顧偉文

(上海建工四建集團(tuán)有限公司,上海 201103)

隨著城市化進(jìn)程的加速,建筑物不斷向高層發(fā)展,深基坑施工也越來越常見。深基坑工程是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其施工具有技術(shù)難度大、安全隱患多等特點(diǎn)。而為了滿足大型工程的建設(shè)需求,往往會出現(xiàn)在一個區(qū)域內(nèi)同時或依次進(jìn)行多個深基坑工程,如地下商業(yè)街、地鐵站、高層建筑等工程。

這些工程通常由不同的建設(shè)單位、施工單位和設(shè)計單位共同參與,在施工過程中不僅僅需要考慮單個基坑常規(guī)的施工問題,更需要考慮多個基坑之間的相互影響、施工順序、施工協(xié)同以及施工安全等方面的問題。因此,如何保證深基坑工程群的安全、協(xié)同和高效成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。研究深基坑工程群施工技術(shù)對于提高施工效率、提高工程質(zhì)量、降低工程成本、保障施工安全、促進(jìn)城市建設(shè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

本文依托于實(shí)際工程,對大型深基坑工程群在設(shè)計及施工中所采取的施工技術(shù)措施進(jìn)行研究與分析。

1 項目概況

1.1 項目背景

九星城項目地處上海市閔行區(qū)七寶核心板塊,由九個地塊組成,占地面積16.07 hm2,總建筑面積100萬m2,地上6層,建筑面積52.83萬m2;地下3層,建筑面積47.17萬m2。九星城聚焦家居建材產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈,旨在打造國際國內(nèi)互聯(lián)互通的一站式家居建材貿(mào)易中心,成為中國乃至亞太地區(qū)國際級家居建材貿(mào)易重要基地[1-2]。

9個地塊共分為3個標(biāo)段,由北向南依次為一、二、三標(biāo)段(見圖1),建設(shè)單位為一家、施工總承包單位為三家,圍護(hù)設(shè)計單位為一家。

1.2 基坑概況

本工程大小基坑共計14個,基坑總面積約18.35萬 m2,開挖深度約10.05 m～14.1 m,局部深坑最大開挖深度約17.9 m。基坑安全等級為一級,環(huán)境保護(hù)等級為二級。

基坑周邊現(xiàn)狀主要為空地,其中東側(cè)距虹莘路約190 m,西側(cè)距環(huán)東一路約88 m,距S20外環(huán)高速約130 m。

場地內(nèi)大部分范圍布有古河道,古河道區(qū)域⑤2-1層與⑦層相連?；硬粷M足微承壓水的穩(wěn)定要求,⑦2層與⑤2-1,⑤2-2或⑤2-3層連通的局部區(qū)域存在承壓水突涌風(fēng)險。基底主要位于砂質(zhì)粉土③2層中[3-4]。

1.3 水文地質(zhì)概況

潛水:穩(wěn)定水位埋深在0.60 m～1.10 m之間,穩(wěn)定水位標(biāo)高在3.19 m～3.99 m之間。

微承壓水:⑤2-1,⑤2-2,⑤2-3層屬微承壓水含水層;實(shí)測⑤2-1層水位埋深為3.60 m左右。

承壓水:⑦1及⑦2層屬承壓水含水層;⑦1層承壓水水位埋深為4.65 m～4.74 m之間。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 基坑工程群基坑概況分析

2.1.1 基坑設(shè)計概況

基坑安全等級為一級,環(huán)境保護(hù)等級為三級。將基坑分區(qū)為12個(詳見圖1),1號—9號分坑面積約17 650 m2～22 000 m2,10號—12號分坑面積較小,各基坑開挖面積和分布詳見基坑分坑圖。分坑開挖順序為一階段四角4個分坑(1號、3號、7號、9號分坑)和中部5號坑同步開挖→二階段開挖四邊中部4個分坑(2號、4號、6號、8號分坑)同步開挖→三階段開挖10號、11號、12號分坑及連通道1,2。

