李鴻浩

騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 上海 201204

城市中深基坑開挖工程越來越多，且位置多處于城市繁華區(qū)域?；娱_挖過程會對周邊建筑、地下結(jié)構(gòu)及管線等保護(hù)對象造成影響，一旦造成損壞，后果將十分嚴(yán)重[1]。國內(nèi)外許多學(xué)者對類似問題進(jìn)行研究：張杰[2]通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，合理設(shè)置挖土順序及底板澆筑流程，調(diào)整深坑的支撐體系，減少挖土及底板施工時間，以此確保基坑的安全。廖錦坤[3]認(rèn)為在深基坑施工中，必須根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工方法和施工順序，嚴(yán)格控制支撐時間，才能更好地控制基坑變形。江巖明[4]認(rèn)為深基坑施工中鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)能夠有效彌補(bǔ)鋼支撐軸力易損傷的缺點，將鋼支撐的軸力由被動受壓和松弛的變形轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃蛹訅赫{(diào)控變形，能有效控制基坑變形，進(jìn)而控制周邊建筑物沉降。吳紹升[5]以地鐵工程為依托，開展了深層承壓水抽灌一體化試驗，發(fā)現(xiàn)回灌井運(yùn)行后地面沉降速率有減小趨勢，是一種控制地面沉降，保護(hù)周邊環(huán)境的措施。本文結(jié)合上海軌道交通18號線（簡稱軌交18號線）蓮溪路站工程實際和監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了深基坑變形控制多項技術(shù)的具體聯(lián)合應(yīng)用，為類似工程深基坑變形控制和周邊環(huán)境保護(hù)提供借鑒。

1 工程概況

上海軌交18號線蓮溪路站位于浦東新區(qū)北蔡鎮(zhèn)，沿蓮溪路南北向布置，與運(yùn)營中的軌交13號線蓮溪路站換乘。車站總長143.9 m，標(biāo)準(zhǔn)寬度25.0 m，為地下3層雙柱3跨14.0 m的島式站臺車站，覆土深度4.66 m。基坑開挖深度25.4～27.2 m，屬于超深狹長形基坑（圖1）。

圖1 總平面示意

車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.2 m、深55 m的地下連續(xù)墻，為十字鋼板柔性接頭，地下連續(xù)墻槽壁加固采用深12 m的φ650 mm@450 mm三軸攪拌樁。車站底板以下3 m采用抽條旋噴加固?；硬捎?道水平支撐，第1、5道為混凝土支撐，第2、3、4、7道為φ609 mm、壁厚16 mm的鋼支撐，第6道為φ800 mm、壁厚20 mm的鋼支撐。

由于基坑長度較長，開挖深度較深，現(xiàn)場采用厚1.2 m、深55 m的地下連續(xù)墻將主體基坑分隔為北區(qū)基坑和南區(qū)基坑這2個較小的基坑進(jìn)行開挖。開挖順序為先開挖北坑，待北坑主體結(jié)構(gòu)封頂后再開挖南坑，均采用明挖順作法施工。

車站基坑西南側(cè)為正德醫(yī)院，地面4、5層，地下2層，與車站基坑最近距離6.9 m。西側(cè)為絲屆商業(yè)樓4、5層，與車站基坑最近距離25.8 m。西北側(cè)為上海汽車空調(diào)配件有限公司2層辦公樓，與車站主體基坑最近距離38.8 m。東北側(cè)為中電綠色科技園水泵站，與車站基坑最近距離7.8 m。東側(cè)為中電綠色科技園1層配電室，與車站主體基坑最近距離11.8m，東側(cè)3層辦公樓與車站基坑最近距離10.3 m，東南側(cè)5層辦公樓與車站基坑最近距離13.2 m。

基坑兩側(cè)為臨排市政管線，詳見圖2。東側(cè)與基坑最近的管線為臨排污水管，距離基坑約2.8 m，西側(cè)與基坑最近的管線為臨排信息管，距離基坑約7.1 m。

圖2 結(jié)構(gòu)與周邊管線相對關(guān)系

根據(jù)基坑深度及環(huán)境條件，車站主體基坑安全保護(hù)等級為一級，環(huán)境保護(hù)等級為一級，基坑開挖期間，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.14%H（H為基坑開挖深度）。

