復(fù)旦大學(xué) 上海 200433

1 工程概況

1.1 工程建設(shè)概況

復(fù)旦大學(xué)楓林路校區(qū)新建1#科研樓位于上海市徐匯區(qū)，是一幢地下2 層、地上5 層單體建筑。地下建筑面積12 490 m2，地上建筑面積8 538 m2，總建筑面積21 028 m2，建筑物高度24 m?；A(chǔ)底板厚600 mm，工程樁采用φ600 mm鉆孔灌注樁?；娱_挖面積6 100 m2，東西長(zhǎng)約150 m，南北寬約42 m，周長(zhǎng)約380 m，開挖最深深度11.75 m。本工程基坑安全和環(huán)境保護(hù)等級(jí)均為二級(jí)。

1.2 周邊環(huán)境概況

本基坑工程周邊環(huán)境極其復(fù)雜，緊鄰歷史保護(hù)建筑、老建筑、各種管線、軌道交通等。

1）周邊建筑物：東側(cè)與中山醫(yī)院綜合樓（地下1 層、地上22 層）相距15.9 m；南側(cè)的東1#樓為上海市歷史保護(hù)建筑，距基坑23 m；西側(cè)的治道樓距基坑最小距離為6 m；北側(cè)為建造于1936年的3 層磚混結(jié)構(gòu)，與基坑最近距離11.2 m。

2）管線：在基坑西側(cè)與南側(cè)有大量消防、燃?xì)?、電力、通信等管線，均在開挖深度2 倍范圍內(nèi)。其中，西側(cè)的各種管線共有6 種，距離基坑3.4～6.7 m，南側(cè)的各種管線共有8 種，距離基坑5.7～21.8 m。

3）緊鄰地鐵：西側(cè)外墻邊線距軌道交通7號(hào)線肇家浜路站外邊線約38.5 m，在地鐵運(yùn)營(yíng)線50 m內(nèi)，需要保護(hù)。

1.3 地質(zhì)條件概況

本工程區(qū)域內(nèi)雜填土普遍較厚，為1.00～3.50 m，平均1.76 m，且夾雜碎石，上部主要由碎石、磚塊、水泥塊及瓦片等建筑垃圾夾少量黏性土組成，土質(zhì)差。受古河道切割影響，場(chǎng)地中缺失第⑥層暗綠色粉質(zhì)黏土。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

原圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為外側(cè)三軸攪拌樁止水帷幕+內(nèi)側(cè)鉆孔灌注樁。針對(duì)以上復(fù)雜的周邊環(huán)境及地質(zhì)條件概況，為控制因基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生對(duì)周邊管線、軌道交通和建筑物的不利影響[1,2]，本工程對(duì)基坑圍護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體措施如下。

2.1 加強(qiáng)重點(diǎn)保護(hù)部位基坑圍護(hù)——設(shè)置地下連續(xù)墻

基坑?xùn)|側(cè)、北側(cè)圍護(hù)采用厚800 mm地下連續(xù)墻，南側(cè)歷史保護(hù)建筑和西側(cè)軌道交通重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域采用厚1 000 mm的地下連續(xù)墻，增加圍護(hù)剛度，在棧橋處地下連續(xù)墻墻底注漿加固。地下連續(xù)墻槽段情況較復(fù)雜，槽段分幅寬度一般為6 m，局部敏感區(qū)域分幅寬度適當(dāng)調(diào)整 ，共67 幅，以減少基坑變形對(duì)周邊環(huán)境帶來(lái)的影響。在地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)采用φ650 mm@450 mm三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，采用套接一孔法，水泥摻量20%，加固深度16.5 m。

2.2 基坑內(nèi)土體加固

為減少基坑開挖過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響，對(duì)基坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行加固，以增強(qiáng)被動(dòng)區(qū)側(cè)向抵抗力，減少基坑變形。西側(cè)位于軌道交通運(yùn)行保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)加固寬度9.85 m，加固深度-1.35～-16.75 m，即第1道支撐底至坑底以下5 m區(qū)域滿堂布置，水泥摻量25%，其他區(qū)域加固寬度4.42 m，加固深度從自然土至坑底以下5 m，呈格柵布置，中板以下水泥摻量20%，中板至自然土區(qū)域水泥摻量8%，局部坑中坑加固底板以下水泥摻量20%。

2.3 增設(shè)施工棧橋

在基坑內(nèi)設(shè)置施工棧橋，施工棧橋厚250 mm，南側(cè)道路加罩鋼筋混凝土路面，所有重型施工車輛均行走在棧橋上，避免重型車輛反復(fù)振動(dòng)碾壓造成基坑南側(cè)歷史保護(hù)建筑沉降和地下管線破壞。

2.4 水平支撐體系

采用2 道水平混凝土支撐，支撐結(jié)構(gòu)情況如表1所示，支撐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景見圖1，支撐端部設(shè)琵琶撐和斜撐。

