徐能成

上海南匯建工建設（集團）有限公司 上海 201399

超大型深基坑工程的時間效應和空間效應較為明顯，特別是深-淺基坑組合形式的存在，基坑圍護設計從經(jīng)濟、安全等角度出發(fā)，往往采用多種支護方式形成組合式圍護體系。由于各種支護方式變形規(guī)律不一，使得基坑變形機理更為復雜 ，給深基坑施工帶來了諸多不確定因素[1-6]。

針對存在深-淺基坑和多種支護方式的特點，本文詳細闡述了在深基坑施工過程中，通過合理安排組織施工，做到精準地分區(qū)分塊，進行優(yōu)化基坑施工流程，嚴格執(zhí)行深坑影響區(qū)域的淺坑與深坑之間的聯(lián)動施工。本基坑結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，取得了較為良好的效果，有效地控制了基坑圍護的變形，也發(fā)現(xiàn)了一些變形的規(guī)律。

1 工程概況

1.1 工程建設概況

上海國際醫(yī)學園區(qū)生物醫(yī)藥加速器（一期）項目，總建筑面積約115 000 m2，其中地上建筑面積約82 820 m2，地下建筑面積約32 180 m2。主要由11幢6層、2幢4層的鋼框架高標準廠房及地下車庫組成。工程樁采用長23 m、φ500 mm的PHC預應力管樁，局部采用長為24 m、φ600 mm的鉆孔灌注樁。

1.2 周邊環(huán)境概況

基坑東側(cè)靠近康新公路，道路兩側(cè)埋有雨水、電力等市政管線；南側(cè)為五灶港河，距離基坑開挖邊線最近為18.9 m；西側(cè)為景觀縱三河，距離基坑開挖邊線最近為11.1 m；北側(cè)為紫萍路，距離基坑開挖邊線約27 m，道路及綠化帶埋有市政管線。

1.3 基坑分區(qū)概況

基坑分為A坑能源站區(qū)域和B坑車庫區(qū)域，其中A坑面積約3 264 m2，B坑面積約28 916 m2。A坑底板厚1 000 mm，普遍開挖深度為11.85 m，B坑底板厚450 mm，普遍開挖深度為6.75 m。

1.4 基坑圍護概況

本工程基坑支護形式主要有4種（圖1），形成組合式圍護體系，具體如下所述。

圖1 基坑圍護平面布置

1.4.1 A坑圍護體系

采用“鉆孔灌注樁＋三軸攪拌樁止水帷幕”的支護方式，內(nèi)設2道鋼混凝土支撐，首道支撐中間設置1座棧橋。

鉆孔灌注樁φ1 000@1 200 mm，樁長24 m；三軸攪拌樁φ850@600 mm，樁長17 m，水泥摻量20%。

1.4.2 B坑圍護體系

1）東、南、西側(cè)采用“SMW工法樁＋前撐式注漿鋼管斜撐”的支護方式，止水帷幕采用φ850@600 mm三軸攪拌樁，樁長14.25、17.25、20.25 m，水泥摻量20%，插入型鋼為H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，樁長15.00、18.00、21.00 m。

2）3處轉(zhuǎn)角部位采用“SMW工法樁＋1道鋼混凝土角撐”的支護方式。

3）北側(cè)區(qū)域采用二級放坡開挖，止水帷幕采用φ700 mm@500 mm雙軸攪拌樁，樁長11 m，水泥摻量13%。

2 特點、難點分析

1）基坑超大超深，外形不規(guī)則，變形控制要求高。本工程屬于超大超深基坑，基坑外形不規(guī)則，形狀近似呈“公雞形”，且存在多處直角、陽角部位。由于基坑陽角部位對變形較為敏感，成為了一個危險源，因此對基坑變形控制要求較高。

2）深-淺基坑相連，存在較大落差，合理組織施工是重點和難點。A坑與B坑相連，深-淺坑落差超過5 m，中間以1道支護墻進行隔離。相鄰基坑不同開挖面積和開挖深度卸荷偏壓的時空特性，將對支護體系的受力變形和周圍地層變形產(chǎn)生一定的影響。因此如何合理安排組織施工，嚴格執(zhí)行A坑影響區(qū)域的B坑與A坑聯(lián)動施工，且避免因B坑靠近A坑區(qū)域的施工而導致A坑圍護的失穩(wěn)，是重中之重。

