软土地区大面积不规则深浅基坑分区施工技术应用

邵 龙，王旭峰

（1、上海市水利工程集团有限公司 上海 200050；2、同济大学 上海 200092）

0 引言

长三角地区为典型的软土分布区，随着江浙沪地区经济的迅速发展，工民建等基础设施建设需求巨大。21 世纪以来，长三角地区高层建筑地下室、地下商场、地铁等地下空间工程得到空前的发展，基坑越挖越大、越挖越深。该地区土质多为软土，多为淤泥质土层。淤泥质土抗剪强度低，一般呈现流塑状态，多含有机质，基坑开挖后自立性差。软土具有典型的低强度、高压缩性、高含水率及低渗透性等特点，在土方开挖过程中位移量大且持续时间长，对基坑支护结构及周边环境的稳定十分不利。在软土区域搞基坑工程建设，施工难度大，基坑支护造价高，对周边环境影响也较大［1-5］。学者以及对软土地区深基坑支护设计形式、有限元数值模拟分析、局部阳角优化措施以及软土区域相邻基坑支护结构受力影响特征及机理进行了一定的研究［6-10］。针对软土地区深基坑工程施工的特点，以上海某大型高层住宅项目基坑工程案例为背景，应用“时空效应”原理，对大面积不规则深基坑进行合理的基坑围护支撑施工和土方分区分阶段开挖施工等施工技术应用，保证了工程的顺利完成。

1 工程概况

1.1 建筑结构概况

某工程为新建住宅小区，地块总用地面积约18 866.90 m2，总建筑面积为76 917.23 m2，地上总建筑面积为52 827.32 m2，地下建筑面积为22 026.68 m2。新建建筑物为4 栋高层住宅，层数分别为15、18、20、24 层；2 栋多层公建，层数为4、5 层（位于地下车库顶板上）；2栋1层的开关站（位于地下车库顶板上）；1个2层独立地下车库组成。高层住宅设独立1层地下室。

1.2 基坑概况

本工程为地下2层∕1层钢筋混凝土结构，最大开挖深度10.25 m，基坑面积约15 467 m2，外围周长533 m。基坑安全等级二级，环境保护等级为二级。

开挖深度为10.25 m 的深基坑围护结构采用φ800@1 000 mm∕φ900@1 100 mm 钻孔灌注排桩结合两道水平支撑的支护结构型式（均为钢筋混凝土支撑），灌注桩桩长21.3 m∕22.3 m，桩底标高-23.4 m∕-24.4 m；钻孔灌注排桩外侧设置φ850@600 mm 三轴搅拌桩止水帷幕；围护桩与裙边加固之间采用压密注浆处理，水泥掺量10%；坑内裙边加固采用三轴搅拌桩，水泥掺量20%。为防止基坑外围雨水汇入基坑，在基坑外侧设置砖砌排水沟。

垂直支撑采用440 mm×440 mm角钢格构柱，钢材型号为Q235B，并进行水平连接。格构柱下柱桩采用直径700 mm的钢筋混凝土灌注桩，格构柱伸入灌注桩3 m，伸入支撑50 cm。基坑工程施工完成以后，部分柱桩兼作为地基处理桩基的一部分加以利用。格构柱穿越底板处应加焊止水钢板。

为了减小围护结构的变形，增强其整体稳定性，对坑底土体采用φ850@600 mm 三轴搅拌桩加固，加固范围为灌注桩排桩往基坑方向5.05 m，搅拌桩水泥掺量20%。

针对开挖深度较浅（3.7 m、3.8 m、3.9 m 不等）基坑部分，且与深基坑支撑体系无直接联系区域采用三轴搅拌桩止水，结合重力坝围护形式。并在三轴搅拌桩中间排内加入插筋@500 mm，长度1 500 mm，两侧边缘排内插入φ48×3.5 mm 钢管，长度5 000 mm。深浅基坑交界处采用三轴搅拌桩止水结合灌注桩的围护形式。

