与地铁出入口同步实施的典型基坑施工控制

2021-11-05王素芳

建筑施工 2021年7期

王素芳

上海三维投资管理有限公司上海 200060

1 工程概况

1.1 结构规模

背景项目位于上海市宝山区，拟在紧贴上海轨交18号线殷高路站1号出入口及1号风亭处（图1）建1幢商业办公综合楼。工程用地面积2 138 m2，总建筑面积9 250 m2，其中地上建筑面积5 190 m2，地下建筑面积4 060 m2。建筑高度31.95 m；建筑物主楼7层，局部3～5层。项目设3层地下室，基坑深度14.05 m，局部深17.10 m。为框架结构体系，基础为筏板加钻孔灌注桩基础。

图1 拟建项目与地铁出入口相对位置关系

1.2 水文地质

本工程基坑开挖范围内涉及的地层从上至下主要包括：①杂填土、②1灰黄色粉质粉土、②3灰色砂质粉土、④灰色淤泥质黏土、⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉质黏土夹粉性土，其下为⑧1灰色粉质黏土等。基坑底部主要位于④灰色淤泥质黏土层中，属于软土地层。

1.3 周边环境

场地目前全部位于在建的上海轨交18号线的施工场地内，西侧与车站1号出入口1号风亭共用长约30 m的墙体，东邻西沙河、南靠市政大楼、紧邻国权北路，地下管线众多。基坑影响范围内存在一南北走向的10 kV高压架空线缆，其距离基坑水平最近7.5 m。本工程基坑均近似为矩形，形状较规则。

2 工程特点、难点分析

本项目施工的前提是必须保证地铁施工安全和进度不受影响，具有一定的复杂性，主要体现在以下几个方面：

1）与地铁相关联的基坑措施。项目中每个相关联的部门及周边建筑都代表着制约基坑总体方案措施的因素。本项目因地下室长边范围紧邻轨交18号线1号出入口及1号风亭，开挖深度要比出入口开挖深度深，合理的基坑方案是必须首先考虑的地方。

2）地质水文复杂。本拟建场地土层岩性、分布、厚度及性能变化较大，地层中分布有②1粉质粉土、②3砂质粉土、④淤泥质黏土、⑤1-1黏土及⑤1-2粉质黏土夹粉性土层，第⑥、⑦层及第Ⅰ承压水层缺失。本地地下水水量丰富，承压水水头埋深在地面以下3～12 m，坑底位置主要位于第④层中。这些复杂的地质水文环境条件，给地下连续墙、桩基施工以及深基坑开挖造成较大困难，降水周期长、抽水量加大也必然对邻近的地铁线和环境造成影响。

3）周边环境较复杂。现状基坑周边有地铁出入口、西沙河、交通要道、市政大楼、众多地下管线等建（构）筑物，还有一条南北走向的10 kV高压架空线缆。基坑面积仅为1 460 m2，施工作业面小，施工组织要求高。在整个施工过程都需要对周边环境的稳定、沉降做好监测，保障各方安全。

4）工程难度较大。除了与出入口相互关系复杂，本工程基坑本身开挖深度大，超过14 m，局部最深为17.1 m，基坑安全等级、基坑环境保护等级均为一级，且因与地铁出入口项目共用围护墙，围护结构一旦发生较大位移，地铁和建筑都将受到很大干扰。因此，工程安全等级要求高，施工质量难度加大。

3 施工控制关键措施

3.1 与地铁相邻处的安全保障措施

出于出入口安全考虑，本项目主要采取两点措施[1-2]：

1）基坑分块实施，减少对地铁基坑的影响。

2）对出入口相接侧基坑采取相应加固措施。

具体措施为：基坑分一期基坑与二期基坑进行，中间设封堵墙，待一期基坑底板浇筑后再拆除封堵墙，进行二期基坑开挖；在一期基坑垫层中施加3根等距排列的通长10#槽钢，作为加固措施（图2）。

图2 基坑与地铁车站出入口关系位置示意

3.2 围护结构

一期基坑除与1号出入口相连处的西侧地下连续墙为“两墙合一”结构外，其余3个方向地下连续墙均为单一墙体。

本项目地下连续墙的施工场地狭窄，同时受地铁出入口结构影响及交通干道的管制，场地超长、超重构件（如钢筋笼）的吊放比较困难，混凝土供货在一些时间段会产生一定程度的间断现象，造成槽壁暴露时间加长、槽壁变形加大、二次清底任务重、水下混凝土浇筑不连续等问题。针对上述问题，地下连续墙施工时主要采取如下技术措施：

1）设置试验段。在此段地下连续墙施工前设置了试验段，以取得符合地质条件、工程实况的成槽泥浆参数、工艺、设备等。新鲜泥浆的性能指标具体为：黏度22～30 s，相对密度1.05～1.10，pH值8.0～9.0，失水量≤10 mL，滤皮厚≤1.5 mm。

2）挖槽先后顺序。本工程地下连续墙采用液压抓斗成槽机施工。施工关键点是要使抓斗两边的斗齿受力平衡，避免一边抓实，一边抓空，否则可能致使槽段垂直度不符合设计要求。因此，单元槽段的挖掘顺序为：直线段，先两边后中间，或者跳开一定距离再挖掘第2孔；转角段，尤其与出入口共用墙的转角处，先挖共用墙段，再挖与其垂直段。

3）泥浆的控制。选用的泥浆，最好具备较大的黏度、较小的失水量、护壁泥皮薄而有韧性，以保证槽段在开挖过程中坑壁稳定。

4）检验成槽质量。按照设计要求，测槽频率控制在20%，且不应少于3幅。本工程为了确保槽段质量，每幅槽段均采用四点超声波检测，布置在墙身截面的四边中点；对垂直度不合要求的槽段重新进行修正；同时，监测单位进行平行测槽，核对槽段质量。

