陸榮欣

上海建科工程咨詢有限公司 上海 200032

隨著城市化進(jìn)程的加快，基坑工程周邊環(huán)境越來越復(fù)雜，加上地塊開發(fā)的需要，出現(xiàn)多種建筑同時開發(fā)的情況，從而導(dǎo)致了建設(shè)主體多樣、形狀不規(guī)則、邊界條件復(fù)雜的群坑工程的出現(xiàn)。隨著對地下空間開發(fā)利用需求的提高，基坑開挖深度也越來越大，施工自身風(fēng)險也變得越來越大，為了保證基坑工程能夠順利開挖進(jìn)行，在基坑正式實(shí)施前，對方案進(jìn)行分析論證、風(fēng)險評估，制訂合理的開挖順序及風(fēng)險應(yīng)對措施，開挖過程中嚴(yán)格按照措施進(jìn)行控制，可將基坑施工的風(fēng)險降低到最低程度[1]。

1 工程概況

某項目位于上海市中心區(qū)域，地鐵功能類型以辦公、商業(yè)為主，配以文化娛樂設(shè)施、酒店服務(wù)等業(yè)態(tài)。由北側(cè)E、J、K地塊，南側(cè)G、N、O地塊，中間M、L、F地塊以及地塊之間的道路共同組成“九宮格”項目。“九宮格”項目基坑總面積約156 000 m2，普遍區(qū)域基坑開挖深度16.20 m（圖1）。

1.1 環(huán)境概況

“九宮格”項目西側(cè)鄰近已運(yùn)營的軌道交通11號線車站及其附屬結(jié)構(gòu)，西側(cè)環(huán)境條件較為復(fù)雜。車站與G地塊地下室最近距離為10 m，與E地塊地下室距離為10～18 m。車站本體距離E地塊地下2層外墻9.8～23 m，距離地下3層邊界24～53 m。北側(cè)區(qū)間隧道直徑約6.2 m，頂部埋深約10.3 m，距離E地塊地下室外墻約24 m。鄰近的地鐵車站附屬結(jié)構(gòu)主要為1#出入口以及北風(fēng)井，距離E地塊地下2層外墻約為9 m，距離地下3層邊界約為24 m。區(qū)間隧道距離G地塊地下1層區(qū)域地下室外墻最近9 m，距離地下3層邊界最近23 m。站隧結(jié)合部距離G地塊地下1層區(qū)域地下室外墻13 m，距離地下3層邊界約31 m。N地塊南側(cè)蓄能水池距離軌交11號線區(qū)間隧道最近55.7 m，其南側(cè)外接車道距離隧道最近40.5 m。西側(cè)道路下還存在多條市政管線。

圖1 項目平面示意

1.2 地質(zhì)情況

1.2.1 場地內(nèi)工程地質(zhì)情況

工程擬建場地125.0 m深度范圍內(nèi)的地層均為第四系松散沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成，土層從上至下依次為：①1雜填土、①2浜填土、②1粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤2砂質(zhì)粉土、⑤3-1粉質(zhì)黏土、⑤3-2粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土、⑦1砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑦夾粉質(zhì)黏土、⑦2粉砂。

1.2.2 開挖深度范圍內(nèi)工程地質(zhì)情況

在基坑開挖深度范圍內(nèi)涉及的土層分別為：②1層、③層、④層，其中③層中夾薄層粉土，局部含粉性土顆粒較重，易滲水，并可能出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。③、④層淤泥質(zhì)軟土層抗剪強(qiáng)度低，具有觸變性和流變性特點(diǎn)?？拥淄翞棰軐雍廷?層土。

1.3 水文地質(zhì)