2 施工部署

2.1 总体施工流程

本基坑工程施工根据基坑深浅分为两区两阶段施工，先施工深基坑（10.25 m 深基坑区域），为一阶段基坑施工；深基坑区域出±0.00 m 后，再进行浅基坑区域施工，为二阶段施工。具体分为3个施工工况：①基坑围护桩及工程桩施工；②一期基坑顺作施工，完成地库封顶；③二期基坑顺作施工工况。待一期地下室完成且强度达到后，传力带和回填施工完成，再进行二期基坑施工。

2.2 场内交通组织

为保证地下室顶板浇筑交通便利，及二阶段基坑土方开挖便利，栈桥采用架高作法，栈桥板厚250 mm，面相对标高-0.1 m，与地面道路相接。基坑开挖阶段场内主要交通采用中间南北向栈桥和基坑周边临时道路。场内临时道路采用300 mm 厚C20 混凝土浇筑面层内配φ14@200 mm 双层双向钢筋。基坑开挖施工阶段场内主要交通组织如图1所示。

图1 场内道路（栈桥）Fig.1 Road Inside the Stadium（Trestle）

3 施工技术

3.1 桩基围护施工

围护桩先施工三轴搅拌桩，再施工灌注桩，再施工裙边加固，最后施工压密注浆；地下室工程桩亦全部是钻孔灌注桩，与围护桩同步施工。兼作格构柱立柱桩的先施工，提前具备强度，为后续支撑施工及土方开挖创造条件。

三轴搅拌桩主要用作基坑围护防渗及坑底加固。为确保基坑抗渗稳定，防渗三轴搅拌桩应在围护灌注桩施工前进行。为提高工程进度，投入2 台步履式三轴搅拌桩机进行施工，其中1 号机沿着红线所示施工裙边加固及集水井加固三轴搅拌桩，2 号机沿着地库边线施工三轴止水帷幕。水泥搅拌桩施工采用“两喷三搅”的施工工艺。

支撑施工顺序：先开挖凿除围护桩桩头，施工圈梁。开挖第一层土方，施工第一道钢筋混凝土支撑。开挖第二层土方，施工混凝土围檩、钢筋混凝土支撑，待围檩、支撑混凝土强度达到设计强度的80%时，开挖第三层土至坑底，进行混凝土垫层、底板浇筑；底板制作的同时设置底板传力带。首道支撑施工工艺流程：平整场地➝放线定位➝挖槽及处理弃土、铺设纤维板➝围檩钢筋绑扎➝主撑钢筋绑扎➝次撑钢筋绑扎➝节点钢筋绑扎➝侧模安装➝混凝土浇筑➝混凝土养护➝拆模。

3.2 降水井点施工

本工程深基坑土体挖到自然地坪下约9.85 m，浅基坑开挖深度3. 7m∕3.8 m，为便于土方开挖，确保基坑安全，深基坑区域采用深井降水，浅基坑区域采用轻型井点降水，如图2所示。

图2 降水井分布Fig.2 Distribution of Dewatering Wells

在围护、工程桩及加固结束后土方开挖前布置真空深井，采用GJ-200（YJ）型工程钻机及配套设备施工，施工顺序根据现场情况而定。井点定位➝开孔➝钻孔➝下井管➝回填滤砂➝安装真空泵➝安装真空水管➝密封井口➝降水运行。

深基坑区域井点施工完成后，进行降水验证试验，检验基坑降水效果，并间接判断开挖前隔水帷幕的隔水效果。开挖前15 d进行预降水，确保正式开挖时降水深度至开挖面下0.5～1.0 m。

3.3 土方开挖

土方开挖是先开挖深基坑区域，待该区域地下结构出±0.00 m后，再开挖浅基坑区域。

基坑开挖、支撑及垫层施工遵循“分层、分块、抽条、留土护壁、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。

每层每块开挖完成，暴露支撑工作面后，及时制作并浇捣支撑混凝土，待上一道支撑形成整体并养护达到围护设计要求强度后，方可进行下一层土方开挖。

基坑内局部深坑在大底板底标高挖到位后，经定位放线后采用小挖机跟进开挖。

挖土流程、顺序和方式应严格按照施工组织设计进行，不得超挖，开挖面的高差应控制在2 m 之内，并按1∶2左右放坡；挖土机械如需在支撑上运作，必须覆土高于支撑顶面300 mm 并铺设路基箱，严禁在底部淘空的支撑构件上行走与操作；立柱周边必须对称淘空，以防立柱受力不均匀。