本工程基坑周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8 m厚的地下墻,場地內(nèi)部圍護(hù)采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁+φ850 mm三軸攪拌樁,場地內(nèi)各分坑之間的中間臨時分隔墻采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁+外側(cè)φ850 mm三軸攪拌樁和內(nèi)側(cè)φ800 mm旋噴樁止水帷幕(相對于先開挖基坑),豎向設(shè)三道鋼筋混凝土水平支撐。其中11號分區(qū)和東蘭路下中間的兩個連通道開挖深度10.05 m,坑內(nèi)設(shè)兩道鋼筋混凝土支撐?；又苓叺叵聣ι疃燃由钪?6 m或42 m,分隔墻止水?dāng)嚢铇逗托龂姌渡疃瓤s短至坑底以下7 m。

設(shè)計的整體思路為利用小基坑(10號、11號、12號基坑及連通道1,2)隔開原大基坑,以確保一、二階段基坑開挖的相對獨(dú)立性,小基坑放在三階段開挖,不處于關(guān)鍵路線,不影響整體工期,以實(shí)現(xiàn)9個大基坑能夠在兩階段內(nèi)實(shí)施。

2.1.2 分析

綜合各方面因素考慮并結(jié)合基坑設(shè)計方案的分析,對圖紙的學(xué)習(xí)以及和設(shè)計師的溝通,總結(jié)出以下幾點(diǎn):

1)基坑工程群的施工需要分先后順序進(jìn)行,大面積開挖和泄土存在較大風(fēng)險,不適合上海地區(qū)的地質(zhì)情況。

2)同時開挖的基坑盡量保持2倍挖深范圍,這對周邊基坑的影響是處于較為可控范圍內(nèi)。倘若對角基坑相鄰較近,則會造成基坑角部的支撐受力比較復(fù)雜,受力分析比較困難。

3)盡管周邊環(huán)境較為簡單,理論設(shè)計上采用排樁作為圍護(hù)即可,但是涉及群坑施工,相互影響較大,外圍一圈圍護(hù)仍需提高,采用地下連續(xù)墻更為安全。

2.2 基坑工程群施工方案分析

2.2.1 棧橋布置方案對比

棧橋的布置體現(xiàn)不同的施工組織思路,影響棧橋布置的因素常見的有施工大門位置、土方開挖順序、基坑大小、交通組織等。

1)一標(biāo)段:“艸”型棧橋。該標(biāo)段的棧橋布置基本全部采用“艸”型(見圖2上三個地塊),該標(biāo)段外圍一圈均有施工便道,可實(shí)現(xiàn)道路環(huán)通,因此棧橋布置偏節(jié)約。分坑之間(東西向)未聯(lián)通,主要以南北向棧橋?qū)⒛媳钡牡缆仿?lián)通,可滿足現(xiàn)場施工及交通組織要求。

2)二標(biāo)段:多坑統(tǒng)籌考慮。該標(biāo)段棧橋布置比較富裕(見圖2中間三個地塊)。標(biāo)段周邊南側(cè)是沒有施工便道的,因此南北向棧橋均未到南面端頭。由于東西向棧橋僅北側(cè)道路,所以將基坑中間的棧橋?qū)崿F(xiàn)東西向貫通,以便于現(xiàn)場交通組織。在三階段基坑開挖時,北側(cè)的唯一施工便道會被四個小基坑斷開,因此在小基坑上布置棧橋,以彌補(bǔ)現(xiàn)場無法進(jìn)行交通組織的缺陷。

3)三標(biāo)段:“H”型棧橋。該標(biāo)段的棧橋布置基本全部采用“H”型(見圖2下三個地塊)。和二標(biāo)段相反,該標(biāo)段北側(cè)是沒有施工道路的,因此在棧橋布置時考慮將北側(cè)棧橋聯(lián)通,而且比較有利的是,該棧橋位于上部主樓結(jié)構(gòu)外,在上部結(jié)構(gòu)施工時可保留利用。基坑中布置較少的東西向棧橋,主要以南北流向進(jìn)行交通組織。值得注意的是,10號基坑經(jīng)過優(yōu)化后,采用蓋挖法,10號基坑支撐棧橋可節(jié)省(詳見后文2.2.4節(jié))。

在工程實(shí)際開展過程中,棧橋并非越多越好,布置較多的棧橋在土方開挖時,對挖機(jī)的操作空間限制還是比較多的,因此在考慮棧橋布置需要進(jìn)行多因素的考慮,要全面考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和適用性。

