复杂城市土工环境约束下的深基坑施工技术

复杂城市土工环境约束下的深基坑施工技术

陈杰

上海建工四建集团有限公司 上海市 200065

摘要：围绕着中国银联业务运营中心项目基坑工程，从围护结构施工、土方开挖、支撑施工、周边环境监测等方面介绍该项目在复杂城市土工环境约束下的针对性施工工艺及措施。[1]项目在控制阶段工期、缓解场地限制、减少环境影响等方面均取得较好的效果，可为类似工程项目提供一定的借鉴。

关键词：基坑施工、工期控制、场地限制、环境影响

引言

在城市深基坑开挖过程中，因周边环境因素复杂，保护要求高，必须因地制宜采取针对性措施。采取适当的施工技术不仅可以减少对周围环境的影响，降低工程风险，还有助于缩短工期，提升经济效益。中国银联业务运营中心工程，基坑开挖深度与体量大，紧邻城市道路，在建工地与重要管线密布，施工环境较为复杂。本文通过分析中国银联业务运营中心基坑工程的建造工艺，归纳总结复杂城市土工环境约束下的深基坑施工技术。

1.工程概述

中国银联业务运营中心位于世博会地区A片区A13A-02地块，占地面积18,218.40平方米。工程为塔楼加裙房的单栋建筑，主塔楼33层，高度150米，裙房5层，高度24米，地上建筑面积为90380平方米，三层地下室。

工程基坑开挖面积约14872平方米，周边507延长米,大面积基坑开挖深度16.80m。基坑安全等级为一级，周边环境保护等级为二级，规划国展路一侧为三级。

图1 周边环境平面布置图

2.工程难点

2.1围护施工阶段不良障碍物影响

根据桩基施工情况及资料所示，场地原有部分四层及五层的房屋基础存在，场地表层的杂填土层内混夹多量碎石、砖块及混凝土块等建筑垃圾,在桩基施工时仅清理了部分影响工程桩打设的不良地下障碍物，在围护施工阶段仍将遇到该问题。

2.2土方开挖阶段进出交通受阻

工程东侧规划国展路施工与土方工程施工时间重叠，道路修筑期间对工程现场的进出交通造成较大的影响。由于工程北侧的世博大道为景观道路，西侧南侧均为在建工地，仅该侧可供开设施工大门。若在大面积土方开挖前该侧道路尚无法供工程施工使用，大门不能正常开设，则对土方开挖工期会产生极大的影响。

2.3基坑撑满红线，交通组织、平面布置困难

北侧坑边为搭建好的临设，东侧坑边距围墙约4m，南侧坑边距围墙约2m，西侧坑边距围墙约2.5m，基坑几乎撑满用地范围。

围护设计在第一道支撑上布置了“两纵三横”的栈桥，在土方开挖支撑施工、基础底板、地下三层、二层施工时尚可借助栈桥来进行场内交通组织和材料堆场加工场布置，但在整个基坑开始拆除第一道支撑，无栈桥可利用时，场地狭小这一情形就会变的更为不利，尤其工程地下阶段还有部分钢结构场地问题也会对钢构件运输及布置、吊装等带来极大的影响，因此如何组织好现场各阶段交通并做好平面布置的动态规划也是工程实施过程中的一大难点。

2.4周边在建工地、重要管线保护要求高

工程场地北侧为交通主干道世博大道，道路下方分布的管线距离基坑由远及近分布为煤气、弱电、雨水、上水、雨水、污水、电力等市政管线。场地南侧为在建中电科信息科技大厦项目，工程坑边距离该项目结构边最近距离为18.3m，两者基坑间最近距离仅为7.4m。场地西侧为在建浦发银行项目，工程坑边距离该项目结构边最近距离为9.5m，两者基坑间最近距离为7.4m。如何在深基坑施工过程中控制好变形，减少对周边环境安全影响至关重要。

3.围护结构施工

3.1合理布置施工工序

根据总用电量，妥善安排围护施工工序。考虑现场的用电量及场地实际情况，将围护施工的各工序调整为：新增立柱桩、槽壁加固施工→地下连续墙施工→坑边墩式三轴桩加固施工→地墙幅间止水旋喷桩施工→坑内加固旋喷桩→地墙与暗墩加固间旋喷桩施工。如此安排考虑了不同工艺间的适当搭接施工，对于场地协调及高峰时期的用电量控制都较为有利，同时也压缩了工期。基坑施工阶段总体流程图如图二所示。

