高衛(wèi)明

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

1.1 工程概述及周邊環(huán)境

上海虹橋機(jī)場(chǎng)T1航站樓陸側(cè)原交通換乘區(qū)新建交通中心工程項(xiàng)目由地下2層車庫(kù)和地上換乘大廳組成，總建筑面積71 901 m2，其中地下建筑面積65 799 m2、地上建筑面積6 102 m2。

項(xiàng)目周邊環(huán)境極其復(fù)雜，基坑西側(cè)距航站樓B樓及樓前高架僅4.9 m；南側(cè)緊鄰機(jī)場(chǎng)迎賓一路；西南側(cè)緊貼航站樓樓前高架下引橋，部分下引橋柱基礎(chǔ)落于基坑內(nèi)；東側(cè)7.1 m處地面下埋設(shè)有機(jī)場(chǎng)航油管線；北側(cè)為改建中的T1航站樓A樓和在建的新建能源中心。整個(gè)施工場(chǎng)地毗鄰航站樓B樓樓前高架，施工期間機(jī)場(chǎng)不停航運(yùn)營(yíng)、樓前高架上引橋同步實(shí)施改造，如圖1所示。

圖1 工程周邊環(huán)境示意

1.2 基坑概況

本工程基坑開挖面積約38 400 m2，基坑長(zhǎng)約260 m，寬約170 m，開挖深度為10.35 m（局部挖深6.25 m）?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)為灌注樁，基坑止水帷幕采用三軸水泥土攪拌樁，被動(dòng)區(qū)土體加固采用高壓旋噴樁，圍護(hù)體內(nèi)設(shè)置2道水平支撐。

1.3 工程地質(zhì)條件

本工程基坑涉及的土層有：①填土、②黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土（基坑坑底）、⑤1-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤1-2粉質(zhì)黏土、⑤2-2粉砂，缺失第⑥層暗綠色硬土層，基坑開挖主要處于第③、④層軟弱黏性土層，此層土體易觸變及流變，受擾動(dòng)后強(qiáng)度極易降低，對(duì)基坑變形及周邊環(huán)境容易產(chǎn)生不利影響。

2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 基坑規(guī)模大，可利用場(chǎng)地小且須滿足不停航運(yùn)營(yíng)下的交通組織需求

工程紅線內(nèi)用地面積約為40 000 m2，基坑面積約為38 400 m2，占總場(chǎng)地的96%。除滿足必需的施工場(chǎng)布外，場(chǎng)地內(nèi)還需提供機(jī)場(chǎng)旅客陸側(cè)交通換乘區(qū)以及連接樓前高架的臨時(shí)上引橋所需場(chǎng)地，以保障機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)基坑圍護(hù)選型設(shè)計(jì)和有序施工組織提出了極高的要求。

2.2 基坑毗鄰航站樓樓前高架，施工期間機(jī)場(chǎng)不停航運(yùn)營(yíng)

工程正對(duì)虹橋機(jī)場(chǎng)T1航站樓B樓，施工期間航站樓正常運(yùn)營(yíng)，機(jī)場(chǎng)作為城市對(duì)外的一個(gè)窗口，現(xiàn)場(chǎng)文明施工要求高，對(duì)常規(guī)的防塵、防噪聲等方面有著嚴(yán)格的控制要求。需要從前期方案設(shè)計(jì)、施工方案制定、施工組織管理等多方面精心策劃，踐行綠色、安全、文明施工理念。

2.3 基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，保護(hù)對(duì)象比較特殊

基坑?xùn)|側(cè)緊鄰機(jī)場(chǎng)航油管，最短距離僅7.1 m；施工期間航油管為機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)營(yíng)提供燃油保障，不得中斷；基坑西、南、北三側(cè)緊靠航站樓樓前高架，樓前高架作為社會(huì)車輛進(jìn)出航站樓的唯一通道，施工期間保持正常通行。復(fù)雜的周邊環(huán)境，對(duì)基坑變形控制和周邊環(huán)境保護(hù)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3 基坑圍護(hù)選型及布設(shè)優(yōu)化

基于場(chǎng)地內(nèi)可利用場(chǎng)地面積小但利用需求大、周邊環(huán)境復(fù)雜且保護(hù)要求高等特點(diǎn)，根據(jù)基坑變形控制需要，從圍護(hù)選型著手，提出了“排樁＋三軸止水”或地下連續(xù)墻作圍護(hù)體的順作增設(shè)支撐棧橋和逆作利用頂板支撐等幾種不同形式的圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工方案。結(jié)合基坑施工場(chǎng)地內(nèi)社會(huì)車輛通行、進(jìn)出港旅客換乘組織實(shí)施，從技術(shù)可行性、施工工期和總造價(jià)等方面對(duì)上述不同形式的圍護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比對(duì)、分析和優(yōu)化，確定了“排樁＋三軸止水”作圍護(hù)體，利用結(jié)構(gòu)梁板作為水平永久支撐的逆作施工圍護(hù)設(shè)計(jì)方案。較常規(guī)臨時(shí)支撐，提高了圍護(hù)體水平支撐剛度，避免了臨時(shí)支撐拆除導(dǎo)致的圍護(hù)體變形，且能降低建造成本。同時(shí)，利用已形成的地下室頂板，增加場(chǎng)地利用面積，滿足旅客換乘和社會(huì)車輛交通組織需要。圖2為兼做基坑支撐的首層結(jié)構(gòu)平面布置示意。

