运营机场扩建工程中的深基坑施工关键技术

2018-12-06李祺

建筑施工 2018年8期

李祺

1. 上海建工四建集团有限公司上海 201103；2. 上海建筑改建与持续利用工程技术研究中心上海 201103

1 工程概况

上海虹桥东航基地扩建工程位于上海虹桥机场场区内，基坑北侧为作为机场VVIP通道的虹翔三路，虹翔三路北侧为在建基坑工程，东侧申达六路东侧为机场跑道。南侧为东方航空公司既有办公楼，西侧为申达五路及高架道路。工程总建筑面积约89 789.76 m2，其中地上建筑面积53 551.49 m2，地下建筑面积36 238.27 m2（图1）。

图1 工程平面示意

本工程基坑开挖面积约18 666 m2，周长551 m，开挖深度10.4 m。基坑施工采用顺筑法施工。北侧虹翔三路下有较多电力、煤气、给水等重要的管线，管线距离基坑最近5.4 m，管线中心埋深最浅仅为1 m。西侧申达五路、东侧申达六路下有路灯、雨水、污水等较为重要的管线。

针对本工程基坑开挖深度及周边环境保护要求，基坑边围护基本采用钻孔灌注桩＋2道混凝土支撑的形式[1-2]（图2）。止水帷幕为φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩，水泥掺量20%，深度至地下28 m；止水帷幕和围护桩间施工1道压密注浆。

图2 基坑围护剖面

一般位置的围护桩墙采用φ850 mm@1 050 mm钻孔灌注桩，深度23 m；局部基坑边有较浅深坑位置（集水井）采用φ950 mm@1 150 mm钻孔灌注桩，深度27 m；局部靠近基坑边有电梯深坑位置采用φ1 000 mm@1 200 mm钻孔灌注桩作为围护墙，深27 m；局部与相邻基坑预留连通口处采用SMW工法桩围护，φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩，水泥掺量20%，内插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm@600 mm型钢，长度25 m。

坑内采用2道钢筋混凝土支撑，平面形式为3道南北向对撑和1道东西向对撑，基坑四角布置角撑。第1道支撑中心标高－2.10 m，第2道支撑中心标高－7.60 m。在第1道支撑上布置2条南北向栈桥和1道东西向栈桥，栈桥宽度12.9 m，其中1条南北向栈桥和1条东西向栈桥对应施工大门，用于施工交通组织。支撑、围檩、栈桥混凝土强度等级均为C30。坑内被动土体加固为双轴搅拌桩，水泥掺量13%，深坑侧加固为双轴搅拌桩和高压旋喷桩，坑底为压密注浆和高压旋喷桩封底。

2 水文地质概况

本工程基坑涉及的土层大致为：①杂填土、②粉质黏土、③淤泥质粉质黏土夹黏质粉土、④1淤泥质黏土（基坑坑底）、④2粉砂夹粉质黏土、⑤1粉质黏土、⑤3-1粉质黏土（围护桩底）。拟建场地局部区域填土厚度较大，局部区域有明浜（塘）分布，且场地内有原建筑物旧基础等地下障碍物分布。基坑坑底位于④1淤泥质黏土层，湿度为饱和状态，含水率高，透水性差，呈流塑状态。

拟建场地地下水类型有浅部土层中的潜水、中部④2、⑤3-2层中的微承压水和深部⑦、⑨层中的承压水。场地浅部地下水属潜水类型，勘察期间测得地下潜水稳定水位埋深一般在2.64～4.56 m之间，平均潜水位标高为3.77 m。④2层及⑤3-2层为微承压水含水层，对工程有影响的主要为④2层中的微承压水，微承压水水位埋深的变化幅度一般在3.0～11.0 m，勘察期间④2层微承压水水位埋深约为5.10 m，相应水位标高约为0.29 m。

3 工程难特点分析

3.1 基坑周边环境复杂、保护要求高

本工程开挖面积约18 700 m2，开挖深度主要为10～12 m。开挖深度3倍范围内管线较多，尤其北侧虹翔三路下1根φ200 mm煤气管线距离坑边约9.7 m，1根电力管线距离坑边约5.4 m。所以开挖前做好围护和支撑工作，开挖时做好监测工作，减小基坑变形非常重要。

基坑北侧，虹翔三路以北为同期开发的深基坑项目（地下2层，局部1层），对北侧道路保护提出更高要求。而施工场地位于虹桥国际机场2号航站楼南侧，东北侧即为机场停机坪。施工场地北侧的虹翔三路直通机场VIP出入口，虹翔三路和申达五路均为机场VVIP通行道路，故北侧和西侧场外道路的保护尤显重要。

3.2 基坑底部局部落深深坑多样复杂、坑底土质差、突涌风险高

本工程基坑周长551 m，大面开挖标高至－11.0 m。工程上部建筑造型奇特，数栋单体呈扇形布置，且与虹翔三路北侧建筑通过地下连通道及上部连廊连为一体。坑边集水井、靠近基坑边的电梯井、预留非开挖施工使用的工作井等功能要求造成该工程的基坑底部落深坑众多、落深深度多样，特别是靠近VVIP通道一侧，围护设计与施工情况复杂，且基坑坑底位于④1层，湿度为饱和状态，含水率高，透水性差，呈流塑状态，非常不利于开挖施工及基坑安全。④2层中微承压水对基坑有突涌可能。

3.3 基坑撑满场地红线内范围，栈桥面积有限，可利用场地较小

根据围护边界线与围墙边界线，本工程北侧围墙距离围护边2.9 m，南侧围墙距围护边4.4 m，东侧围墙距围护边2.8 m，西侧围墙距围护边3.4 m，整个基坑几乎撑满施工用地，这对于地下阶段现场临设、堆场布置带来了很大困难。北侧的大门作为唯一的施工出入口，栈桥面积有限且未形成环路，也难以满足施工运输需要。