深坑区第一层土（自然地面至第一道支撑底地面之间）及浅坑区土方采用大开挖。第二层土（第一道支撑与第二道支撑之间）采用大开挖，在无支撑部位留土，便于支撑完成后回填设置坡道。第三层土方（对应第二道支撑以下的土方）采用阶梯式大开挖（由两侧向栈桥方向开挖），结合分块的方式进行。最后30 cm土方及落深区土方采用人工结合小挖机开挖。

第一层土开挖：①本次挖土采用分3个区施工，每个区土方开挖后及时浇筑支撑，对于对撑主桁架和坑边支撑要求在48 h 内完成与先前施工支撑的对接受力。②采用5 台现代200挖机，停在自然地坪上挖土，并配15辆土方车。

第二层土开挖：第二层土方开挖分3 个区按顺序进行。一区采用大开挖方式，由西向东退挖，在二区未开挖部位设置1∶7 坡道，一区开挖出的土方由坡道经栈桥出场；二区、三区出土主要利用栈桥，采用阶梯式向栈桥退挖开挖。一区开挖全部采用200标准臂挖机，二区、三区开挖底层采用200 标准臂挖机，放坡平台处为120小挖机，栈桥上为200标准臂挖机。

第三层土开挖：第三层土方开挖分3 个区按顺序进行。一区、二区、三区均利用栈桥，采用阶梯式向栈桥退挖开挖。先开挖一、三区，最后开挖二区。开挖底层均采用200 标准臂挖机，放坡平台处为120 小挖机，栈桥上为18 m长臂挖机。

坑中坑挖土：①电梯井等深坑区域大基坑垫层施工完成后，采用1∶1放坡开挖，在坑边停设1～2台住友100 挖机，在坑边取土，并配工人人工扦土，斜坡施工配筋垫层。②底板上集水井、隔油池等坑中坑采用1∶1放坡人工扦土开挖，并施工垫层。

二期浅坑土方开挖：浅坑土方开挖分3个区，采用放坡大开挖方式，采用2台现代200挖机，停在坡道上挖土，并配8 辆土方车直接挖土装车外运。到离围护8 m左右，由小挖机坑内挖土、翻土至坑边附近的取土点，由坑边的大挖机取土装车。

3.4 换撑及回填

底板和楼板处设置素混凝土传力带换撑。完成地库底板浇筑，同时完成底板与围护桩之间传力带的浇筑养护，待底板及传力带强度达到设计要求后，拆除第二道钢筋混凝土支撑。深基坑区域待负一层楼板和传力带强度达到80%设计强度后安装型钢斜撑，双拼H 型钢700×300×13×28 斜撑，然后拆除第一道支撑。钢换撑与负一楼底板及冠梁处采用焊接连接，焊接钢板在浇筑负一楼底板及冠梁提前预埋。

钢换撑完成后，拆除第一道支撑，随后开始施工地下室顶板，顶板达到一定强度后，坑外回填后，拆除钢换撑。

地下室结构完成后，地下室外墙及围护结构之间及时回填，避免长期暴露。采用粘土分层回填，压实度不小于0.94。在回填之前，先将回填范围内的杂物清除干净，挖除淤泥，排干积水，为土层回填做好准备。回填土要求无夹杂垃圾、草屑、淤泥或其他有机杂物。土方回填采用分层回填、分层压实的原则，每层回填厚度不超过25 cm，沿地下室周边同时均匀平衡进行，并经蛙式碾压机分层压实。回填压实后现场进行环刀取样测定压实度。压实度满足要求后继续回填上一层土层。

地下室留有变形缝处无法采用粘土回填时，改为粗砂细石填实，压实度不小于0.94。

4 结语

在软土地区基坑工程施工中，结合工程实际情况，合理制定基坑施工方案，不仅可以节约总工期和经济成本，而且有利于保护周边环境。本工程结合大面积深浅不规则基坑实际情况，采用分区分阶段基坑施工方案，降低施工成本，节约了施工工期，保证了基坑施工顺利安全实施，取得了良好的社会效益和经济效益，为今后类似项目建设提供一定的参考价值。