闹市区复杂环境条件下的深基坑施工技术研究

汤洪家

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概况

1.1 地理位置及周边环境

嘉兴路街道139街坊商办综合开发项目位于上海市虹口区嘉兴路街道，城市中心区内环内；基地靠近虹口北外滩商务区。基地北侧为紫虹嘉苑小区，距离基坑约20 m；西侧为老厂房，距基坑约19.8 m；东侧为虹叶茗苑小区，距基坑约32.69 m；南侧为周家嘴路900弄小区。北侧隔岳州路为运营中的轨交4号线区间隧道，在基坑50 m保护线旁。周边道路下埋设有大量的市政管线（图1）。

图1 基坑周边环境与管线示意

1.2 建筑及结构概况

本工程总用地面积为13 671 m2，建筑面积89 351 m2，其中地下室面积44 990 m2，地上面积44 361 m2。建筑高度59.95 m，建成后为商业办公场所。

地下室底板面相对标高为－19.75 m，底板厚度普遍区域为900 mm、桩承台区域为1 200 mm，混凝土强度等级为C30、抗渗等级为P8，垫层厚度为200 mm。

本工程地下室共4层（地下4层为人防区域），满布整个场地；地上由1栋12层主楼（钢结构）及4层裙房（混凝土结构）组成。

1.3 水文地质情况

1.3.1 潜水

本工程基地浅层地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水，水位随季节变化而变化，水位埋深为0.3～1.5 m。根据上海市工程建设规范DGJ 08-11—2010《地基基础设计规范》有关条款，年平均水位埋深一般为0.5～0.7 m，按不利条件分别采用地下水高水位埋深为0.5 m，低水位埋深为1.5 m。

1.3.2 承压水

本工程基地第⑦层粉土层为承压含水层，埋深54.5～57.5 m，当基坑挖至－22.40 m时，底板稳定性处于临界状态，局部深坑开挖时（局部深坑开挖深度－25.00 m），有承压水突涌的可能性，且承压含水层埋深约55 m，地下连续墙未对承压含水层进行隔断。因此，本项目在施工过程中，在保证基坑安全的前提下，要保证尽量不降承压水或缩短降水周期，从而保证周边环境的安全。

1.4 基坑概况

工程采用厚1 m地下连续墙（两墙合一）＋4道钢筋混凝土支撑体系，地下连续墙深44～46 m。地下连续墙局部（邻近地铁隧道及小区侧）采用三轴搅拌桩进行槽壁加固和裙边加固，基坑内深坑采用高压旋喷桩进行加固。基坑普遍挖深20.3 m，局部落深至25.0 m（图2）。

图2 围护体系示意

2 关键施工技术

2.1 坑内加固

从某种程度上来说，坑内加固质量的好坏会关系到整个基坑的安全，尤其是本项目局部深坑承压水突涌风险较大、稳定性较难控制。

本工程在围护设计阶段，通过对围护设计方案进行研究，从基坑安全角度出发，在西侧（浅基础房屋）及地铁隧道（距离基坑50.5 m）须采取三轴搅拌桩进行加固。施工时，需密切关注其下沉和提升速度，相邻桩施工不得超过24 h，一旦超过，必须在外侧进行补桩，同时严格控制水灰比。

本工程坑内加固采用高压旋喷桩，注浆压力20～25 MPa，空气压力0.7 MPa，提升速度为10～20 cm/min，水灰比为1.0。为保证坑底加固的质量，以及施工时为防止孔间串浆，必须采用跳跃法，相邻2根桩施工间隔不小于48 h，间距不小于4～6 m。旋喷前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，注浆管接头处的密封圈必须良好，喷射时，要做好压力、流量、注浆量、转速、提升速度等的量测及记录工作。

2.2 合理划分土方分块

本工程土方分5层进行开挖，周边均为建筑物且距离基坑西侧20 m为浅基础的房屋，周边道路下埋设有大量管线，为确保周边环境安全，在尽早形成底板的前提下，基坑开挖必须坚持“分层、分区、留土护壁、盆式开挖”的原则[1]。

第2～4层土方开挖时，根据围护支撑的布置形式及盆式开挖原则将基坑分为15块共4个阶段进行开挖，先形成对撑，后角撑。同时要求在分块土方开挖完成后的48 h内形成支撑，并在开挖过程中加大机械投入，减少基坑的暴露时间[2]。

