孫志國

(中交建筑集團(tuán)有限公司，北京 100022)

1 工程概況

中交集團(tuán)上海總部基地項(xiàng)目建筑面積為18.9萬m2，由160，99m高的建筑及5棟商業(yè)樓組成?；颖眰?cè)為楊樹浦路，東北角為2號(hào)歷史保護(hù)建筑，坑內(nèi)含1號(hào)優(yōu)秀歷史保留建筑，基坑南側(cè)包含既有船塢，侵入本工程基坑紅線約67m(見圖1)。

圖1 基坑平面位置

場(chǎng)地內(nèi)土層為淺層分布厚填土、黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土(江灘土)，基坑開挖面以上有③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④層淤泥質(zhì)黏土，為流塑狀。

地下水埋深為0.50～1.80m，深部為承壓水，主要分布于第⑦，⑨層，承壓水頭埋深3.5m(見圖2)。地基土成因類型與分布狀況如表1所示。

圖2 基坑土體剖面與基坑開挖面的關(guān)系

表1 地基土成因類型與分布狀況

該項(xiàng)目基坑周長671m，面積為2.3萬m2，最大開挖深度為23m。安全等級(jí)為一級(jí)，采用地下連續(xù)墻+3道內(nèi)支撐的方式進(jìn)行支護(hù)。

2 基坑施工重難點(diǎn)

2.1 大面積深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)高

該超深基坑施工受土方開挖、大氣降水、地下水、施工動(dòng)荷載等不確定因素的影響，開挖存在很大風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 基坑周邊環(huán)境復(fù)雜

基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，北側(cè)路埋設(shè)大量管線，東北角建筑距基坑距離最近為9.5m。南側(cè)船塢侵入基坑，障礙物的基礎(chǔ)形式、埋深及是否有其他地下障礙物未知。

2.3 場(chǎng)地內(nèi)土層條件復(fù)雜

該項(xiàng)目鄰近黃浦江，場(chǎng)內(nèi)①層為江灘土，該層土以粉性土為主，較厚，局部夾較多的淤泥質(zhì)黏土，土質(zhì)不均，局部未完全固結(jié)。開挖面以上的③，④，⑤層均較松散或軟弱，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定性影響較大。⑦1層的承壓水對(duì)坑底抗突涌及坑底穩(wěn)定性影響較大，若不做好降水工作，存在坑底土體突涌的可能。

3 需要解決的技術(shù)問題及方案設(shè)計(jì)

3.1 需解決的問題

根據(jù)工程重難點(diǎn)，需控制基坑變形，以確保施工安全。

3.2 方案設(shè)計(jì)

1)設(shè)置扶臂式擋墻，防止基坑變形 該項(xiàng)目船塢底板標(biāo)高為-6.200m，造成南側(cè)基坑大面積缺口，圍護(hù)體無可靠支撐控制穩(wěn)定性，故在圍護(hù)體外側(cè)設(shè)扶壁式擋墻進(jìn)行支撐，扶壁式擋墻由肋墻、擋墻、承臺(tái)構(gòu)成。擋墻外側(cè)用土袋回筑確保穩(wěn)定，施工期間監(jiān)測(cè)擋墻變形(見圖3)。

圖3 基坑扶壁式擋墻平面布置

2)加固土體，控制基坑變形 在靠近北側(cè)道路及東北角區(qū)域設(shè)置被動(dòng)土進(jìn)行加固，有利于控制基坑變形、滲漏及坑底回彈，加固標(biāo)高為-21.150～-8.450m。加固深基坑，降低深基坑內(nèi)土體含水率，有利于放坡開挖，降低開挖突涌風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)坑內(nèi)采用φ800@600旋噴樁進(jìn)行加固。

3)采用建筑平移+局部逆作法施工 對(duì)1號(hào)保護(hù)建筑下部采用局部逆作法施工，先將建筑物平移至空地，再施工永久位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。形成逆作區(qū)域頂板及第1道支撐后，將建筑平移至永久位置，土方開挖在頂板下部進(jìn)行，從而避免基坑內(nèi)建筑干擾(見圖4)。