擬建場地地下水類型主要分為潛水和承壓水。

1）潛水。淺部土層潛水水位埋深為0.80～2.10 m，平均水位埋深1.51 m。

2）承壓水。⑤3-2層粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土遍布，土質(zhì)不均勻，局部層中夾砂。⑤3-2層地下水具有微承壓性，可視為微承壓含水層；下部為⑦層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土層，系上更新世河口-濱海相沉積層，是上海地區(qū)第一承壓含水層，承壓水位埋深一般為3～12 m。⑦1層為砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土，場地內(nèi)⑤3-2層與⑦層存在微弱的水力連系或無明顯水力連系，且⑤3-2層進(jìn)行長時間群井抽水不會對⑦層承壓水水頭產(chǎn)生明顯的影響。

1.4 基坑圍護(hù)形式

1.4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）基坑外圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)：基坑最外圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)均考慮采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻，考慮到對地鐵車站和區(qū)間隧道的保護(hù)，鄰近地鐵側(cè)地下2層與地下3層區(qū)域地下連續(xù)墻厚度均采用1 000 mm，蓄能水池區(qū)域?yàn)闈M足結(jié)構(gòu)要求也采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻。對于地下1層區(qū)域以及非地鐵側(cè)區(qū)域地下連續(xù)墻厚度采用800 mm。

2）基坑內(nèi)部臨時隔斷：基坑內(nèi)部地塊間臨時隔斷均采用地下連續(xù)墻，其中鄰近地鐵側(cè)的E2區(qū)內(nèi)部臨時隔斷，考慮到對地鐵的保護(hù)需要，均采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻；其余G2區(qū)內(nèi)部臨時隔斷、E1區(qū)與J1區(qū)、G1區(qū)與N1區(qū)之間臨時隔斷均采用厚800 mm地下連續(xù)墻。

1.4.2 水平支撐設(shè)計

水平的支撐設(shè)置分如下幾個區(qū)域考慮：

1）地鐵側(cè)大坑E1、G1區(qū)：鄰近地鐵的E、G地塊的大坑E1、G1區(qū)，考慮到目前的開挖深度，結(jié)合地鐵側(cè)基坑工程的常規(guī)做法，設(shè)置4道鋼筋混凝土支撐。支撐按正交對撐的形式布置。

2）地鐵側(cè)小坑E2、G2區(qū)：鄰近地鐵劃分出來的狹長型小坑，E、G地塊的E2、G2區(qū)按地鐵邊基坑工程的常規(guī)做法，在頂部設(shè)置1道混凝土支撐并結(jié)合下部多道鋼支撐。鋼支撐按1幅地下連續(xù)墻2根支撐、不設(shè)置圍檁的原則布設(shè)，便于快速架設(shè)支撐以控制變形。同時，鋼支撐采用軸力自動補(bǔ)償裝置。

3）遠(yuǎn)離地鐵側(cè)地塊基坑：遠(yuǎn)離地鐵的基坑考慮目前16.2 m的基坑開挖深度，豎向可設(shè)置3道鋼筋混凝土支撐，便于加快挖土進(jìn)度。支撐平面可按對撐角撐邊桁架的形式布置。

2 風(fēng)險分析

該“九宮格”基坑總面積接近156 000 m2，如此大體量的基坑工程群在實(shí)施過程中受到開挖、大氣降水以及施工動載等許多不確定因素的影響，存在著一定的風(fēng)險性。具體體現(xiàn)在以下幾個方面[2-3]：

1）本工程為多地塊基坑工程群，基坑大小不一，且隸屬于不同的建設(shè)單位的不同地塊，其基坑與地下結(jié)構(gòu)的實(shí)施均有各自的工期目標(biāo)，基坑群施工時各基坑不同的開挖順序?qū)?dǎo)致土體變化，進(jìn)而引起圍護(hù)體系變形和內(nèi)力的增加，嚴(yán)重時會導(dǎo)致基坑失穩(wěn)、垮塌等風(fēng)險事故。

2）基坑開挖完成后，回筑過程中需分階段拆除支撐、鑿除封堵墻，將整個支護(hù)體系轉(zhuǎn)換為由結(jié)構(gòu)的梁板柱體系承擔(dān)。在此過程中，如果拆除或鑿除時機(jī)不對或受力傳遞不均，則可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)梁板位移、變形，引起已建結(jié)構(gòu)開裂，影響其使用功能。