5）钢筋笼起吊下放。钢筋笼自重约29.5 t，根据设计要求，需要在场地内整体吊装、整体回直、一次入槽，必须制定可靠、有效的吊装方案。施工审查吊装方案，旁站整个吊装过程。

3.3 基坑降水

因项目受四周既有建筑、管线、地铁等的限制，基坑降水是本项目施工的重点和难点，主要包括降承压水与浅部潜水。

3.3.1 降承压水措施

影响本工程的承压水为第Ⅱ承压含水层。我们对项目的承压水危害性进行理论计算和判断，基坑突涌稳定性分析采用式（1）进行计算。

本工程第Ⅱ承压水层层顶标高－48.78 m，承压水水头埋深3.0～12.0 m，此处取最不利值3.0 m，临界开挖标高为－19.51 m，则有：

即在承压水水位取3 m最不利的情况下，Fs仍在安全范围内，故本工程无需采取降承压水措施。

为保证施工安全，在施工前也进行了抽水试验，实测确定不需降压。

3.3.2 降水措施

本工程基坑开挖范围内主要以淤泥质软弱土层为主，大部分区域有②1、②3层黏质粉土层分布。该层潜水含水层重力释水量较大，在动水压力下可能导致流水流砂现象，影响坡面的稳定，甚至危及基坑及人员的安全。基于此，本工程主要采取以下降水措施：

1）上部潜水已经被基坑围护结构完全隔断，其浅部含水层采用真空疏干深井处理，井深不进入承压含水层。

2）真空抽水，1台真空泵配置3口真空疏干深井，预抽水时间不少于20 d。疏干井井点避开地基加固区域，与围护结构保持一定距离。

3）水位控制在开挖面以下0.5～1.0 m，保证施工在无水条件下作业。为确保轨交18号线结构的安全，根据需要设一定数量的回灌井，降低抽水对周边的影响。

4）考虑到基坑开挖范围内主要为②1粉质粉土、②3层砂质粉土，但基坑底位于黏性土层内，基坑开挖至砂质粉土层与黏性土层交界面时，根据类似工程经验，容易形成滞水现象，影响坑内施工，因此我们在近交界面临时增加强排水措施，必要情况下设置辅助轻型井点加强局部补强抽水。

3.4 坑底加固

1）为了进一步减少基坑开挖对已完殷高路站1号风亭及1号出入口的不利影响，增加地铁基坑坑底加固深度，在地铁基坑4 m范围内增设6 m深三重管高压旋喷桩坑底加固施工。

2）槽壁加固。基坑邻近1号出入口侧地下连续墙坑内采用φ850 mm三轴搅拌桩槽壁加固（桩长17.75 m），格栅形布置，桩间搭接250 mm，套打施工。坑外利用地铁围护桩和止水帷幕间进行压密注浆，作为地下连续墙外侧槽壁加固。搅拌桩经过人工填土和粉土层时，适当控制提升速度和水泥用量。

3.5 施工监测

本工程基坑属于一级安全等级、一级环境保护等级基坑。安全等级要求高，必须用监测数据指导施工。自基坑围护结构施工开始至地下结构完工为止整个施工工期内，我们始终把地下连续墙、与出入口连接处及四周建筑、道路、地面沉降等的监测作为重要工作来抓。监测主要内容有：地下连续墙水平位移、地下连续墙侧向位移变形、地面沉降量、南侧市政大楼垂直位移、西侧在建地铁工程垂直位移等。

监测数据采取了比常规参数更安全的做法：围护墙最大水平位移≤0.14%H（H为围护墙深度，常规参数为≤0.18%H）、地面最大沉降量≤0.1%H（常规参数为≤0.15%H）、西侧在建地铁结构垂直位移≤5 mm。

最终，监测数据显示，地下连续墙最大水平位移为21.33 mm，地面最大沉降量14.04 mm，市政大楼最大垂直位移2.7 mm，地铁结构主体最大沉降为3.19 mm，完全达到环境保护等级一级的目标。

4 结语

1）由于物业开发项目与地铁相邻关系复杂、围护结构形式不一，采取合理的方案限制基坑变形，是与地铁相邻物业开发基坑需要重点控制的措施。本项目最大垂直位移不能超过5 mm，采取化大基坑为小基坑，严格控制了结构变形。

2）施工监测要切实为工程服务，监测布点要实时有效，数据要及时准确，不弄虚作假，施工过程中始终用监测数据说话，对监测值变化有高度的职业敏感性，并采取必要的应变措施及时消除隐患。本项目地铁出入口结构沉降最终控制在3.19 mm内，有效控制了变形量。

3）地铁通常建造在人口密集城区，邻近地铁出入口的物业深基坑项目，降水合理性与否非常重要，在基坑变形得到有效控制的情况下，还应当采取必要措施，尽可能不降承压水。本项目经过抗突涌安全系数公式验算与实际检测，不需降承压水，只采用8口疏干深井疏干基坑内浅层潜水，井深22 m，能有效将水位控制在基坑开挖面以下0.5～1.0 m，保证了周边地铁及基坑施工的安全。

4）特殊复杂情况下的地铁物业开发，为保证环境安全，有必要采取有效规避基坑风险的盈余保障措施。本工程基坑深度达14.0～17.1 m，周边情况及施工情况也比较复杂，同时借鉴各地地铁基坑因围护支撑不到位造成基坑坍塌、引起巨大伤亡的事故教训，采用了地下连续墙＋4道内支撑的围护形式，虽然造价较高、工期较长，但能最大限度地保障本项目、轨交18号线及周边环境的安全，最终使基坑工程安全进行。