圖2 基坑首層結(jié)構(gòu)平面示意

基于逆作施工出土和施工組織考慮，結(jié)合地下室設(shè)計(jì)方案和旅客換乘交通組織流線，對(duì)逆作施工取土口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用地下室中部大型采光天井作為基坑天然主取土口，結(jié)合地下室四周樓梯通道、局部周邊結(jié)構(gòu)預(yù)留洞口等設(shè)置輔助取土口，縮短基坑邊側(cè)取土距離，提高機(jī)械利用率，加快出土速度，減小基坑變形[1-4]。

4 圍護(hù)樁基新工藝施工

本工程基坑圍護(hù)體采用灌注樁，樁徑700～1 000 mm，樁長(zhǎng)14.30～27.55 m。根據(jù)土層分布情況及土性特點(diǎn)，常規(guī)鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量較難滿足逆作法需求，且易產(chǎn)生大量泥漿，施工噪聲較大，對(duì)機(jī)場(chǎng)不停航運(yùn)營(yíng)有一定的影響。為降低因樁基施工質(zhì)量造成的基坑風(fēng)險(xiǎn)，滿足文明施工要求，采用鋼筋混凝土壓灌樁施工工藝，即先利用鋼護(hù)筒旋轉(zhuǎn)護(hù)壁，再通過(guò)專用螺旋鉆鉆至樁底設(shè)計(jì)深度成孔，然后從鉆具中空管道由底向上連續(xù)高壓泵注混凝土至樁頂，形成素混凝土樁，利用螺旋葉片原狀取出置換土，最后“送筋桿”振搗，將整節(jié)鋼筋籠插入樁體中，形成鋼筋混凝土灌注樁。壓灌樁施工按照“施一跳二”的方式間隔施工，待48 h后再折返補(bǔ)缺。利用壓灌樁新工藝施工，成樁質(zhì)量可靠，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)泥漿排放，節(jié)約大量施工用水，同時(shí)施工工效大幅提高。

此外，經(jīng)與設(shè)計(jì)協(xié)商，基礎(chǔ)底板規(guī)模化采用獨(dú)具一格的“勁性耦合”群樁承臺(tái)，承臺(tái)中心樁采用鉆孔灌注樁，周邊樁采用預(yù)制管樁（竹節(jié)樁），通過(guò)不同樁型的抗壓及抗拔、抗水平荷載等互補(bǔ)耦合效應(yīng)來(lái)滿足樁承載力以及逆作法所需的“一柱一樁”，同時(shí)提高施工效率、減少污染。預(yù)制管樁采用新型預(yù)應(yīng)力混凝土異形截面樁，側(cè)壁設(shè)置橫向或縱向肋增強(qiáng)摩擦力，上下節(jié)樁通過(guò)卡扣機(jī)械連接和專用材料密封形成連續(xù)的整體。

5 土體開挖

由于基坑開挖面大、開挖較深，并且臨近運(yùn)營(yíng)中航站樓及樓前高架，基坑開挖遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、限時(shí)開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，做到“分層、分區(qū)、分塊、對(duì)稱、平衡”，嚴(yán)格控制基坑圍護(hù)體變形，確?；臃€(wěn)定和周邊環(huán)境安全。

基坑土方按“頂板、中樓板、底板”分3層進(jìn)行開挖。首層土明挖，挖深-3.935～-2.935 m，滿足搭設(shè)頂板排架的最低凈空要求。基于頂板提供通往樓前高架的臨時(shí)鋼便橋基礎(chǔ)，同時(shí)作為旅客換乘場(chǎng)地，結(jié)合車輛通行和旅客換乘組織流線，將土方開挖分為4個(gè)分區(qū)，由西向東依次退挖并澆筑形成頂板，如圖3所示。

待頂板形成整體并達(dá)到強(qiáng)度后，再進(jìn)行第2層土開挖，第2、3層土采用盆式暗挖。先盆式開挖1區(qū)土，形成中樓板，將基坑化大為小并有效減小基坑長(zhǎng)邊，然后同步開挖2區(qū)、3區(qū)土方，如圖4所示。

圖3 首層土方開挖分區(qū)平面示意

圖4 第2、3層土方分區(qū)平面示意

中樓板形成后，按照相同的方式進(jìn)行第3層暗挖。開挖期間確保邊坡留土不小于15 m，墊層澆筑12 h內(nèi)快速形成，減小圍護(hù)樁變形和坑外土體側(cè)移，保證基坑施工安全與穩(wěn)定。