1）首层土方采取大开挖，由中间向两侧进行。且应先在地下连续墙内侧挖槽，凿除浮浆，并分段及时形成定圈梁（图3）。

图3 首层土方开挖示意

2）第2～4层土方采用盆式开挖，开挖时，上一道支撑强度必须达到设计强度。开挖顺序为1-1→1-2→2-1→2-2→3→4（图4）。

图4 第2～4层土方开挖分块

3）第5层土方根据后浇带及施工原因划分为6块（图5）。第5层土方及底板施工按照1区→2区→3区→4区→5区→6区的顺序进行施工，垫层在形成工作面（200 m2）后即可进行浇筑。1区、2区、3区形成后，尽快形成长边中部的底板对撑，控制基坑变形。同时，考虑到控制基坑变形，在施工4区、5区、6区时，可先行施工地下连续墙轮廓线10 m范围内的底板。

图5 第5层土方开挖分块

3 底板局部深坑施工方案

根据原先专家评审及围护图纸意见，建议一般情况下在普遍底板施工完成后再进行局部深坑（抗承压水稳定性验算不满足规范要求的深坑）的开挖，缩短降压抽水工期，从而减小对环境的变形影响。但本工程底板施工时，承压水头高度较之前有了一定的下降，局部底板深坑需后挖的地方极为有限。

若按常规方案进行施工，落深坑周边需留设施工缝及操作面，会对后期施工带来不便，且后期深坑四周所留设的钢筋接头很有可能在挖土过程中被损坏，施工周期也会延长，给底板的整体形成带来不利影响。因此，对于落深大于3 m的深坑采取分段施工（图6），以避免上述不利影响。

图6 分段浇筑示意

由于承压水水头呈周期性变化，在最后一层土方开挖期间，通过承压观测井对坑内承压水头进行观察，承压水埋深基本稳定在－65.0 m，较之前的地勘报告的－57.5 m有了一定降低，根据降水单位核算，根据此水头高度核算，底板开挖土方稳定临界值为－23.40 m。

针对4、5、6区深坑分2次施工，对局部深坑按如下步骤进行施工：

1）深坑随底板分区大面挖土一起施工。

2）开挖完成后，立即浇捣垫层（早强混凝土内配网片钢筋）且完成钢筋绑扎。

3）浇捣深坑混凝土。

4）深坑水平向设置施工缝。

5）待分区大面积钢筋绑扎完成后，浇筑整块分区底板。

同时，在水平施工缝处设置企口，在此设置止水钢板（图7）。

图7 止水钢板设置示意

4 监测信息化

为保证施工过程中基坑及周边环境的安全，地下室结构完成以前，本工程对周边管线及道路、房屋沉降及倾斜、水位变化、支撑轴力、地下连续墙测斜、土体测斜、坑底隆起等项目进行1 d一次的测量（结构施工阶段测量为3 d一次，不含拆撑），以信息化指导施工，根据监测数据调整施工流程。

在施工至第4道支撑时，由于土体卸载的效应，立柱桩的垂直位移出现了超过报警值35 mm的情况，为保证基坑及周边环境安全，项目部立即根据监测报告，对现场上升超过报警值的区域立柱通过局部加载的方式（支撑梁上方混凝土截桩）进行控制。

5 结语

1）在坑内加固施工时，严格按照相关技术要求进行全程控制，使得坑内加固质量得到了良好的保障，后期的28 d无侧限抗压强度满足＞0.8 MPa设计要求，为后续基坑顺利开挖起到了至关重要的作用。

2）在基坑土方开挖过程中，合理按土方分块进行开挖，通过加大施工过程机械和劳动力的投入，保证支撑在48 h内形成，同时提高混凝土支撑最后一块的强度等级，使整个支撑传力体系尽快形成，也缩短了整个基坑开挖的周期，减少了基坑的暴露时间，在一定程度上控制了基坑变形[3-8]。

3）通过局部深坑施工方案的调整，加快了底板施工的速度，比原有45 d的计划提早了6 d，尤其是在上海软土地基情况下，只有迅速完成底板浇筑施工，才能尽快地度过施工的高风险期。底板形成后，土体深层位移及地下连续墙测斜等监测数据明显减小，保证了基坑及周边环境的安全。

4）通过密切观察承压水头变化，发现承压水头较之前抽水试验时已有了一定下降，且本项目属于微承压水，含水层较薄，并且基坑深坑坑底加固较好，最终未开启承压井，降低了对周边环境的影响。