2.2.2 群坑施工順序及相互制約條件

1)一階段基坑開挖。開挖范圍:開挖1號、3號、5號、7號、9號共五個基坑。

相互關(guān)系:各基坑間挖土方案及時序相互獨(dú)立,互不影響。在1號、3號、5號、7號、9號分坑同步開挖中,需貫徹5號坑先挖一步,其余四個坑同時跟上的原則展開。

開挖前置條件:除常規(guī)單獨(dú)基坑開挖前置條件外,另外需要滿足外圍地墻(所有基坑的)全部施工完畢,該坑第一道圈梁延伸至隔壁基坑10 m以上,且施工完成。

2)二階段基坑開挖。開挖范圍:開挖2號、4號、6號、8號共四個基坑。

相互關(guān)系:4號、6號、8號基坑土方同時開挖高度要求相差不超過一道支撐。2號坑與4號、6號、8號坑、4號坑與6號坑挖土方案及時序互相獨(dú)立,互不影響。

開挖前置條件:除常規(guī)單獨(dú)基坑開挖前置條件外,另外需要滿足前一階段相鄰基坑頂板(地下2層頂板并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度)澆筑完成,且換撐牛腿完成并達(dá)到強(qiáng)度的80%。

3)三階段基坑開挖。開挖范圍:開挖10號、11號、12號及連通道1,2基坑。

相互關(guān)系:挖土方案及時序互相獨(dú)立,互不影響。

開挖前置條件:前一階段相鄰基坑頂板(地下2層頂板并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度)澆筑完成,且換撐牛腿完成并達(dá)到強(qiáng)度的80%。

2.2.3 圍護(hù)、降水施工技術(shù)點(diǎn)

本工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜,對圍護(hù)降水作業(yè)要求高。

1)根據(jù)地勘報告,場地內(nèi)雜填土局部厚度較大,局部地段有暗浜分布,地質(zhì)土層多為粉性及砂性土,且由于古河道影響,場地內(nèi)不同區(qū)域地質(zhì)條件差異較大,因此對雜填土較厚和暗浜部位進(jìn)行標(biāo)識,必要時進(jìn)行換填土。

2)施工前,做好試成孔,確定工藝參數(shù)后再開展大面施工。

3)降水作業(yè)中關(guān)注承壓水頭變化,提前做好古河道區(qū)域承壓水突涌應(yīng)對預(yù)案。

4)減壓井保證一定的有效過濾器深度,⑦層減壓井不進(jìn)入⑦2層,并做到“按需減壓”。

5)降水施工過程中,除了關(guān)注單個基坑的降壓需求,相鄰基坑的降壓也會互相影響。因此在實(shí)際施工過程中,如果采用同一家降水單位對群坑降水進(jìn)行優(yōu)化,會減少降水工程的造價。而本工程的降水方案為一家專業(yè)單位進(jìn)行實(shí)施,可從基坑工程群的全局安全進(jìn)行考慮和日常管控。

6)后施工的工程樁破壞的三軸止水帷幕的止水效果技術(shù)處理考慮:

標(biāo)段間,工程樁由后開挖基坑施工方施工,三軸攪拌樁由先開挖基坑施工方施工(見圖3)。故需要采取措施,先施工三軸攪拌樁,5 d內(nèi)移交工作面由后施工方施工工程樁,工程樁上部回填,再移交先施工方補(bǔ)兩個高壓旋噴樁進(jìn)行止水加固。

7)施工界面及施工先后順序影響圍護(hù)的完整性,尤其是轉(zhuǎn)角處施工,影響安全性,因此對界面的策劃(如圖4所示)、分工以及先后施工順序和時間間隔極其重要。

2.2.4 土方開挖技術(shù)措施

土方開挖根據(jù)“時空效應(yīng)”的原則,分層分塊盆式開挖,預(yù)留坑邊土體護(hù)坡,減少圍護(hù)體無支撐狀態(tài)的暴露時間,并對稱、平衡開挖形成支撐[5]。

基坑邊30 m左右為坑邊留土,其余中間為盆中土,盆中土首先開挖棧橋兩側(cè)的土方,隨后小挖機(jī)下基坑開挖棧橋底部土方,待盆中區(qū)域的支撐形成后再開挖盆邊留土,形成對撐。