2 工程水文地質(zhì)

經(jīng)勘察揭露，本車站地基土在80.0 m深度范圍內(nèi)均為第四紀(jì)松散沉積物，屬第四系濱海平原地基土沉積層，主要由飽和黏性土、粉土和粉砂組成。本工程地層受古河道侵切影響，缺失堅硬的⑥層土場地。

對本工程有影響的含水層為淺層的潛水層和深部的承壓含水層。潛水主要賦存于淺層土中，在驗算時考慮取地下高水位埋深0.50 m計算。

根據(jù)本次勘察，揭露的第⑤1t、⑤2-2、⑤32b層為微承壓水含水層，第⑦2層為承壓含水層，第⑤32b層和第⑦2層存在水力聯(lián)系。根據(jù)上海市工程實踐，（微）承壓水水位埋深年呈周期變化，第⑤1t、⑤2-2層微承壓水一般埋深變化范圍為3.0～11.0 m，第⑤32b、⑦2層承壓水一般埋深變化范圍為3.0～12.0 m。

3 工程重、難點

1）周邊建筑物及管線距離基坑邊線過近，周邊環(huán)境保護(hù)難度較大，對基坑變形控制要求較高。

2）本工程基坑開挖深度較深，開挖及支護(hù)工序較多，開挖時間較長，造成基坑無支護(hù)暴露時間過長，易造成基坑及周邊環(huán)境變形累計值超過警戒值。

3）傳統(tǒng)鋼支撐支護(hù)形式中，鋼支撐軸力因易受溫差、預(yù)應(yīng)力損失等因素影響而出現(xiàn)較大損失。

4）本工程項目地層受古河道侵切影響，缺失堅硬的⑥層土。

5）本工程周邊建筑物受到軌交18號線蓮溪路站基坑分坑多次開挖及（微）承壓水降水影響，保護(hù)難度較大。

4 基坑變形控制技術(shù)

4.1 土方開挖施工技術(shù)

以北坑為例，如圖3所示，對基坑每層土方進(jìn)行分段（倉）劃分，對每段進(jìn)行分塊劃分，對塊進(jìn)行編號，先挖中間通道土，再挖兩側(cè)護(hù)壁土。根據(jù)上海軟土施工經(jīng)驗，規(guī)定每層每段土方開挖及支撐工作時間，減少無支撐暴露時間。

圖3 基坑開挖分塊

1）根據(jù)上海工程經(jīng)驗，上海③、④層軟土流變的時間一般為24 h，根據(jù)本工程所處地層情況、施工效率、土體流變性質(zhì)以及土層地應(yīng)力大小，對無支撐暴露時間的基坑變形進(jìn)行分級控制，具體如下：

① 對于第1、2層土，在每個工作時段內(nèi)開挖1倉（3根支撐），務(wù)必在24 h內(nèi)架設(shè)完畢。

② 對于第3、4層土，在每個工作時段內(nèi)開挖1倉（2根支撐），務(wù)必在18 h內(nèi)架設(shè)完畢。

③ 對于第5、6層土，在每個工作時段內(nèi)開挖1倉（2根支撐），務(wù)必在16 h內(nèi)架設(shè)完畢。

2）為保證基坑開挖安全、有序、高效，對基坑土方進(jìn)行分層、分倉開挖?？紤]土方車運(yùn)輸方向，基坑由北向南開挖。

3）每一倉進(jìn)行開挖時，先開挖中間通道，利用兩側(cè)盆邊留土提供的被動土壓力提供一定時間的變形抑制作用，然后迅速開挖兩側(cè)盆邊土。根據(jù)坑外挖機(jī)作業(yè)半徑，一般留土寬度為5～6 m，根據(jù)朗肯被動土壓力計算，在支撐架設(shè)前，盆邊土提供1 600～2 700 kN的土壓力，有利于一定的基坑變形控制。

4.2 基坑降水與回灌

坑內(nèi)布置21口疏干井，成孔直徑均為600 mm，管徑273 mm。采用真空深井對基坑進(jìn)行降水疏干，基坑開挖前降水，降水后水位應(yīng)達(dá)到開挖面以下1.0 m后進(jìn)行開挖。