表1 支撐結(jié)構(gòu)情況

2.5 豎向支撐體系

立柱樁采用φ800 mm鉆孔灌注樁，共82 根，其中部分利用工程樁，支撐立柱采用鋼格構(gòu)柱，立柱樁及鋼格構(gòu)立柱情況如表2所示，鋼格構(gòu)柱插入立柱樁內(nèi)，穿越底板范圍內(nèi)設(shè)止水鋼板。在棧橋下的鋼格構(gòu)立柱與混凝土支撐節(jié)點(diǎn)處設(shè)厚10 mm鋼托板，鋼托板下設(shè)3 塊加強(qiáng)肋，并用槽鋼設(shè)水平和斜撐作加固（圖2）。

圖1 混凝土支撐

圖2 棧橋下鋼格構(gòu)柱

表2 豎向支撐體系

3 主要施工技術(shù)

3.1 三軸攪拌樁槽壁加固

為了有效防止槽壁坍塌，在地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)采用三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固[3-6]。

1）方法：相鄰攪拌樁采用套接一孔法施工，搭接時(shí)間不超過(guò)24 h，樁間搭接250 mm。

2）技術(shù)參數(shù)：水泥摻量20%，水灰比1.5～2.0，攪拌下沉速度0.5～1 m/min，提升速度1～2 m/min，靠近西側(cè)施工時(shí)要適當(dāng)放慢速度。樁體28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.8 MPa，地鐵保護(hù)區(qū)≥1.0 MPa。

3）下鉆及提升過(guò)程中，保護(hù)螺桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，嚴(yán)格控制下沉、提升速度，為保證樁身強(qiáng)度和均勻性，嚴(yán)格控制水灰比，水泥漿液不得離析。

4）試件取樣每個(gè)臺(tái)班2 根，每根不少于2 點(diǎn)，在坑底以上1 m和最軟土層處分別取樣，28 d后鉆孔取芯，數(shù)量不少于0.5%且不少于3 根，每根樁取5 個(gè)點(diǎn)，鉆芯后孔隙要注漿填充。

5）三軸攪拌樁樁位布置偏差≤50 mm，樁身垂直度偏差≤1/300。

3.2 鋼格構(gòu)立柱施工

鋼格構(gòu)立柱施工質(zhì)量關(guān)系到豎向支撐體系立柱抗彎性能和豎向強(qiáng)度。

3.2.1 格構(gòu)柱制作

1）格構(gòu)柱對(duì)接焊接時(shí)接頭錯(cuò)開，同一截面角鋼接頭不超50%，相鄰錯(cuò)開位置≥500 mm。

2）柱身保證垂直度，柱身彎曲≤1/250，焊縫高≥10 mm，全部采用滿焊。

3）格構(gòu)柱在距底板底和頂250 mm位置處設(shè)置2 道止水鋼板，寬100 mm（在施工底板鋼筋時(shí)安裝）。

3.2.2 吊裝

1）吊裝前先進(jìn)行確定4 個(gè)定位點(diǎn)，定位偏差≤10 mm。

2）采用1 臺(tái)500 kN吊機(jī)進(jìn)行吊裝，吊點(diǎn)位于格構(gòu)柱上部，將吊起的格構(gòu)柱慢慢放入鋼筋籠內(nèi)，進(jìn)入鋼筋籠不小于3 m（不包括錨入底板鋼筋的長(zhǎng)度45d）。

3）在格構(gòu)柱四邊的鋼筋籠主筋上各焊1 根水平鋼筋，距格構(gòu)柱20～30 mm，使格構(gòu)柱位于鋼筋籠中間，保證四邊與鋼筋籠間距一致。

4）格構(gòu)柱4 個(gè)面分別采用2 根長(zhǎng)1 000 mm的φ16 mm鋼筋斜向與鋼筋籠主筋雙面焊接，焊縫長(zhǎng)度≥5d（圖3）。

圖3 格構(gòu)柱與鋼筋籠固定

5）在格構(gòu)柱上標(biāo)出柱頂標(biāo)高標(biāo)記，當(dāng)下放到位時(shí)，用160 mm×60 mm角鋼固定在事先安裝好的校正架上，標(biāo)高控制在±20 mm。

3.3 基坑降水

1）本工程降水采用真空疏干深井進(jìn)行基坑降水，可以充分疏干土中的自由水，提高坑內(nèi)土體強(qiáng)度，減少坑底隆起和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量。疏干井?dāng)?shù)量一般按每180～220 m2設(shè)置1 口，本工程根據(jù)疏干面積，配備25 口疏干井，另設(shè)3 口觀測(cè)井，這3 口觀測(cè)井也作備用井。