图2 基坑阶段总体施工流程图

与此同时，协调规划国展路的修筑工期与分段，满足围护及土方施工需求，确保工期达成。对于东侧的规划国展路，配合建设方提早与相关修筑单位协调，掌握修筑工期与修筑分段。考虑到围护施工阶段可能与道路修筑同时进行，建议道路分段修筑，满足施工大门开设需求及围护施工阶段的车辆进出交通组织要求。通过估算围护施工约耗时3个月，较为理想的状态为土方开挖前规划国展路修筑完成，可满足后期大规模土方开挖时的进出车辆需求，进一步满足土方开挖的工期要求。[2]

3.2三轴搅拌桩加固

槽壁加固为f850@600三轴水泥土搅拌桩，套接一孔施工，标高-0.600～-21.400m时水泥掺量20%。坑内墩边加固为f850@600三轴水泥土搅拌桩。考虑到场地问题，首先布置1台三轴搅拌桩机和2套地下连续墙施工设备进行槽壁加固施工，槽壁加固完成后，三轴机开始进行坑边墩式三轴桩加固。

图3 三轴搅拌桩施工工艺流程图

3.3地下连续墙施工

地下连续墙厚度为1000mm，墙长37.8m，局部区域设置槽壁加固，采用f850@600三轴水泥土搅拌桩，外侧套接一孔施工；内侧搭接250施工。地下连续墙墙缝间设置3f1000@700高压旋喷桩接缝止水。

地下连续墙两墙合一，地下连续墙在底板处均设置钢筋接驳器，在扶壁柱、结构柱、围檩及边梁位置需设置预埋钢筋。两墙合一地下连续墙混凝土强度等级为C35(水下)，抗渗等级P8。结合工程场地狭小和围护施工具体情况，安排1台三轴机及2台成槽机进行槽壁加固，导墙及地墙施工每台成槽机配备1台200t主吊和1台100t副吊协助配合钢筋笼的吊装。

3.4新增立柱桩施工

立柱桩采用f750钻孔灌注桩，顶部扩径至f850。部分利用f650(600/800)工程桩，顶部扩径至f850。安排布置6套钻孔灌注桩设备开始围护新增立柱桩和塔吊基础立柱桩的施工。

3.5高压旋喷桩施工

旋喷桩坑外墙缝止水采用3f1000@700，成桩直径f1000，搭接300，采用三管法施工；坑内加固，双管法施工，旋喷桩采用f800@600，成桩直径f800，搭接200。喷浆水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量25%，水灰比1.0，28天无侧限抗压强度不低于1.0MPa。

地墙完成后开始进行地墙接缝间旋喷桩施工及坑内旋喷桩施工、地墙与坑内加固间旋喷桩施工。

图4 高压旋喷桩工艺流程图

进行地墙原位测试成槽施工，并根据现场实际施工情况对施工技术参数进行调整。围护旋喷桩等施工时尤其注意控制好喷浆压力、空气压力综合作用在土体上产生的附加应力，此外还需考虑注浆使得桩体发生体积扩张导致土体挤压侧移产生的影响，上述都可以通过成桩试验的方式精细确定施工参数，有利于保护正式施工阶段的周边环境安全。[3]

3.6基坑降水

3.6.1疏干井布置

按200m2布一口井来计算；采用多级滤水管加真空的措施，确保每口井的出水量。基坑预降水共布置79口真空疏干井。真空深井孔径为650mm，井管过滤器为圆孔过滤器，外包40目滤网，管外回填滤料。

3.6.2减压井布置

对基坑底板开展稳定性验算，根据水文参数，通过Visual modflow模拟计算，基坑内布置23口降压井。降压深井孔径为600mm，井管过滤器为圆孔过滤器，外包40目滤网，管外回填滤料。为减小降压降水对周边环境产生影响，在道路一侧布置7口观测回灌井。

3.6.3基坑降水数值模拟预测

通过数值模拟预测，基坑降水20天后水位达到稳定，基坑各部承压水头下降到安全水头高度，完全实现预期降水目标，保证工期的顺利进行。图5为该工况的水位稳定后水头降深图。