暗挖逆作法可有效隔絕土方開挖機(jī)械設(shè)備的噪聲和挖土中的揚(yáng)塵，減輕挖土作業(yè)對(duì)周邊環(huán)境影響；同時(shí)通過(guò)在施工密閉空間內(nèi)布設(shè)應(yīng)急照明系統(tǒng)和通風(fēng)排氣設(shè)備，確保封閉狀態(tài)下現(xiàn)場(chǎng)正常施工，便于加快土方開挖進(jìn)度，提高基坑施工效率。

6 重要管線及通道的主、被動(dòng)保護(hù)

6.1 航油管保護(hù)

基坑?xùn)|側(cè)綠化區(qū)域內(nèi)分布有1根DN450 mm航油管線，為機(jī)場(chǎng)提供燃料動(dòng)力。航油管南北走向，與基坑邊線平行，與基坑最近距離僅7.1 m，管線埋置深度-1.97 m。為確保機(jī)場(chǎng)不停航運(yùn)營(yíng)，航油管需正常供油，故施工期間須嚴(yán)格控制航油管變形，保護(hù)航油管的安全。

施工前，對(duì)航油管進(jìn)行預(yù)加固，即在航油管四周設(shè)置鋼筋混凝土基礎(chǔ)箱涵，加設(shè)蓋板并對(duì)航油管進(jìn)行敷土保護(hù)，主動(dòng)應(yīng)對(duì)基坑開挖中土體變形導(dǎo)致的航油管線變形，同時(shí)優(yōu)化圍護(hù)樁基施工流程和土方開挖工藝，盡可能減小土體變形影響，確保對(duì)航油管的影響最低。施工期間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)航油管線的變形，結(jié)合航油管沉降監(jiān)測(cè)，分階段實(shí)施被動(dòng)控制措施，即當(dāng)航油管變形達(dá)到預(yù)警值，對(duì)航油管箱涵兩側(cè)土體進(jìn)行雙液注漿加固，提高箱涵底部及兩側(cè)土體強(qiáng)度，減緩或控制住航油管沉降變形；當(dāng)航油管變形沉降接近臨界值，對(duì)航油管進(jìn)行懸吊保護(hù)，通過(guò)在原鋼筋混凝土箱涵上架設(shè)鋼梁，利用鋼絲繩懸吊航油管線，動(dòng)態(tài)控制航油管變形。

6.2 樓前高架下引橋基礎(chǔ)保護(hù)

樓前高架由上引橋、直行段、下引橋3個(gè)部分組成，社會(huì)車輛通過(guò)高架橋進(jìn)出航站樓接送旅客。高架環(huán)繞基坑三面，其中4根下引橋柱基礎(chǔ)落于基坑內(nèi)；為保證基坑施工，原高架橋柱基礎(chǔ)需要鑿除，但出于對(duì)航站樓不停航運(yùn)營(yíng)的需要，樓前高架需正常通行，施工期間需對(duì)樓前高架進(jìn)行保護(hù)。

結(jié)合基坑施工需要，對(duì)受影響高架正常運(yùn)營(yíng)下的柱基礎(chǔ)進(jìn)行二次托換保護(hù)，如圖7所示。施工前，采用鋼立柱樁托換原有高架柱基礎(chǔ)，將高架荷載托換到臨時(shí)鋼立柱樁上，并鑿除高架橋柱基礎(chǔ)；待基坑施工完成、主體結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度后，利用結(jié)構(gòu)頂板梁作為高架橋柱永久基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)頂板梁上重新建高架柱，并對(duì)高架橋二次托換，將高架橋荷載轉(zhuǎn)移到新建高架柱上。托換過(guò)程中，結(jié)合有限元模擬分析以及現(xiàn)場(chǎng)高架橋動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，不斷修正和完善托換方案及保護(hù)措施，確保基坑施工過(guò)程中樓前高架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和通行安全。

圖7 下引橋高架兩次托換示意

7 結(jié)語(yǔ)

在變形高敏感區(qū)、不停航施工前提下，通過(guò)對(duì)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化，在確?；臃€(wěn)定的同時(shí)，滿足樓前高架通行要求及旅客換乘場(chǎng)地需要。通過(guò)采用新型圍護(hù)樁基施工工藝，在保證承載力、成樁質(zhì)量可靠的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、高效作業(yè)。通過(guò)優(yōu)化土體開挖工藝、強(qiáng)化基坑側(cè)航油管的主、被動(dòng)保護(hù)以及樓前高架柱的臨時(shí)托換技術(shù)，保證了基坑施工及周邊環(huán)境的安全與穩(wěn)定，滿足了基坑施工期間機(jī)場(chǎng)不停航運(yùn)營(yíng)需求，同時(shí)也樹立了文明標(biāo)桿施工形象，為特殊環(huán)境、特定需求下的深基坑施工提供了借鑒。