大型市政工程深基坑施工技术

2018-12-06郭延义王维江

建筑施工 2018年8期

关键词：深井土方基坑

郭延义王维江武卫

上海建工二建集团有限公司上海 200090

1 工程概况

杨高南路（世纪大道—浦建路）道路改建工程位于上海市浦东新区行政文化中心，邻近轨交9号线区间隧道。主线采用全封闭的隧道形式，北侧与现有世纪大道下穿立交相接，南侧与现状浦建路跨线桥相接。

杨高南路（世纪大道—浦建路）改建工程共划分为3个标段，其中三标范围为张家浜桥（不含）至工程终点，主要包括道路工程、隧道工程、排水工程、安装工程、桃林路人行天桥、世纪大道公交站、隧道结构、世纪大道地面环岛改造等。

2 水文地质概况

本工程沿线场地内自上而下可划分为11层，分别为①1填土、①2灰黑色淤泥、②褐黄-灰黄色粉质黏土、③灰色淤泥质粉质黏土、③t灰色砂质粉土、④淤泥质黏土、⑤粉质黏土、⑥1暗绿色粉质黏土、⑥2草黄色粉质黏土夹砂质粉土、⑦1草黄砂质粉土、⑦2灰色粉砂。

工程沿线分布的地表水主要为张家浜，向西汇入黄浦江，受潮水影响，水位有一定起伏。潜水水位埋深一般为0.3～1.5 m。承压水主要为深部⑦层的承压含水层，呈周期性变化，埋深3.0～12.0 m。

3 工程难、特点分析

3.1 邻近在建建（构）筑物及管线保护

本标段两侧建筑物自北向南依次为国际金融中心、自由世纪广场、陆家嘴软件园、塘东北块、塘东中块和塘东南块，均为高档商务区。基坑东西两侧有诸多管线，如DN300 mm燃气管、电力管、通信管、污水管。对施工环境要求很高，同时对施工完成后景观要求较高。

3.2 施工场地狭小，文明施工要求高

本工程可供使用的施工场地十分狭窄，围挡内西侧仅有3 m施工空间，特别是杨高南路现有交通十分繁忙，是浦东乃至上海交通最繁忙的路段之一，工程施工阶段需保证原有的双向8车道（图1）。施工场地狭小不能满足实际需要，且要满足原有世纪大道繁忙的交通畅通，同时，绿色文明施工要求高，施工中如何保证安全，精心策划，有效组织，协调施工，成为本工程的一大难点。

图1 基坑周边环境

3.3 老地道底板下存有积水且压力大，开挖难度大

上海地区地下水位较高，老地道结构凿除时，在底板与垫层间，会聚集大量的水，且有一定的压力，在凿除时将会有大量的层间水涌出。

4 基坑围护选型及优化设计

4.1 基坑概况

本工程基坑面积约11 862 m2，基坑周长约733 m。基坑呈长条形，东西长367 m，南北宽45～58 m。因基坑北侧涉及到老隧道的敞开拆除段，开挖深度为0.9～16.8 m。

4.2 基坑优化划分

考虑到基坑呈现长条形，南侧紧邻二标基坑，北侧为老隧道敞开段，且开挖深度也不尽相同，结合现场交通状况，把原本长733 m的基坑划分为2个基坑A1、A2，中间采用围护墙体隔断。

A1基坑面积2 369 m2，长宽各约50 m，近似正方形，最大挖深16.8 m；A2基坑面积9 493 m2，长670 m，挖深在0.9～14.5 m之间。根据交通组织，挖土阶段先施工A1区，随后A2区施工。

4.3 基坑围护选型

本工程隧道围护结构采用地下连续墙结合钢筋混凝土支撑及钢支撑形式。随着深度变化，地下连续墙宽度为1.0、0.8、0.6 m等多种，其中A1及A2采用厚1.0 m地下连续墙分隔，深度在25～36 m之间。

新老隧道分界横向止水帷幕采用双排φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩，桩底标高－20 m。常规段采用φ850 mm三轴搅拌桩裙边加固，宽3.85 m，加固至坑底下4 m。