專人指揮挖土,嚴(yán)禁超挖,基坑開挖時機(jī)械挖土寧淺勿深,并經(jīng)常復(fù)測坑底標(biāo)高。基底土層最后200 mm～300 mm采用人工扦土,確?；妆砻嫫秸|層厚度均勻。最后一層土方從分塊開挖到墊層澆筑完畢必須控制在24 h內(nèi),隨挖隨澆墊層,各分塊墊層面積應(yīng)控制在200 m2內(nèi)。

局部落深坑開挖工況:局部落深坑必須待周邊普挖區(qū)的墊層形成后,方可進(jìn)行落深坑的開挖。落深坑開挖完成后,要及時形成邊坡及坑底墊層,減少基坑底部暴露時間。

2.2.5 蓋挖法技術(shù)措施

1)方案概述。10號基坑采用蓋挖法施工基坑,在B1層頂板(即地下室頂板)蓋挖法施工時,同時拆除地下室頂板區(qū)域圍護(hù)排樁,將5號、7號、8號、9號基坑地下室頂板直接連通,利用消防車道下結(jié)構(gòu)頂板作為場內(nèi)施工道路,盤活地上結(jié)構(gòu)階段交通組織,減少后期拆除與再連通的施工難度。具體施工步驟:

a.第一步:開挖第一層土方至-7.600 m標(biāo)高,施工10號坑地下室頂板(水平向結(jié)構(gòu)),與相鄰坑頂板連接。

b.第二步:頂板強(qiáng)度達(dá)到80%后,施工格構(gòu)柱間剪刀撐,開挖土方至底板墊層底,再施工底板與相鄰坑底板連接。

c.第三步:按照順作法施工地下三層結(jié)構(gòu)與相鄰坑梁板連接,樓板達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%后拆除柱間支撐。

d.第四步:補(bǔ)全地下二層豎向結(jié)構(gòu)(與頂板相連)及運(yùn)輸口位置梁板等結(jié)構(gòu)。

2)通風(fēng)排氣。為保證10號基坑土方順利開挖,施工前應(yīng)查明地下有毒、有害氣體的分布情況,需要確保基坑的通風(fēng)。

10號基坑內(nèi)空氣量為66 604 m3,按照每日三次的換氣次數(shù),取漏風(fēng)系數(shù)為1.1,計算得到換氣量為9 158 m3/h,加通風(fēng)機(jī)的備用風(fēng)量得到最終通風(fēng)量為13 737 m3/h。因此采用CBF500軸流風(fēng)機(jī),其換氣量為5 700 m3/h,布置三臺在現(xiàn)場出土口位置。

3)混凝土澆筑措施?？蚣苤闹虚g利用鋼管預(yù)留混凝土澆搗孔,澆搗孔徑大小為100 mm,每個框架柱澆搗孔數(shù)量為4個,呈對角布置,鋼管標(biāo)高應(yīng)低于板標(biāo)高3 mm,保證鋼管不遭到銹蝕?，F(xiàn)場澆筑施工時通過預(yù)留鋼管澆搗孔澆筑混凝土。模板中部設(shè)置臨時澆搗口。

柱、墻水平施工縫留置距梁底下1.3 m。施工縫處預(yù)留10d長度的鋼筋以及半數(shù)鋼筋35d的錯接長度。鋼筋為套絲加工完成的鋼筋以便日后豎向結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械連接,施工完成后對鋼筋端部進(jìn)行成品保護(hù)措施以保證套絲部分的完整性。預(yù)留柱鋼筋彎錯部分與梁筋焊接固定,下部預(yù)留的10d長度柱筋通過與多肢箍焊接形成整體并通過箍筋與梁焊接對柱筋進(jìn)行定位,保證柱筋位移在規(guī)范合理范圍內(nèi)。

3 施工數(shù)據(jù)分析及措施

3.1 圍護(hù)測斜變形規(guī)律

圍護(hù)樁測斜數(shù)據(jù)能較直觀地表現(xiàn)基坑施工中變形規(guī)律,是施工過程中關(guān)注較多的監(jiān)測數(shù)據(jù)之一,也能夠從中總結(jié)一些變形規(guī)律。選取其中測點(diǎn)CX67,CX69,CX77,CX113進(jìn)行曲線繪制(詳見圖5—圖9)。

