基坑边线与高压线距离约为11 m（围护外边线距离高压线约10.2 m），高压线最低点距离地面18 m；

3）基坑东北角处有1栋1层（局部2层）砖混结构的牙科医院，基础形式为无桩的条形基础，基坑边线与牙科医院的距离为5.4～27.7 m。

4）基坑东北角2.9 m处有1根架空通信线杆，基坑东北角7.4 m处有1根架空高压电线杆，另1根架空高压电线杆位于基坑东南角12.6 m处。

综合前述可见，该工程周边环境较为复杂，东侧环境保护要求较高，有较多市政地下管线，尤其是东北角距离较近的牙科医院，其砖混结构对沉降和变形控制要求较严格。再加上通信、高压电线杆及高压线距离基坑较近，若施工不当极易引起房屋开裂、倾斜，甚至造成高压线杆倾斜、高压线路受损等严重安全问题。因此房屋、地下管线、电线杆、高压线是重点监测和保护的对象[1]。

3 基坑围护设计及调整

该工程招投标阶段的原围护设计采用1排钻孔灌注桩+1排三轴搅拌桩+2道水平混凝土支撑的围护体系，在坑内沿围护桩局部设置水泥搅拌桩加固暗墩。该方案东侧的三轴搅拌桩机在施工过程中距离高压线水平距离小于10 m，其保护距离不足，东北角浅基坑未考虑围护，原东侧外挑的地下结构（在高压线的10 m保护范围内）无法二次围护、开挖施工。

故经过与建筑及围护设计单位协商后，对建筑和围护设计的方案进行了调整，减少了东侧地下结构外挑的长度，确定了以下基坑围护设计方案（图1）：

1）深基坑东侧采用厚800 mm、深24.8 m的地下连续墙，地下连续墙与地下结构外挑的外墙两墙合一，地下连续墙外边线与高压线水平距离为10.2 m，既满足高压线的保护要求，也满足了地下结构外挑部位的围护和开挖施工要求。

2）围护结构的西、南、北3侧仍采用钻孔灌注桩挡土，桩径为950 mm和1 000 mm两种，桩间净距为200 mm，有效桩长分别为22.9 m、24.4 m。

3）钻孔灌注桩外侧采用单排φ850 mm@1 200 mm三轴搅拌桩作为止水帷幕，有效桩长25.0 m，采用P.O 42.5水泥，水泥掺入量20%。

4）深基坑内沿围护桩局部设置双轴水泥土搅拌桩加固暗墩，加固暗墩宽5.2 m，有效深度7.5 m，采用P.O 42.5水泥，水泥掺量13%。

5）地下连续墙接头外侧、地下连续墙与围护桩、双轴搅拌桩之间均采用φ800 mm@500 mm高压旋喷桩进行止水加固，有效桩长25 m。

6）围护桩间采用压密注浆@1 150 mm进行止水加固，有效长度分别为11.7 m和13.9 m。

7）考虑到浅基坑的围护要求，浅基坑部位采用双轴水泥土搅拌桩φ700 mm@1 000 mm，宽4.7 m，水泥掺量13%，桩长13 m。

8）基坑降水采用深井降水，基坑内设疏干井11口，基坑内另设承压水观测及备用井2口，基坑外设观测井2口。

经过调整后的围护设计和依据调整后围护设计编制的施工方案顺利通过了专家评审[2,3]。

图1 调整后的基坑围护设计方案平面示意

4 基坑施工对周边环境、建筑的保护措施

4.1 东北角牙科医院的保护措施

为了将围护和土方开挖施工对东北角牙科医院的影响降低到最小，采用注浆的方法作为对该建筑物的附加保护措施。具体要求为：注浆管距离牙科医院基础边外1.5 m处布置，每1.5 m布置1组，每组3根，间距500 mm，角度15°，埋深分别为12 m、11 m、10 m（图2）；采用双液注浆，配比（体积比）为：A液∶B液=1∶0.5，采用2个注浆泵同时向1根注浆管注浆，A液水泥浆的水灰比为0.8，B液水玻璃质量密度为1.26 t/m3，速凝时间控制在60～120 s，注浆压力为0.5 MPa。

图2 牙科医院处注浆施工平面布置示意

4.2 高压线杆、高压线的保护要求

为保护基坑周围3根架空线杆，在围护施工和土方工程施工过程中，采用25 mm2钢丝绳四向拉固，并用混凝土加固锚固处，以防止架空线杆倾斜或倒塌，同时在施工过程中落实专人进行监护。