A1基坑近似正方形，支撑系统采用对撑角撑结合支撑体系，共设置4道混凝土支撑，地下连续墙顶部设置冠梁兼作第1道支撑的围檩；A2基坑呈长方形，总体采用首道为混凝土支撑＋多道φ609 mm×16 mm钢支撑形式，随着挖深的不同，钢支撑由3道渐变成1道。

竖向支撑体系采用临时钢立柱及钻孔灌注桩组成的立柱桩作为水平支撑系统的竖向支撑构件，钻孔灌注桩直径为800 mm。临时钢立柱采用由等边角钢和缀板焊接而成的4∠160 mm×16 mm型钢格构柱，其截面为460 mm×460 mm。立柱插入钻孔灌注桩中，插入深度为3.0 m。

5 施工关键技术

5.1 施工交通导行及施工区域划分

世纪大道、杨高南路2条道路均为主干道，交通流量高。交叉点目前是一个五岔路口（涉及7条道路），世纪大道双向8车道，且有人行道和非机动车道。施工期间要保证交通正常运行。

原有管线多、路口电杆、信号灯、标志标牌密集，需要搬迁工作量较大。

为保证现有交通的运行，经研究整个工程需要分为多个工作断面来完成。

世纪大道南侧和杨高南路东、西侧均需要辟筑临时便道，分阶段保证施工过程中整个交叉口的机动车、非机动车和行人的正常通行。

便道结构层尽量以新的道路结构层设计施工，采用厚30 cm的C30混凝土（单层12 mm@200 mm网片）＋厚8 cm粗粒式沥青混凝土＋面层厚5 cm的SMA统一罩面。此部分道路施工均在铣刨原有沥青路面后施工，设计路面高于现状路面。

5.2 降水施工

本工程基坑开挖深度范围内主要为潜水含水层，开挖面以下存在承压水。根据已实施的很多基坑工程的成功实践经验，类似基坑工程的降水设计施工采用减压深井、疏干深井、观测井等分层进行针对性降水。

5.2.1 疏干深井

疏干深井的特点为深井管井，施工工艺成熟，是上海、南京等地区较深基坑浅部潜水平常采用的降水形式，在降水设计、质量及施工控制方面已积累了丰富的相关施工经验。

疏干深井抽水运行时因基坑围护结构均隔断，对周围环境影响小，可以根据基坑开挖的深度提前降低水位，从而减少土体含水率，有效提高土体物理力学性能指标，提高土体固结程度，增加地基抗剪强度。

5.2.2 疏干减压混合深井

疏干减压混合深井一般是针对2个或2个以上含水层同时作用而设计的降水井。根据各个含水层的厚度，从地面向下交替布设实管与滤管。相较于常规降水井管，混合井有一井多能，同时起效的特点。

虽在疏干的同时可以减压，但过早地开始抽降承压水，尤其在深大基坑工程和环境条件要求严格的基坑工程中，对周边环境不利，因此在目前的施工中慎用。

5.2.3 减压深井

减压深井特点为能降低承压含水层的承压水水头，将其控制在安全埋深以内，以防止基坑底部发生突涌造成不必要的损失和安全问题，确保施工时基坑底板的稳定性；且可尽量避免减少由于减压降水引起的地表沉降以及降水对周边建（构）筑物的不利影响；同时还能控制降水引起的地面沉降位移，避免产生较大差异沉降。施工时需控制降水对坑底土体变形的影响，减少在坑内梁、柱等围护、支护结构体内产生的附加应力以保证施工安全。

5.3 A1土方开挖

5.3.1 开挖流程

A1区土方开挖流程为：第1层土开挖至第1道支撑中心线下，完成后施工第1道混凝土支撑及栈桥；第2层土开挖至第2道混凝土支撑中心线下，后架设第2道混凝土支撑；第3层土开挖至第3道混凝土支撑中心线下，后架设第3道混凝土支撑；第4层土开挖至第4道混凝土支撑中心线下，后架设第4道混凝土支撑；第5层土开挖至基坑底标高，完成后施工局部深坑；浇筑大底板、侧墙结构，待大底板、侧墙结构达到设计强度后拆除第4道混凝土支撑；继续浇筑侧墙、中隔板及其以上1 m高侧墙结构，待侧墙及中隔板结构达到设计强度后拆除第2、第3道混凝土支撑；继续浇筑东西侧墙及顶板结构，待结构达到设计强度后拆除第1道混凝土支撑，并回填土。