3）群坑西側(cè)鄰近地鐵車站、附屬結(jié)構(gòu)以及區(qū)間隧道（含站隧結(jié)合部），西側(cè)的環(huán)境保護(hù)要求高。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形或滲漏會引起周邊環(huán)境的變化，進(jìn)而影響地鐵車站及隧道的正常運(yùn)行，風(fēng)險大。

4）⑤3-2層微承壓含水層對本基坑有突涌影響，⑦層承壓含水層按普遍區(qū)域開挖深度可滿足承壓水抗突涌穩(wěn)定性要求，當(dāng)基坑內(nèi)存在較深的落深區(qū)時，可進(jìn)行局部降壓處理。

3 風(fēng)險應(yīng)對

3.1 基坑開挖順序安排

“九宮格”基坑面積大、開挖深度深，基坑采用分區(qū)順作法，總體分多個階段實(shí)施；針對后續(xù)4塊地塊，總體分為5個階段施工[4-5]：

1）第1階段：首先施工中間3個地塊，即F、L、M這3個地塊以及南北K、O這2個地塊的基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工（圖2）。

圖2 第1階段實(shí)施區(qū)域平面示意

2）第2階段：待F、L、M這3個地塊以及K、O這2個地塊地下室結(jié)構(gòu)施工完成后，首先同時開挖L2區(qū)、M2區(qū)。

3）第3階段：同時開挖E1區(qū)、N1區(qū)。

4）第4階段：待E1區(qū)第3道支撐完成、N1區(qū)第2道支撐完成后，開挖J1區(qū)、G1區(qū)第1道支撐以下土方。

5）第5階段：待E1區(qū)、J1區(qū)地下B1層結(jié)構(gòu)完成后，可開挖J2區(qū)及地鐵側(cè)E2-1區(qū)、E2-2區(qū)、E2-3區(qū)、E2-4區(qū)；待G1區(qū)、N1區(qū)地下B1層結(jié)構(gòu)完成后，可開挖N2區(qū)基地鐵側(cè)G2-1區(qū)、G2-2區(qū)、G2-3區(qū)。

3.2 承壓水控制

普遍區(qū)域布設(shè)⑤3-2層降壓井，E地塊濾頭按地層分布的不同進(jìn)入到⑤3-2層頂以下5～6 m，G地塊濾頭按地層分布的不同進(jìn)入到⑤3-2層頂以下3～4 m。塔樓局部深坑區(qū)域布設(shè)一定數(shù)量的⑦層備用井兼作觀測井。

針對基坑降壓對周邊環(huán)境的影響控制，設(shè)計考慮采取的處理對策如下：

1）E地塊鄰近地鐵，抽水試驗(yàn)結(jié)果顯示，E、J地塊區(qū)域⑤3-2層與⑦層存在微弱的水力連系?？紤]到對地鐵車站及其附屬結(jié)構(gòu)的保護(hù)，鑒于F地塊加深地下連續(xù)墻（深50 m）已施工完，考慮將E地塊于地鐵側(cè)、北側(cè)的地下連續(xù)墻均加深，并深于降壓井濾管底部以下不小于10 m，隔斷⑤3-2層。

2）G地塊鄰近地鐵，抽水試驗(yàn)結(jié)果顯示，G、N地塊區(qū)域⑤3-2層與⑦層不存在明顯的水力連系?？紤]到對地鐵車站及其附屬結(jié)構(gòu)的保護(hù)，鑒于F地塊加深地下連續(xù)墻（深50 m）已施工完，考慮將G地塊于地鐵側(cè)、南側(cè)的地下連續(xù)墻均加深，并深于降壓井濾管底部以下不小于10 m，隔斷⑤3-2層。