4.3 降低地下连续墙成槽阶段对环境的影响

在地下连续墙成槽施工时，避免槽壁塌方是减少周边地表位移、沉陷的关键，施工中采取了以下控制措施：

1）在地下连续墙成槽前，应先做导墙。导墙质量的好坏直接影响地下连续墙的轴线和标高。导墙是成槽设备的导向，也是存储泥浆稳定液位、维护上部土体稳定、防止土体坍落的重要措施。导墙和导墙边的施工道路均采用现浇钢筋混凝土结构，导墙深度大于1.8 m；道路混凝土厚250 mm。成槽机、履带吊、混凝土搅拌车等大型车辆施工时应该在槽段边铺设路基箱板进行保护，并严禁在槽段边堆料、堆物。

2）选用优质泥浆。为了增加泥浆护壁能力和悬浮沉渣能力，降低沉渣厚度，并保证槽壁稳定，避免颈缩现象，需要配制和使用优质泥浆。

3）对槽段进行合理的分幅及开挖顺序安排是控制槽壁稳定的重要因素，开挖时槽段宽度控制在4～6 m，多幅槽段处应按先两边后中间的顺序施工，抓斗出入导墙口时要轻放慢提，防止泥浆掀起波浪，影响导墙下面、后面的土层稳定。抓斗入槽、出槽应慢速、稳当，单元槽段成槽完毕或暂停作业时，即令成槽机离开作业槽段[4]。

4.4 保证基坑内被动区土体的加固质量

加固坑内被动区土体可改善了支护桩的受力条件，不仅减少了桩身的内力和桩身水平位移，还提高了坑底土体的稳定性，防止坑底的隆起和管涌。双轴搅拌桩暗墩加固的施工质量控制措施有：

1）控制浆液配比，做到挂牌施工，并配有专职人员负责管理浆液配置，采用P.O 42.5水泥，水灰比为0.50；

2）严格控制钻头提升及下沉速度，钻头提升速度不大于0.5 m/min，钻头每转一圈的提升量以1.0～1.5 cm为宜；

3）为了使土体充分搅拌、充分破碎，破坏原状土的结构，使之便于与水泥均匀搅拌，必须严格按照“二喷三搅”的工艺实施；

4）在成桩28 d后采用抽芯取样检测，可反映出该搅拌桩整体喷浆均匀情况，桩身的长度、强度和完整性。抽芯取样的数量为总桩数的1.0%，且不少于3根。

4.5 土方开挖的施工顺序和要求

深基坑部位开挖以每道支撑为分界线，故本工程基坑分3层开挖，第1次开挖至第1道混凝土支撑底，挖土深度为1.9 m；第2次开挖至第2道混凝土支撑面标高，挖土深度为5.0 m；第3次开挖至基础垫层底标高，挖土深度为5.2 m。由于基坑面积不大，所以每次开挖均采用从基坑中间向两头分层开挖的挖土方式，当第3次开挖至基坑底时，加快了开挖和基础底板施工速度，以及时形成坑底支撑，控制围护结构的位移。

浅基坑（室外下沉式走道）在深基坑范围出±0.00 mm、地下室外墙防水施工完毕后，在浅基坑范围内先卸土1.5～2.0 m。由于浅基坑周边围护体系早已经完成且基坑面积较小，在采用轻型井点进行降水、疏干潜水后，迅速分层开挖至基底，并及时完成基础施工。

基坑开挖、支撑及垫层施工时遵循“分层、对称、限时、先撑后挖”的总原则进行，利用时空效应原理，尽量减少基坑无支撑的暴露时间，严格控制基坑变形。

5 加强监测管理

5.1 监测内容

本工程监测内容有：围护桩顶垂直度及水平位移；桩身的变形（测斜）；地表变形；地下管线的水平位移及沉降；邻近建筑物的沉降；坑内外地下水位；立柱的水平及垂直位移；支撑轴力的监测；周边环境监测点应在围护结构施工前布设完毕（图3），并留有初始监测数据，监测报警值见表1。

表1 监测报警值

5.2 监测结论及分析

图3 基坑监测点布置示意

经过监测，各测点的实测值均在可控范围内，其中围护墙顶部的垂直沉降和水平位移累计最大值均发生在东侧的Q2点，最大垂直沉降为17.7 mm，最大水平位移为7 mm；东北侧牙科医院最大沉降为12.9 mm（F3点）；高压电线杆最大沉降为6 mm（D2点）；第1道支撑内力最大为4 257 kN、第2道支撑内力最大为6 502 kN；在土方开挖期间，东、西两侧的围护体变形偏大，围护墙深层水平位移最大值东侧的CX1为37.69 mm、西侧的CX3为35.35 mm，超过了警戒值范围。这和基坑的形状有关，超过警戒值的2处都是基坑长边方向的中部，受力比较集中，而且深基坑开挖的土体应力释放较为集中，造成围护变形的影响比较大。随着围护体变形后应力逐步释放，基础底板传力带的形成后，基坑和围护的变形趋于稳定，说明围护体系在整个施工过程中比较稳定[5]。