开挖方式为：根据设计图纸要求及地质勘探报告，地下室基坑除了首皮土采用分区域大开挖之外，其余每层土方采用分层、分区、分块开挖的原则施工，待上层水平结构构件达到设计要求的强度后，向下分层、分区、分块开挖至下层结构梁底标高2 m左右[1-4]。

通常国际市场价格是公认的合理价格，而国内的批发价格竟远低于国际市场价格，除了税收因素，已不能从正常的原油及加工成本去解释。以此作为市场价，必然导致市场的混乱和迷茫。

5.3.2 人工钎土

在开挖至土方开挖各工况设计标高时，需留厚200 mm土体进行人工钎土放样；该部分土体严禁机械扰动，机械挖土的标高只允许正偏差，严禁负偏差。

5.3.3 土方开挖阶段基坑排水措施

本工程除在基坑周边采用排水沟排水严禁地面水流入基坑外，还必须在土方开挖阶段保证基坑内的排水措施，确保不因积水而影响土方开挖施工或影响开挖安全，保证施工场地整洁。在逆作挖土阶段，在取土口处开300 mm×200 mm排水沟，中间设置集水井，进行基坑的集水、排（抽）水工作。

5.3.4 土方外运及渣土垃圾处置措施

为确保文明施工，本工程在土方开挖、外运、建筑垃圾的清运、场内积水排放、周边道路保洁等方面均有专人看护，作为文明施工的措施来严格控制。

5.3.5 文明施工

在施工时落实道路保洁、场内保洁的专职人员和相应的措施，督促土方车辆不得超载，不得装载稀泥，防止土方、垃圾在运输过程中散落、滴漏；在工地大门口设置自动冲洗系统，并结合高压水枪对土方车辆的轮胎进行清洗，确保轮胎清洁无淤泥后方可把运土车开出工地大门；在工地大门口向外的一定范围内铺设麻袋作为道路保洁措施；土方运输车出工地，在外运时对路面的保洁，由土方运输单位负责。土方运输时，应尽量少利用靠近居民区的门进出，以免影响周边居民的生活，夜间运输时禁止鸣喇叭。

5.4 A2坑土方开挖

A2区土方开挖流程为：第1层土开挖至第1道支撑中心线下，完成后施工第1道混凝土支撑及栈桥；第2层土开挖至第2道钢支撑中心线下，后搭设第2道钢支撑；第3层土开挖至第3道钢支撑中心线下，后搭设第3道钢支撑；第4层土开挖至基坑底标高；浇筑大底板、东西侧墙结构，待结构达到设计强度后拆除第2、第3道钢支撑；继续浇筑东西侧墙、顶板结构，待结构达到设计强度后拆除第1道混凝土支撑，并回填土。

5.4.2 基坑排水

A2坑为长条形，基坑本身自有坡度，所以利用自有坡度在基坑两侧挖出排水沟以便积水雨水的排出，在基坑最低处用水泵强排。

5.4.3 积水的处理

A1坑与A2坑相接最深处容易有积水，经过严谨的商讨后决定采用掺灰的方式以防止积水过多。

5.4.4 土方开挖方式

A2坑本身自带坡度，所以与A1坑挖土施工不同，由高到低的施工可方便土方挖掘运输。

5.5 受限空间内土方开挖及运输

1）基坑土方开挖先实施A1坑土方，待第3阶段翻交后实施A2坑土方。基坑东西侧为施工便道，宽17 m（12.5 m机动车道＋4.5 m人非车道），A1坑挖土时，在基坑两侧各设置1个施工大门以连通施工便道，形成挖土出土路线。A2坑挖土时，在侧坑两侧各设置2个施工大门，在基坑北段设置1个施工大门以连通施工便道，形成挖土出土路线，场地内在基坑北段外侧设置钢筋加工棚及材料堆场，不同分区土方开挖分别安排。

2）因土方开挖空间有限，所以结合以前施工经验，改造4台小型挖掘机由基坑两侧对称开挖。

3）本基坑红线距离几个在建建筑物距离太近，所以我们增加了2条栈桥板，同时方便挖掘机施工、土方车运输，以增加施工面积和安全性。