圖4 基坑局部逆作法示意

4)采用錨桿靜壓樁加固，確保既有建筑安全 該項(xiàng)目2號(hào)保護(hù)建筑具有百年歷史，基礎(chǔ)條件差，基坑施工前應(yīng)預(yù)加固2號(hào)保護(hù)建筑的基礎(chǔ)，采用錨桿靜壓鋼管樁進(jìn)行加固，以確保建筑安全。

5)抽灌一體化施工，預(yù)防基坑突涌風(fēng)險(xiǎn) 開挖期間應(yīng)對(duì)⑦1層的承壓水進(jìn)行減壓抽排，但由于場(chǎng)地內(nèi)⑦，⑨層承壓水相互聯(lián)通，圍護(hù)體系無法完全隔斷承壓水層，長期抽降承壓水使內(nèi)外水頭差較大，應(yīng)在基坑外布置應(yīng)急回灌井，坑外回灌以減緩沉降變形。

6)清障成樁一體咬合樁圍護(hù)應(yīng)對(duì)不利物質(zhì)條件 該既有船塢及舊房基礎(chǔ)障礙物區(qū)域采用咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，咬合樁采用JAR210H全回轉(zhuǎn)CD機(jī)清障成孔一體化施工，以解決不利物質(zhì)條件下圍護(hù)施工難題。

7)設(shè)置傳力構(gòu)件控制圍護(hù)體變形 該項(xiàng)目鄰近圍護(hù)結(jié)構(gòu)處為局部深基坑，最大深度為2.8m，直接開挖深基坑易造成圍護(hù)體變形，采用先撐后挖的方式施工，在墊層內(nèi)設(shè)置HW502×465×15×25型鋼支撐傳力帶作為支撐，有效控制開挖變形。

4 技術(shù)要點(diǎn)與實(shí)施手段

4.1 地下連續(xù)墻施工技術(shù)

地下連續(xù)墻施工前應(yīng)進(jìn)行試成槽，以確定本地質(zhì)條件下的泥漿參數(shù)，最終循環(huán)泥漿配合比控制在1.15～1.20，黏度控制在38Pa·s內(nèi)。

需合理調(diào)配地下連續(xù)墻成槽時(shí)間與鋼筋籠綁扎時(shí)間，確保成槽后鋼筋籠已具備吊裝條件，以縮短空槽等待時(shí)間，減小基坑安全風(fēng)險(xiǎn)。本工程單幅槽段成槽深度為35m、寬6m，成槽時(shí)間為7～8h，鋼筋籠綁扎時(shí)間為10h，故應(yīng)先綁鋼筋籠再開挖。

該項(xiàng)目土質(zhì)分布不均，江灘土、淤泥質(zhì)土深厚，地下連續(xù)墻兩側(cè)應(yīng)使用水泥土加固，保證基坑安全。

導(dǎo)墻對(duì)穩(wěn)定孔口槽壁起重要作用。本工程原設(shè)計(jì)導(dǎo)墻高2.45m，因現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)差，地下水豐富，極易坍孔，地下連續(xù)墻導(dǎo)墻普遍區(qū)域高1.7m，且基坑西側(cè)及東北角周邊存在管線和保護(hù)建筑，故將導(dǎo)墻高調(diào)整為2.10m。

本工程存在①3層江灘土，施工時(shí)應(yīng)提高泥漿相對(duì)密度、黏度等參數(shù)，以確保槽壁穩(wěn)定，也應(yīng)降低成槽速度。

地下連續(xù)墻滲漏主要發(fā)生在2幅槽段施工縫及冠梁與地下連續(xù)墻施工縫處。地下連續(xù)墻2幅接茬采用鎖口管、十字鋼板接頭方式，十字鋼板接頭防滲漏效果更好，施工時(shí)應(yīng)處理施工縫，必須采用刷壁器清理干凈，在每幅接縫處使用刷壁器進(jìn)行20次以上的循環(huán)涂刷。冠梁與地下連續(xù)墻頂部除設(shè)置橡膠止水條處理施工縫外，還可埋設(shè)注漿管作為預(yù)防(見圖5)。