2）降水井結(jié)構(gòu)：孔徑650 mm，孔深比管底深1 m左右。井管采用φ273 mm焊接鋼管，長(zhǎng)16 m，井深低于底板5 m左右，井管頂部比自然地面高300～500 mm。外包尼龍網(wǎng)，從井底向上至地面以下2 m范圍內(nèi)井管周圍填粗礫濾料，排除積水，然后用不含砂的黏土填至地面并壓實(shí)封口，以防漏氣。

3）疏干降水井在基坑開挖前至少20 d開始，水位降至坑底開挖面以下1 m。

4）每3～4 口井配1 臺(tái)真空泵抽氣，在疏干井管內(nèi)形成真空，加快土體中自由水流向井管，每口井用1 臺(tái)潛水泵抽水。

3.4 土方開挖

為了保護(hù)軌交車站運(yùn)行區(qū)間和歷史保護(hù)建筑、管線等，針對(duì)本基坑特點(diǎn)，主要采取分區(qū)、分塊、分層的方法進(jìn)行本工程挖土施工控制。

1）施工段、層總體劃分：由東往西依次分3 個(gè)工區(qū)，分別為一工區(qū)，二工區(qū)，三工區(qū)，再按支撐高度劃分為3 層，共計(jì)9 個(gè)施工段。依次進(jìn)行流水開挖和混凝土支撐及底板的澆筑施工。

2）時(shí)間控制：為確保將基坑對(duì)周邊歷史保護(hù)建筑、軌交車站及區(qū)間的影響減小到最低，基坑開挖時(shí)充分利用時(shí)空效應(yīng)原理分為若干個(gè)單元小塊開挖。一工區(qū)分4 小塊，二工區(qū)分4 小塊，三工區(qū)分3 小塊，嚴(yán)格規(guī)定每個(gè)單元小塊的挖土?xí)r間和支撐時(shí)間，以減少圍護(hù)變形。

3）根據(jù)支撐體系的布置和大基坑的特點(diǎn)，整個(gè)基坑采用分倉(cāng)抽條開挖的方式，嚴(yán)格遵循“分層分塊、對(duì)稱均衡、留土護(hù)壁、嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行挖土。

4）配備充足結(jié)構(gòu)隊(duì)伍進(jìn)行混凝土支撐的施工，做到每塊土方的開挖和支撐施工在設(shè)計(jì)規(guī)定的時(shí)限內(nèi)完成，減少基坑暴露時(shí)間，以控制圍護(hù)變形?；炷林尾捎渺o力切割拆除，以減少對(duì)周圍建筑物及地下管線的影響。

5）第1層土開挖從東側(cè)19軸中間向西開挖，從自然土至第1道支撐面，挖土深度650 mm，并抽條開挖至第1道支撐底下200 mm處。

6）第2層土開挖工序如下：

（1）待第1道支撐強(qiáng)度達(dá)到100%，土體加固達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度，降水到開挖面以下1 m后，開始第2層土體開挖。

（2）配備長(zhǎng)臂挖機(jī)2 臺(tái)，EX-200挖機(jī)2 臺(tái)，EX-60小挖機(jī)2 臺(tái)。

（3）從第1道支撐面挖到第2道支撐面，挖土深度6 m（分3 小層開挖），每層2 m。

（4）挖土流程：根據(jù)劃分后3 個(gè)工區(qū)，先從一工區(qū)（東）開挖，開挖完成后緊跟做第1道混凝土支撐，再開挖二工區(qū)（中），做混凝土支撐，最后挖三工區(qū)（西），做混凝土支撐。

7）第3層土開挖工序如下：

（1）待第2道混凝土支撐強(qiáng)度達(dá)到100%，基坑降水至開挖面1 m以下后，開始第3層土體開挖。

（2）配備長(zhǎng)臂挖機(jī)2 臺(tái)，EX-200挖機(jī)2 臺(tái)，EX-60小挖機(jī)2 臺(tái)。

（3）從第2道支撐面開挖到離坑底200 mm，其中深坑區(qū)開挖深度5.15 m（分3 小層），淺坑區(qū)開挖深度3.60 m（分2 小層）。

（4）挖土流程：同第2層土，每塊開挖完后立即做墊層、底板。

4 實(shí)施效果

目前，復(fù)旦大學(xué)楓林路校區(qū)新建1#科研樓工程地下主體結(jié)構(gòu)施工已完成。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映，設(shè)置在軌道交通7號(hào)線肇嘉浜路站通風(fēng)井口的6 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直位移（上抬或下沉））累計(jì)最小值0.4 mm、最大值1.4 mm，未達(dá)報(bào)警值，保證了軌道交通的正常運(yùn)行，軌道交通通行不受影響； 周邊各種管線沒有出現(xiàn)較大的明顯沉降和差異沉降；周邊建筑物垂直位移沒有出現(xiàn)較大的沉降速率或較大比率的不均勻沉降，較好地保護(hù)了歷史保護(hù)建筑。因此，本工程實(shí)施效果良好，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，可供類似復(fù)雜環(huán)境條件下基坑圍護(hù)工程借鑒。