通過對變形曲線的分析,可得出以下結(jié)論:

1)二階段基坑開挖卸載時,圍護(hù)回彈速率較一階段的圍護(hù)變形速率要快,和圍護(hù)往相反方向變形有關(guān),可以與鋼筋的疲勞變形類比,在施工過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

2)二階段基坑開挖時,圍護(hù)變形略有起伏,整體向二階段基坑內(nèi)變形,一方面與三層土開挖的周期較長有關(guān),另一方面是二階段基坑變形的一個規(guī)律。

3)從圖8,圖9中可以體現(xiàn),二階段基坑在二層土方開挖的過程中,圍護(hù)的變形較為不穩(wěn)定,尤其是首道支撐處,會給基坑帶來一定的風(fēng)險。

4)從圖8,圖9中可以體現(xiàn),二階段基坑在四層土方開挖過程中,圍護(hù)的變形朝向一階段基坑,與二階段基坑底卸載有關(guān)。

3.2 圍護(hù)變形注意點(diǎn)

從上述變形規(guī)律的最后一點(diǎn)中,二階段基坑在最后一皮土方開挖過程中向一階段基坑變形,以8號坑為例,四階段土方開挖時,圍護(hù)在四層土方開挖時向7號、9號基坑變形,8號基坑支撐的軸力就會變小,有脫落的風(fēng)險。實(shí)際基坑變形數(shù)據(jù)反映,該階段的支撐軸力的確變小;從現(xiàn)場實(shí)際的基坑情況,圍檁和排樁之間出現(xiàn)了縫隙(詳見圖10,圖11),存在一定的安全隱患[6-9]。

4 結(jié)語

通過工程案例的淺要分析,總結(jié)出了大型深基坑工程群施工技術(shù)控制點(diǎn)以及注意事項,包括基坑設(shè)計分析、棧橋方案對比、圍護(hù)降水施工技術(shù)點(diǎn)、土方開挖技術(shù)點(diǎn)以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析總結(jié)等關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。同時,還總結(jié)提出了一些實(shí)用的施工技術(shù)和經(jīng)驗,如合理安排施工順序、采用合適的開挖方法和支護(hù)方式等。這些技術(shù)和經(jīng)驗對于提高大型深基坑工程群的施工質(zhì)量和安全具有重要意義,對后續(xù)類似工程的施工提供一些借鑒,主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):

1)充分理解設(shè)計意圖,全方位分析基坑設(shè)計,可以更好地把握基坑工程群施工過程中的把控要點(diǎn),更好地提高工程的穩(wěn)定性和耐久性。如設(shè)計時較難計算的轉(zhuǎn)角部位,評審專家要求提高的地墻設(shè)計等,需要在施工過程中投入更多精力管控。

2)通過合理的施工順序和施工協(xié)同,可以最大限度地減少重復(fù)勞動和浪費(fèi),降低工程成本。棧橋的不同布置方式需要根據(jù)工程特點(diǎn)進(jìn)行決定,方案的選擇尤其重要;逆作法和順作法的合理利用、相互結(jié)合,會對工程群的施工起到出乎意料的支撐效果。

3)保障施工安全深基坑工程施工過程中存在多種安全隱患,如土方坍塌、地下水涌入等。工程群的施工尤其需要關(guān)注圍護(hù)、降水施工對相鄰基坑的影響,交叉節(jié)點(diǎn)部位的止水效果以及圍護(hù)樁的施工先后順序均是基坑安全控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

4)基坑圍護(hù)變形作為傳統(tǒng)的監(jiān)測手段,在基坑工程群的施工過程中更應(yīng)該加強(qiáng)運(yùn)用,關(guān)注前后階段共用圍護(hù)的變形特點(diǎn),是基坑工程群施工中的一個容易忽視的點(diǎn),需要更加關(guān)注,例如二階段基坑圍護(hù)朝向基坑外的變形趨勢。

促進(jìn)城市建設(shè)可持續(xù)發(fā)展隨著城市化進(jìn)程的加速,城市地下空間資源越來越寶貴。深基坑工程群施工技術(shù)的應(yīng)用可以最大限度地減少對城市環(huán)境的影響,促進(jìn)城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。