3）基坑圍護存在多種支護方式的組合式圍護體系。本工程基坑支護形式復雜多樣，不同部位采用不同的支護方式，主要由SMW工法樁、鉆孔灌注樁＋三軸攪拌樁止水帷幕、前撐注漿鋼管斜撐等支護方式組成整個圍護體系，不同的支護方式存在不同的施工技術要求和變形規(guī)律，給施工帶來了難度。

3 總體施工部署和施工流程

3.1 總體施工部署

鑒于本工程深坑和淺坑相連的特點，將基坑劃分為3個施工區(qū)域（圖2），配3套施工班組實行分區(qū)同步施工，按照各區(qū)1—6的先后順序組織有序施工。

圖2 基坑分區(qū)示意

3.2 施工流程

總體流程：先形成A坑封閉圍護，由A坑西南角逆時針施工三軸止水帷幕，然后進入B坑，按先施工西側(cè)，再施工南側(cè)，后施工東側(cè)及東北角的總體流向。

1）A坑三軸攪拌樁止水帷幕和B坑SMW工法樁采用1臺樁機施工，先施工A坑三軸攪拌樁，后施工B坑SMW工法樁，并配備1臺履帶吊插H型鋼。

2）A坑三軸攪拌樁止水帷幕施工時，根據(jù)三軸攪拌樁樁機的進尺，隨后施工雙軸攪拌樁坑邊加固。再根據(jù)雙軸攪拌樁的進尺，搭接施工A坑圍護鉆孔灌注樁。B坑SMW工法樁施工后，跟進搭接施工雙軸攪拌樁坑邊加固，并穿插施工立柱鉆孔灌注樁。

3）每一區(qū)域的圍護鉆孔灌注樁樁間壓密注漿，在圍護樁和坑底雙軸攪拌樁加固施工完畢后跟進施工。

4）施工前撐式注漿鋼管斜撐。

5）跟進分段施工圍檁、第1道混凝土支撐。

6）基坑預降水約3周，A坑開挖第2層土，施工第2道混凝土支撐。

7）A坑第2道混凝土支撐達到設計強度后，開挖A坑第3層土，再澆筑基礎底板及傳力帶、墊層。

8）A坑基礎底板和傳力帶達到設計強度后，拆除第2道混凝土支撐，施工換撐體系。

9）A坑拆除第1道支撐，施工地下1層主體結(jié)構(gòu)。

10）B坑分區(qū)開挖，分區(qū)拆除前撐式鋼管、角撐，分區(qū)施工地下1層主體結(jié)構(gòu)。

11）拔除SMW工法樁H型鋼，并跟蹤注漿。

4 關鍵施工技術

4.1 前撐式注漿鋼管斜撐

4.1.1 沉樁順序

基坑南側(cè)部位由東到西→基坑西側(cè)部位由南向北→基坑東側(cè)部位由南到北

4.1.2 主要工藝流程

場地平整→溝槽開挖→孔位測量→成孔→鋼管管體加工制作→鋼管打設→鋼管注漿→填芯和補漿→鋼管與圈梁連接處錨節(jié)點制作→后續(xù)圈梁施工、配筋墊層施工等

4.1.3 技術參數(shù)

前撐式注漿鋼管斜撐為φ325 mm×8 mm，傾斜角度45°；水泥采用P·O 42.5水泥，水灰比0.5～0.6，宜取0.55；碎石為20～40 mm級配碎石。

4.1.4 施工控制要點

1）鋼管加工制作。前撐式注漿鋼管下料長度，誤差不大于50 mm，壁厚誤差應小于1 mm。第1節(jié)鋼管的首端焊接十字樁尖，末端焊接長200 mm、φ351 mm×10 mm的外套管；第2節(jié)鋼管的一端焊接長200 mm、φ351 mm×10 mm的外套管，作為2節(jié)鋼管之間的連接，坑底附近及以上的部位外套管長度為300 mm。