圖5 地下連續(xù)墻頂部與冠梁施工縫注漿做法

地下連續(xù)墻堵漏措施如下：若無明水滲漏，應(yīng)先確定滲漏點(diǎn)，并將此部位接縫處開鑿V形槽口，清除松散的混凝土、夾砂、夾泥，清理干凈后插設(shè)導(dǎo)流管，使用早強(qiáng)水泥逐步向下補(bǔ)實(shí)。若有明水滲漏，應(yīng)在滲漏部位水平打入1根內(nèi)徑20～30mm的鋼管，穿透墻體進(jìn)入墻背土體內(nèi)，通過鋼管將水引出，當(dāng)修補(bǔ)混凝土或水泥達(dá)到一定強(qiáng)度后，應(yīng)在鋼管內(nèi)注入遇水膨脹聚氨酯材料，封堵出水口。滲水嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)結(jié)合土質(zhì)情況采取雙液注漿、增補(bǔ)止水樁等方式進(jìn)行綜合處理。

4.2 三軸水泥土攪拌樁施工技術(shù)

用于槽壁加固及被動(dòng)土加固的三軸水泥土攪拌樁可確保槽壁和土體穩(wěn)定，宜采用搭接施工工藝。用于止水帷幕的三軸水泥土攪拌樁主要作用為止水，應(yīng)采用套接一孔的施工工藝，如圖6所示。

圖6 三軸水泥土攪拌樁施工工藝

止水帷幕樁間的搭接時(shí)間宜≤24h，過長將產(chǎn)生冷縫。本工程受臺(tái)風(fēng)影響，致使兩幅樁間形成冷縫，故采用補(bǔ)做3根搭接長度為200mm的φ800旋噴樁進(jìn)行封堵。

將三軸攪拌樁下沉注漿攪拌速度0.5m/min提升為1m/min，本工程存在①3層江灘土，當(dāng)施工至該土層區(qū)域時(shí)，需將提升速度降低至0.8m/min，以保證成樁質(zhì)量。

4.3 基于時(shí)空效應(yīng)理論的土方開挖施工技術(shù)

因基坑開挖時(shí)，土體應(yīng)力釋放快，易導(dǎo)致基坑土方隆起，產(chǎn)生時(shí)空效應(yīng)，基于時(shí)空效應(yīng)理論，采用盆式開挖方式施工，遵循分層、分塊、分段、對(duì)稱、限時(shí)原則。分層即控制一次開挖深度，要求2.5m分層；分段即控制一次開挖長度，無支撐暴露長度為30m；分塊即控制一次開挖面積，最大分塊面積為900m2；對(duì)稱、平衡即多塊開挖時(shí)應(yīng)對(duì)稱，控制平衡；限時(shí)即控制無支撐暴露時(shí)間，為48h。

對(duì)基坑進(jìn)行挖土分塊時(shí)，應(yīng)既考慮分塊面積大小，又考慮單塊區(qū)域支撐形成條件。

本工程基坑開挖分塊如圖7所示，應(yīng)合理部署基坑開挖方案，為盡快形成坑內(nèi)支撐創(chuàng)造條件，實(shí)踐證實(shí)加速形成對(duì)撐對(duì)控制基坑變形起重大作用。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從具備支撐施工面到支撐完成前，墻體深層水平位移最大>2mm/d，支撐形成后，降低到0.5mm/d以下，可見支撐能有效控制基坑墻體位移。

圖7 基坑土方開挖分塊

當(dāng)基坑挖至最深處，基坑圍護(hù)體彎矩達(dá)到最大，開挖風(fēng)險(xiǎn)最高，故在最后一步土方開挖前，應(yīng)合理安排各項(xiàng)工作時(shí)間，減小基坑變形危害。