图5 水位稳定下水头降深图

3.6.4基坑降水地面沉降控制

对基坑开挖到底部的工况进行沉降计算，计算结果如图6所示。

图6 基坑开挖完毕沉降等值线图

从图5、图6可得出，该基坑降水方案对周边环境影响较小，施工安全可控。可先进行群井抽水试验，随后根据坑外观测井水位下降情况判断地墙封闭性，如围护存在渗漏，进行围护墙聚氨酯发泡引孔注浆封闭。[4]根据抽水试验确定最终基坑降水井布置并关注模拟降深后周边沉降变化，在实际降水过程中加强水位观测，注意巡视围护体渗漏点，及时封堵。

4.土方开挖与支撑施工

4.1土方开挖整体原则

土方开挖按照分层、分段、分块、对称、平衡、限时的方法确定开挖顺序。多方面着手控制基坑变形，最大程度减少对周边影响，为地下室节点达成提供保障。通过做好日出土量的保障、根据时空效应安排土方开挖分区分块、落实信息化管理、制定应急预案准备应急物资、安全文明施工等多方面出发，减少基坑阶段施工时的周边环境变形，确保本阶段的工期，必要时适当加大挖土期间的机械配置及劳动力投入，加快现场实施工效。

4.2土方分块开挖方案

4.3混凝土支撑（栈桥）施工及拆除

4.3.1混凝土支撑施工

采用三道钢筋混凝土支撑，第一道支撑中心标高为-2.300m，第二（三）道支撑中心标高为-8.300m（-13.600m）。采用角钢格构柱，支撑立柱采用4L160×14，截面尺寸480×480mm；栈桥立柱采用4L180×16，截面尺寸480×480mm。

4.3.2混凝土支撑调整与拆除

场地自然地坪为-0.600m，栈桥板面-1.600m，两者有1m的高差，由于东侧坑边与围墙间仅4m，不具备坑外设过渡坡的场地，因此栈桥与两个出入口相连的端部梁调整为变截面斜梁，与场外自然地坪接平。

考虑栈桥拆除后的场地过渡，地下室顶板分块形成。结合上部单体的平面布局考虑，保留东侧部分栈桥后拆除，该区域无上部单体存在，该区域的栈桥将作为先施工区域的交通组织场地使用，在先施工区域出±0.000后，再拆除保留的栈桥，补缺该部分的地下一层结构。

5.对市政管线、重要建构筑物的检测、保护及加固措施

基坑施工前，对建设方提供的管线资料、地质详勘资料、物探报告等认真分析研究，并根据需要组织补充管线和障碍物的调查、补充地质勘查，彻底摸清地下不明管线、障碍物的真实情况，并请市政、管线权属单位对管线具体数量、埋深详细交底，制定周密的保护措施。

施工期间对周边较近的地下管线及构筑物进行监测点的布置，监控其位移、沉降情况，要求第三方监测单位也加强对上述部位的监测布点及加密重要时期（如挖土、拆撑）的监测频率。对受影响较大的管线可进行打隔离桩或跟踪注浆保护。对埋深较浅的管线上部标记好警示牌，并在管线上部铺设钢盖板。

6.结语

本文结合中国银联业务运营中心基坑工程项目，介绍了在复杂城市土工环境约束下开挖深基坑的有利经验，分析得出以下结论：

（1）合理布置围护施工工序，能够压缩施工工期；

（2）通过开展成桩试验、基坑降水模拟与群井抽水试验、加强对重要管线、构筑物的监测等措施，能够减少基坑施工的周边环境变形，确保工程安全；

（3）合理安排地下分块施工，提前摸清周边不利施工环境，能够缓解施工场地局促。

参考文献

[1] 陈桢.某地下连接疏散通道坑高压架空线影响下的工程施工技术[J].建筑科技,2022,6(03):127-130.

[2] 沙叶鹏.复杂施工环境下基坑开挖的统筹策划案例分析[J].建筑科技,2018,2(06):24-26+34.

[3] 沈培庆.钻孔灌注桩+高压旋喷桩止水体系在深基坑施工中的应用[J].建筑施工,2015,37(03):307-308+312.

[4] 徐一博.城市核心区深大基坑的降水及回灌[J].建筑施工,2022,44(01):12-14.DOI:10.14144/j.cnki.jzsg.2022.01.005.

[5] 罗玲丽,卢存鑫,陈阿苗等.超大型深基坑施工采取分区、分块综合施工技术[J].上海建设科技,2015,No.211(05):39-41+46.