2）注漿工藝。采用約束式工藝，根據(jù)鋼管長度設置3個約束體，第1、第2個約束體設置在底部（圖3），第3個約束體設置在第2節(jié)鋼管靠上一點，每個約束體長度3 m，外側(cè)包有囊袋。結(jié)合工藝要求布置出漿孔，每個約束體設置出漿孔數(shù)量不少于8個，孔徑為8～10 mm。

圖3 鋼管加工示意

3）鋼管施打。注漿鋼管成孔采用振入注漿式，孔位偏差≤50 mm，孔角偏差≤1%。采用機械手振入至設計樁長，單節(jié)長度結(jié)合現(xiàn)場情況，一般控制在6～12 m，本工程長27 m的前撐鋼管由3段且每段長9 m的鋼管組成。

4）前撐式注漿鋼管穿越地下室底板處（圖4），設置厚6 mm、600 mm×600 mm的止水鋼板，止水鋼板與鋼管進行滿焊。

圖4 前撐注漿鋼管穿越基礎底板止水示意

5）鋼管注漿。采用分段＋約束式注漿工藝，按約束體位置由下到上依次單獨實施，每根鋼管注漿次數(shù)為2～3次，每次注漿間隔時間宜為15 min以上。注漿量≤150 L/min，注漿最終完成的標準，以單根樁水泥用量或最終注漿壓力控制。單根φ325 mm樁水泥用量≥6 t，或最終注漿壓力≥2 MPa。

6）填芯和補漿。注漿完成后，鋼管斜撐內(nèi)填滿20～40 mm的級配碎石，并用純水泥漿液進行滿灌。

7）錨節(jié)點焊接。錨節(jié)點鋼筋焊接必須滿焊，保證焊縫質(zhì)量。

8）完成后的前撐式注漿鋼管的施工質(zhì)量要求為：定位誤差±50 mm，長度誤差±100 mm，標高誤差±50 mm，傾角誤差±5°

9）檢測試驗。前撐式注漿鋼管檢測試驗數(shù)量為3根；靜載試驗應在圈梁澆筑14 d以后，或圈梁混凝土強度達到設計值的80%，且注漿鋼管完成21 d后方可進行。

10）前撐式注漿鋼管拆除。在相應區(qū)域地下室底板及其傳力帶形成并達到強度后，經(jīng)過設計復核允許，滿足周邊環(huán)境保護要求之后，方可實行間隔性拆除。

4.2 深井降水

4.2.1 降水井布置原則

本工程整個基坑布置采用真空深井降水，單井的控制面積約為220 m2。即疏干井成井數(shù)量共147口，其中井深12.5 m的為130口、18.0 m的為17口，各井點管間距約15 m。

4.2.2 降水井結(jié)構(gòu)

A坑區(qū)域井深為18.0 m，B坑區(qū)域井深為12.5 m。孔徑均為650 mm，井管和過濾器外徑均為273 mm，過濾器為圓式的沖孔過濾器，外包30～40目（孔徑0.50～0.35 mm）的濾網(wǎng)，管外回填濾料，上口2.0 m范圍內(nèi)用黏土進行填實封閉。

4.2.3 減壓井設置

本基坑底設計標高以下存在較厚的承壓含水層，開挖過程中為防止基坑發(fā)生突涌現(xiàn)象，須有效控制承壓水水頭埋深。按勘察值對第⑦層承壓水安全水位進行計算分析，對A坑區(qū)域3.3 m落深基坑底開挖有不利影響，因此對第⑦層承壓含水層需作泄壓處理。因此，A坑區(qū)域內(nèi)部均勻布置3口減壓井，減壓井井深為34.5 m。

減壓井抽水派人全天候值班，并做好抽水記錄，包括降壓深井水頭降幅和涌水量，并繪制好降水深度-時間曲線，以便掌握抽水動態(tài)，以此指導基坑降水在最優(yōu)、最合理的范圍內(nèi)運行。減壓井在地下室施工至上覆壓力和地下水頭的頂托力平衡后，方可停止降水。