長臂挖掘機(jī)在狹小空間中挖土施工較困難，可使用長臂挖掘機(jī)配合電吊挖掘機(jī)取土，提高出土效率。當(dāng)基坑挖至-9.000m標(biāo)高時(shí)，采用0.7m3長臂挖掘機(jī)，取土效率為1.86m3/min，電吊取土效率為1.62m3/min。當(dāng)基坑挖至-18.000m標(biāo)高時(shí)，采用0.5m3長臂挖掘機(jī)，取土效率為0.66m3/min，電吊取土效率為1.2m3/min。由此得出，隨著挖土深度加大，受長臂挖掘機(jī)斗容量的限制，電吊優(yōu)勢(shì)逐漸突顯。另外電吊取土效率和土質(zhì)條件有關(guān)，更適用于軟弱流塑狀土質(zhì)。

開挖施工是內(nèi)支撐的前道工序，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)密的施工部署，以不影響內(nèi)支撐實(shí)施，并考慮開挖階段挖掘機(jī)站位和運(yùn)土車輛的行車路線，計(jì)算分析各分塊配置的挖掘機(jī)數(shù)量及運(yùn)土車數(shù)量，分析早晚高峰期出土是否滿足需求，研究高峰期留存場(chǎng)外空車數(shù)量及暫時(shí)停車點(diǎn)的洗車設(shè)備配置數(shù)量。

4.4 基坑降、排水施工技術(shù)

本工程①3層黏質(zhì)粉土顆粒偏細(xì)，含黏土量多且分布不均，③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及④層淤泥質(zhì)黏土層滲透系數(shù)極低，疏干降水相對(duì)困難。上海地區(qū)常采用加真空的深井進(jìn)行疏干降水，通過真空泵抽水、空壓機(jī)送氣壓吸復(fù)合抽水系統(tǒng)降低潛水位(見圖8)。采用空壓機(jī)送氣配合真空泵抽水能極大提高抽水效率，同時(shí)可配合使用地下水監(jiān)測(cè)云平臺(tái)。

圖8 壓吸復(fù)合抽水系統(tǒng)原理

由于上海承壓水呈年周期變化，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)、地質(zhì)勘察報(bào)告，賦存于⑦1層中的承壓水存在頂突可能性，故對(duì)⑦1層中承壓水采取按需減壓降水措施，以降低水頭。通過計(jì)算可得基坑開挖深度與⑦1層坑內(nèi)水位的控制關(guān)系，如圖9所示。

圖9 基坑開挖深度與⑦1層坑內(nèi)水位控制關(guān)系

運(yùn)用Visual Modflow Flex三維地下水和污染物運(yùn)移模擬軟件模擬降水后預(yù)測(cè)水位的降深等值圖，通過等線路可分析預(yù)判回灌井啟動(dòng)后，基坑內(nèi)部承壓水抽排后的回灌效果。

進(jìn)行降水施工時(shí)不應(yīng)斷電，本工程配備總功率為650kW的發(fā)電機(jī)組，備用電源智能切換系統(tǒng)，以確?；邮┕ぐ踩?。

由于降水運(yùn)行出水量較大，排水溝尺寸過小影響降水，故應(yīng)計(jì)算基坑排水溝尺寸。本工程降水井單井出水量為50m3/h，最大過流量為0.669 6m3/s，應(yīng)設(shè)置排水溝寬度為0.8m、深0.7m。

考慮井點(diǎn)降水方式，應(yīng)采取明排方式治理地表水，上海地區(qū)梅雨季節(jié)跨度長，明排若不及時(shí)，將直接影響土方開挖施工?；用魉榕艖?yīng)按最大降雨量進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于場(chǎng)內(nèi)明水分布不均，可先在施工面挖多個(gè)大集水坑，將小坑水流匯集到大坑，以達(dá)到明水高效抽排的效果。