坑內(nèi)設(shè)置14口降壓井，井深50 m，觀測井及備用降壓井2口，井深50 m?？油庠O(shè)置10口回灌井兼觀測井，井深54 m。經(jīng)抗突涌驗算，基坑開挖深度超過19.69 m時開始啟動降壓井。井位布置如圖4所示。

圖4 基坑降水井平面布置示意

由于基坑轉(zhuǎn)角處地下連續(xù)墻為“Z”字幅，地下連續(xù)墻厚1.2 m、深55 m，單幅鋼筋籠近90 t，整幅無法加工，現(xiàn)場拆分為2幅鋼筋籠分別吊入。轉(zhuǎn)角“Z”字幅成槽，

地下連續(xù)墻槽壁不易穩(wěn)定，地下連續(xù)墻澆筑時易夾泥。此外，由于場地分段交地原因，現(xiàn)場南坑地下連續(xù)墻亦分多次施工，地下連續(xù)墻施工間隔較長，新老接縫較多，存在滲漏隱患。因此在基坑開挖前，認(rèn)真對待抽水試驗，其中在南坑進(jìn)行了3次抽水試驗，南坑抽水試驗結(jié)果如圖5～圖7所示。

圖5 坑內(nèi)降壓時坑外觀測井水位埋深-時間曲線（第1次抽水試驗）

圖6 坑內(nèi)Y2、Y3抽水運(yùn)行時坑外觀測井水位埋深-時間曲線（第2次抽水試驗）

圖7 坑內(nèi)Y2、Y3抽水運(yùn)行時坑外觀測井水位埋深-時間曲線（第3次抽水試驗）

根據(jù)表1，歷次抽水試驗分析與處理情況如下：

表1 南坑觀測井歷次抽水試驗統(tǒng)計對比

1）由于第1次抽水試驗東側(cè)坑外觀測井水位下降較大，對轉(zhuǎn)角幅地下連續(xù)墻接縫處施打φ2 200 mm的與地下連續(xù)墻同深MJS加固樁體，經(jīng)過加固后進(jìn)行第2次抽水試驗，坑內(nèi)觀測井水位迅速下降，從5口井抽水運(yùn)行減少到啟動2口井即可，抽水時間縮短到1 h即可滿足坑內(nèi)降壓的要求。

2）發(fā)現(xiàn)各承壓觀測井水位下降差異較大，對新老地下連續(xù)墻接縫處經(jīng)過再次施打φ2 200 mm的與地下連續(xù)墻同深MJS加固樁體后，第3次抽水試驗坑內(nèi)觀測井水位下降與第2次相比仍然呈繼續(xù)下降趨勢，抽水不到1 h即可滿足坑內(nèi)降壓要求。

3）經(jīng)第3次抽水試驗觀測，各承壓觀測井水位差異縮小不明顯，經(jīng)專家判斷為地層原因。需在坑外貼近建筑物處設(shè)置2～3口回灌井，為避免對坑內(nèi)抽水的影響，井遠(yuǎn)離抽水中心設(shè)置。單井回灌量4.5 t/h，回灌量∶出水量＝1∶3。

4.3 鋼支撐選型

鋼支撐原設(shè)計為φ609 mm、壁厚16 mm的鋼管，根據(jù)同類工程加載經(jīng)驗，最大承載軸力為1 800 kN。對于本工程最深達(dá)27 m的超深基坑，要達(dá)到一級變形控制要求，力有不逮。

經(jīng)查詢，φ800 mm、壁厚12 mm的鋼管，單位長度質(zhì)量與φ609 mm、壁厚16 mm的鋼管相同，經(jīng)比較分析，兩者剛度有差異，根據(jù)壓桿穩(wěn)定性公式對軸向承載力進(jìn)行簡算可知：現(xiàn)場采用φ800 mm、壁厚12 mm的鋼管替代φ609 mm、壁厚16 mm的鋼管，更具承載優(yōu)勢。

4.4 鋼支撐自動伺服技術(shù)應(yīng)用

考慮到基坑開挖深度較深、基坑較長，當(dāng)采用傳統(tǒng)鋼支撐支護(hù)形式時，不利于周邊環(huán)境風(fēng)險控制，基坑易發(fā)生變形。因此，現(xiàn)場采用鋼支撐軸力自動補(bǔ)償系統(tǒng)。