從“九宮格”角度，在實(shí)施順序上，F(xiàn)地塊在E、G地塊實(shí)施時地下結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成，E、G錯開先后開挖（相差約2皮土），不會出現(xiàn)F、E、G地塊同時降壓的情況。

J、N地塊考慮位于九宮格內(nèi)部，距離地鐵較遠(yuǎn)且周邊環(huán)境條件較為寬松，暫不考慮止水帷幕加深。

3.3 監(jiān)測

本工程基坑面積大、開挖深度深，周邊環(huán)境保護(hù)要求高，必須在施工過程中進(jìn)行綜合的現(xiàn)場監(jiān)測，全面了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果動態(tài)調(diào)整、優(yōu)化施工參數(shù)、指導(dǎo)施工。根據(jù)本工程施工的特點(diǎn)、周邊環(huán)境特點(diǎn)及設(shè)計的常規(guī)要求，監(jiān)測主要分為以下2類內(nèi)容：

1）基坑周邊環(huán)境監(jiān)測，包括周邊道路及建（構(gòu)）筑物的變形及沉降監(jiān)測、地下管線變形（沉降、位移）監(jiān)測、地鐵車站及地鐵隧道的變形（沉降、位移）監(jiān)測等。

2）基坑圍護(hù)監(jiān)測，包括圍護(hù)墻體、立柱、支撐軸力等監(jiān)測。

現(xiàn)場根據(jù)每天上報的監(jiān)測結(jié)果，實(shí)時了解基坑的安全狀態(tài)，如果出現(xiàn)變形過大的情況，及時召開專題會，討論制訂解決方案，實(shí)時指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.4 管理措施

為了明確相對獨(dú)立又相輔相成的各地塊的界面和責(zé)任，協(xié)調(diào)基坑群施工節(jié)奏和交通組織，最大限度地減少錯誤，由投資主體以及參建各方建立施工的協(xié)調(diào)管理平臺，包括領(lǐng)導(dǎo)小組、項目推進(jìn)小組、項目協(xié)調(diào)小組3個層面的協(xié)調(diào)平臺，建立協(xié)調(diào)溝通機(jī)制，及時解決現(xiàn)場實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題。

4 實(shí)施效果

通過對該基坑群的風(fēng)險分析，制訂相應(yīng)的風(fēng)險對策，在實(shí)施過程中，通過管理協(xié)調(diào)，各基坑能夠按照既定的開挖順序進(jìn)行開挖，并做好監(jiān)測以及承壓水的控制工作，實(shí)施效果非常明顯。西側(cè)軌道交通的變形影響都在允許范圍內(nèi)，基坑自身未發(fā)生明顯變形，承壓水控制未發(fā)生突涌現(xiàn)象。

5 結(jié)語

以上海中心區(qū)域超大面積基坑工程群為例進(jìn)行了風(fēng)險分析，并提出了相應(yīng)的風(fēng)險控制措施，主要結(jié)論如下：

1）對于超大面積的群坑施工，在實(shí)施以前應(yīng)對整個群坑的開挖順序、拆撐回筑順序進(jìn)行模擬策劃。

2）建立溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，由于群坑內(nèi)的基坑屬于多個投資主體，是否能按照實(shí)施前的策劃順序進(jìn)行實(shí)施，非常關(guān)鍵，因此建立溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，使參建各方能按照既定的施工順序進(jìn)行實(shí)施非常關(guān)鍵，可以有效降低施工風(fēng)險。

3）做好承壓水的控制，對群坑進(jìn)行抽水試驗(yàn)，降水模擬分析，根據(jù)結(jié)果來設(shè)計圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度及降水井，開挖過程中，按需降水，保證承壓水頭處于安全狀態(tài)。

4）做好動態(tài)監(jiān)測，及時分析、掌握基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)評估基坑安全狀態(tài)，實(shí)施過程中突發(fā)情況應(yīng)根據(jù)應(yīng)急預(yù)案及時處理，將風(fēng)險降低。