4 施工关键技术

4.1 地下水风险应对技术

针对本工程④2层中的微承压水突涌的风险及基坑底部土质含水量大、渗透性差的特点，围护桩选型与设计时考虑基坑止水帷幕将开挖深度范围内①～④层的潜水和④2层的微承压含水层完全隔断，用分别均匀布置疏干井降水和深坑部位附近均设置降压井的方式来应对地下水风险。

疏干井布置按200 m2左右布1口井来计算，基坑去除加固面积确定实际总需疏干面积，采用多级滤水管以确保每口井的出水量（第1级滤头标高－7.0～－4.0 m，第2级滤头标高－16.0～－12.0 m，井孔径为650 mm，井管直径为273 mm，井深16.4 m）。降压井布置根据④2层的微承压含水量及深坑位置计算确定，共布置15口，深度24 m，滤头位于④2层，标高根据地质报告确定。为观察坑内降水对外界的影响，在坑外设置潜水观测井8口，④2层微承压水位观测孔8个，监测该层的止水帷幕是否渗漏，保证基坑安全。

地下水控制实施过程中，为加快施工速度，原计划在第1层土方开挖前降水改为在第1道支撑施工时进行降水，第1层土方开挖采用临时明沟排水。疏干井运行过程严格执行适时适量，疏干井降水应在基坑开挖前15～20 d，以保证有效降低开挖土体中的含水量至开挖面以下0.5～1.0 m，确保基坑开挖施工的顺利进行。降压井严格执行按需抽水，保证在深坑部位承压水层上方所覆盖土层能承受压力水头的管涌，防止过度抽水导致周边地下水流失，使周边土体沉降。

4.2 基坑变形风险控制技术

1）针对基坑一路之隔的相邻基坑施工问题，在本工程地下室完成回填前，邻近基坑位于本基坑40 m范围内区域保持未开挖状态，并在北区基坑设计阶段将局部1层设置在近虹翔三路一侧，在保证满足上述施工搭接原则的前提下，既避免2个基坑同时在VVIP通道两侧施工所带来的风险，又将对工期的影响降到最低。

2）针对基坑土质差、周边环境复杂、保护要求高等一系列关于基坑变形控制的难题，从基坑施工平衡对称分块、限时形成支撑等方面来解决。

① 基坑北侧为重点保护区域，确定基坑开挖分块如下：第1层由于土开挖较浅，将基坑开挖分成3块，从南向北依次开挖。先栈桥部位，两侧区域跟进抽条开挖。南部2块施工阶段对北侧环境影响较小，最后施工北部又可最大限度缩短支撑形成对撑前的暴露时间。第2层土开挖采取盆式开挖。各分块边块长度30 m左右，宽度大于3倍开挖深度；靠近重点保护区域的北部分块适当减小，以此减少北部围护暴露时间；北部每一分块完成后，确保南北向的对撑的形成，从而减少北部围护的变形；栈桥区域分块跨越栈桥两侧，以利于栈桥下方的土方、支撑施工速度。根据上述重点保护北侧围护及环境的原则，将基坑划分成15块（图3），按编号顺序同时或依次组织开挖[3-4]。第3层土（底板层）开挖：根据地下室后浇带分块开挖，施工顺序考虑优先确保北侧的围护变形控制，同时减少挖土对底板施工的交叉影响，先施工南侧，后开挖北侧，先施工远离场地出口处，最后施工靠近出口处分块。

图3 基坑开挖分块（第2层土）

② 基坑北侧围护变形控制的重点：第2层土边块土方限时开挖后48 h完成支撑。根据每一层、每一分块的土方、钢筋、模板、混凝土的工作量及限时要求，制订设备、劳动力等资源配置计划，临时坡度控制在1∶2.5，土方开挖分层进行，分层厚度不超过2.5 m，开挖时形成踏步式阶梯并后退。第3层土开挖时，垫层每200 mm完成一次浇捣，限时18 h完成每一块的开挖与垫层。

4.3 场地优化与交通组织技术

针对基坑撑满场地红线内范围，栈桥面积有限，VVIP通道上道口开设限制等不利因素，现场制订应对方案：

1）保持北侧虹翔三路大门数量不增加等的限制条件下，将北侧大门移至与栈桥位置对准，在申达六路设置2#大门，使场地内道路环通，提高场地利用率。

2）在栈桥面积无法增加的限制条件下，调整栈桥布局，保证基坑内栈桥连通，且基坑中部、北侧、东侧、西侧基坑边缘区域与最近栈桥的距离在30 m以内，控制基坑土方驳运次数，提高挖土效率。

3）在栈桥末端设置钢筋加工棚和堆场，不影响施工车辆通行，南侧支撑通过加强措施后设置临时木工堆场。

4）基坑南侧无栈桥部位挖土，施工车辆利用坑外南侧道路组织施工交通，从东南角大门出入施工现场。场地内交通设置流向控制线，确保组织有序，安排专人指挥协调施工车辆交通（图4）。

图4 栈桥、场布优化及交通组织

4.4 基坑风险控制实施与管控效果

通过上述针对地下室控制、基坑变形控制、场布交通组织的关键技术分析与执行，本工程基坑挖土效率显著提高：第2层土方出土效率从计划的6 100 m3/d提高至7 100 m3/d，第3层土方出土效率从计划的5 300 m3/d提高至6 300 m3/d，从而大大缩短每一分块施工速度，总工期提前。最终，围护及周围管线的变形得到有效控制。