現(xiàn)場采用φ800 mm的鋼管，因此，鋼支撐承載力值需重新調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)場鋼支撐加載試驗及基坑監(jiān)測變形數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，每層鋼支撐實際加載值如表2所示。

表2 伺服鋼支撐軸力加載值

采用鋼支撐軸力自動補(bǔ)償系統(tǒng)時，應(yīng)做好鋼支撐預(yù)拼工作?？觾?nèi)采用激光測距，提供精確長度以選取鋼支撐預(yù)拼，從而取消支撐活絡(luò)頭、簡化支撐，形成一端伺服千斤頂，一端法蘭盤與預(yù)埋鋼板貼合的形式，減少了因活絡(luò)頭變形而造成的軸力損失。

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本工程在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊布置了地下連續(xù)墻圍護(hù)測斜點、沉降監(jiān)測點等。在地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)中共布置35孔測斜孔，編號P01—P35；在周邊建筑物角點及伸縮縫等處布置76個房屋沉降觀測點，編號F01—F76；基坑周邊管線每15 m間距設(shè)置1個監(jiān)測點，共設(shè)置200個。

開挖時基坑及周邊建筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖8～圖11所示，具體分析如下。

圖8 北坑地下連續(xù)墻測斜

圖9 南坑地下連續(xù)墻測斜

圖10 北坑開挖階段周邊建筑物沉降曲線

圖11 南坑開挖階段周邊建筑物沉降曲線

基坑分為2個基坑分別開挖，北坑于2018年3月27日開始開挖，于2018年7月15日基坑底板澆筑封底。此階段地下連續(xù)墻最大水平位移累計值為34.94 mm，發(fā)生在地下30 m深度處。周邊建筑物最大下沉值位于東北側(cè)，最大沉降值為－59.57 mm；南坑于2018年11月24日開始開挖，于2019年5月15日基坑底板澆筑封底。此階段地下連續(xù)墻最大水平位移累計值為38.98 mm，發(fā)生在地下28.50 m深度處。周邊建筑物最大下沉值位于東南側(cè)，最大沉降值為－63.80 mm。

基坑開挖期間，北坑及南坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移均滿足≤0.14%H（H為基坑開挖深度）。由于鋼支撐自動伺服系統(tǒng)技術(shù)、鋼支撐選型及基坑開挖技術(shù)等的應(yīng)用，在第1道支撐至第5道支撐開挖深度范圍內(nèi)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形值為較小的負(fù)值，在第5道支撐深度以下范圍內(nèi)，由于土壓力的增大而增長為較小的正值，基坑變形控制達(dá)到要求。同時，雖然圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形較小，但是由于本工程地層缺失堅硬的⑥層土下臥層，周邊建筑物仍然產(chǎn)生了一定的沉降。根據(jù)實測結(jié)果可知，得益于基坑降水與回灌等技術(shù)的應(yīng)用，周邊建筑物差異性沉降小，并逐漸趨于穩(wěn)定，周邊環(huán)境安全尚在風(fēng)險控制范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

1）基坑開挖應(yīng)事先根據(jù)基坑及周邊實際工況制定相應(yīng)的開挖方法，嚴(yán)禁隨意開挖。

2）基坑每層土應(yīng)先開挖中間，一定寬度的盆邊留土具有一定的抑制變形作用。

3）重視深基坑抽水試驗，通過試驗結(jié)果判斷圍護(hù)隱患點，一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)險征兆，則立即封堵加固，避免基坑突涌風(fēng)險。

4）回灌井應(yīng)貼近建（構(gòu)）筑物設(shè)置，并遠(yuǎn)離降水中心。降水及回灌過程中應(yīng)注重回灌量與降水量的比值變化及觀測井內(nèi)水位的穩(wěn)定情況，動態(tài)調(diào)整回灌量。

5）φ800 mm、壁厚12 mm的鋼管與φ609 mm的鋼管單位長度質(zhì)量相同，但受力性能存在較大差距，施工中鋼支撐應(yīng)優(yōu)先選用φ800 mm、壁厚12 mm的大直徑鋼管。

6）當(dāng)采用鋼支撐自動伺服系統(tǒng)時，千斤頂加載軸力應(yīng)根據(jù)監(jiān)測變形數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，在鋼支撐承載范圍內(nèi)提供最優(yōu)的主動軸力加載值。