4.5 內(nèi)支撐施工技術(shù)

對(duì)支撐及棧橋底模板采用混凝土墊層或直接鋪設(shè)模板、回填碎石+模板等方式，將混凝土墊層作為底模，另外支撐底模與支撐梁間采用油毛氈、彩條布、模板等進(jìn)行隔離。

雨季對(duì)內(nèi)支撐施工影響極大，雨水滯留在土體表層，經(jīng)挖掘機(jī)擾動(dòng)后，將形成1～2m厚的淤泥層，影響挖土及內(nèi)支撐實(shí)施，應(yīng)采用澆筑加寬加厚墊層的方式，以提供施工作業(yè)面。

若要控制無支撐暴露時(shí)間，便要加快內(nèi)支撐施工進(jìn)度，盡量做到24h作業(yè)，既控制基坑變形，又加快工期。

4.6 拆、換撐施工技術(shù)

內(nèi)支撐應(yīng)先拆連系梁后拆支撐梁，主支撐梁采用先拆邊角后拆中間，對(duì)稱、均衡拆除的原則，拆除棧橋及第1道支撐時(shí)，下部格構(gòu)柱可自上而下進(jìn)行拆除。

采用機(jī)械拆除支撐時(shí)，應(yīng)使用繩鋸或人工風(fēng)鎬等拆除支撐與圍護(hù)體連接部位，再大面積拆除其余部位，減小振動(dòng)變形。本工程采用繩鋸切割方式，振動(dòng)小、切割速度快、不產(chǎn)生建筑垃圾、污染小、綠色環(huán)保，由于繩鋸切割的混凝土塊隨割隨吊出場(chǎng)外，大大提高樓板換撐施工速度，可縮短工期，降低基坑安全風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)行繩鋸切割時(shí)，支撐梁上部應(yīng)先破除局部小口，繩鋸鏈條從上排鋼筋下部進(jìn)行纏繞，作為繩鋸固定點(diǎn)，采用倒八字方向纏繞繩鋸，并采取下墊馬凳措施預(yù)防支撐塊墜落風(fēng)險(xiǎn)。

由于后澆帶、汽車坡道等結(jié)構(gòu)斷開達(dá)不到傳力效果，故采用H400×400×13×21型鋼作為傳力支撐，端部使用12mm厚鋼板進(jìn)行封頭，型鋼支撐穿外墻時(shí)，應(yīng)在型鋼上設(shè)置止水片作為防滲漏措施。

5 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果

取不利于墻體深層水平位移的變形點(diǎn)QX8進(jìn)行監(jiān)測(cè)，墻體累計(jì)變形最大為30～35mm，如圖10所示?；邮┕ね瓿珊?，QX8的位移趨勢(shì)同設(shè)計(jì)位移包絡(luò)圖基本一致。

圖10 QX8點(diǎn)位位移

6 結(jié)語

1)通過研究單項(xiàng)施工技術(shù)，抓住施工控制要點(diǎn)，可有效控制基坑變形，避免由于不合理的施工方法浪費(fèi)施工成本。在此基礎(chǔ)上總結(jié)基坑變形控制手段與基坑施工控制要點(diǎn)，配以信息化施工中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐。

2)防控高富水基坑施工安全時(shí)，應(yīng)高度重視對(duì)水的降、排、防設(shè)計(jì)與施工工作。

3)應(yīng)加大信息化應(yīng)用推廣力度，尤其是降水施工和基坑監(jiān)測(cè)方面，采用由人控轉(zhuǎn)為機(jī)控或人+機(jī)雙控的措施，規(guī)避完全由人操作導(dǎo)致數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)或不及時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。信息化的應(yīng)用對(duì)控制、預(yù)防基坑風(fēng)險(xiǎn)起巨大作用。

4)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，基坑向更大、更深方向發(fā)展，環(huán)境更加復(fù)雜，施工難度更大，應(yīng)取其精華、尋求突破，這也是我國基坑工程發(fā)展的重要方向。