4.3 土方開挖

土方開挖階段對基坑圍護的變形影響最大，也是最危險的施工階段，本工程基坑開挖深度較深，其中A坑普遍開挖深度11.85 m，B坑普遍開挖深度6.75 m，開挖量也較大，總土方開挖量約22萬 m3。既要減少基坑圍護變形，確?；訃o安全，同時又要考慮施工進度，因此合理安排開挖流程及順序顯得尤為重要。

4.3.1 施工流程

1）A坑：開挖第1層土方→施工第1道支撐→開挖第2層土方→施工第2道支撐→開挖第3層土方→施工墊層。

2）B坑：開挖第1層土方→施工第1道支撐→開挖第2層土方→施工墊層。

4.3.2 施工控制要點

1）分區(qū)分塊：A坑、B坑分一、二、三區(qū)3個獨立的挖土班組同時作業(yè)，再根據(jù)A坑、B坑不同的施工工況，A坑采用盆式挖土，B坑采用跳倉式挖土。3個區(qū)各分為6塊，分別按順序同時開挖，總體流向均為由南向北。

2）B坑內(nèi)的一區(qū)-5、一區(qū)-6分塊貼近A坑，而距A坑50 m內(nèi)土方須等A坑斜拋撐換撐完成后方可開挖。

3）分層開挖：A坑基坑垂直方向?qū)嵭?層土方開挖，B坑基坑垂直方向?qū)嵭?層土方開挖。第1層土方開挖厚度為1.80 m；A坑第2層土方厚度5.60 m，分2皮開挖，每皮2.80 m；A坑第3層土方厚度4.45 m，分2皮開挖，每皮2.20 m；B坑第2層土方厚度4.40 m，分2皮開挖，每皮2.20 m。

4）坑中坑土方開挖：待A坑第3層和B坑第2層土方開挖至墊層面時，留200 mm，及時跟進基坑集水井和電梯井等落深區(qū)的土方開挖，開挖深度最深處落深2.7 m。

5）開挖過程中嚴格控制開挖面的高差，嚴禁超挖。最下層土方開挖時，混凝土墊層隨挖隨澆，暴露時間不超過24 h。

4.4 基坑監(jiān)測分析

從基坑安全施工的監(jiān)測角度分析，對圍護墻體進行測斜和位移、周邊環(huán)境的安全監(jiān)測，是基坑監(jiān)測工作的重點。本基坑經(jīng)過近16個月的監(jiān)測表明，在開挖階段極少數(shù)監(jiān)測點變形量超過了設計的報警值，但通過采取相應的變形控制措施后，基坑始終處于受控狀態(tài)，安全穩(wěn)定，對周邊環(huán)境未產(chǎn)生任何不良影響。

4.4.1 周邊管線監(jiān)測

污水管線累計最大變化量為－6.03 mm，電力管線累計最大變化量為－5.25 mm，燃氣管線累計最大變化量為－10.51 mm（M2測點），僅燃氣管線1個測點稍稍達到設計報警值10 mm。

4.4.2 圍護墻頂位移監(jiān)測

垂直位移累計沉降量在－33.16～1.80 mm，所有測點均未超設計報警值40 mm。水平位移累計沉降量在9～40 mm，所有測點均未超設計報警值40 mm。

4.4.3 支撐軸力監(jiān)測

A坑區(qū)域第1道支撐軸力值9 009 kN，超過設計報警值8 000 kN，第2道支撐軸力值8 860 kN，未超過設計報警值12 000 kN；B坑區(qū)域支撐軸力值3 719 kN，未超過設計報警值8 000 kN。

4.4.4 墻體測斜監(jiān)測

墻體位移點超過設計報警值40 mm，其中B坑區(qū)域位移量最大67.9 mm，底板澆筑后位移速率減小，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.4.5 地表垂直位移監(jiān)測

地表垂直位移累計下沉量在－13.13～－1.17 mm之間，所有測點均未超設計報警值30 mm。

5 結(jié)語

針對本工程基坑深-淺、開挖面積較大及采用組合式圍護體系的特點，通過合理組織安排，進行分區(qū)施工，優(yōu)化施工工藝，既保證了施工進度要求，又確保了圍護結(jié)構(gòu)的安全，對周邊環(huán)境未造成不良影響。對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析可知，本工程深基坑施工實施效果較為良好，達到了預期目標，可為今后類似工程提供借鑒。