第1期                    李操，等. 软土地区共同沟预制地墙试验研究1

第1期                    李操，等. 软土地区共同沟预制地墙试验研究1

复杂环境下基坑围护施工工艺研究

吕毅俊

(上海市机械施工集团有限公司，上海 200072)

摘  要：上海市区内河道纵横，临江临海的建设将与日俱增。而在城市中心密集区，因为桩基、围护施工本身的特点，施工中便随着噪声、振动、挤土，会对场地周边的建筑物以及环境造成不良影响。北外滩贯通及综合改造提升工程一期项目位于上海市虹口区外滩地区，北至黄浦路、东至虹口港、南至黄浦江、西至武昌路，两面临水，原建筑基础及老防汛墙地下障碍物情况极其复杂，同时周边存在多栋高层建筑、保护性建筑及新建防汛墙，对桩基、围护的施工提出了极其高的要求。针对不同区域的清障工艺、复杂环境的围护工艺、特殊需求的工程桩工艺等进行了专项研究，提出相对应的研究解决方案，为今后同类型或同工况的建筑工程提供有针对性的数据参考及技术支撑。

关键词：历史保护建筑；深基坑；保护方案；监测

1  工程概况

北外滩贯通和综合改造提升工程一期项目位于虹口区北外滩。基地东西向长度约260m，南北向长度约60m，大体成东西向狭长分布的长方形。东侧为虹口港，南侧为扬子江路、黄浦江驳岸及黄浦江，西侧为武昌路，北侧为黄浦路。场地原有港务办公楼、1~5号库以及部队家属楼七幢楼。基坑面积13998㎡，基坑西侧1号基坑和东侧3号基坑采用顺作法施工，中间2号基坑采用逆作法施工。基坑最大开挖深度约为18.6m。围护采用1m/1.2m厚地下连续墙+TRD工法/CSM工法桩止水帷幕+MJS工法桩+咬合桩+坑内三轴水泥土搅拌桩的形式。其中，基坑西、北侧采用TRD工法止水，基坑东北角、南侧部分段采用CSM工法桩止水，南侧部分段采用MJS工法桩，东侧采用咬合桩。1号基坑设置4道水平支撑（一道混凝土支撑+三道钢支撑），西侧与红楼灰楼之间设置复合型隔离桩，采用MJS高压旋喷桩套打直径为800的钻孔灌注桩，3号基坑采用3道水平混凝土支撑，顺作区与逆作区之间的隔断采用1m厚的地下连续墙。顺作区坑内加固采用RJP工法施工，2号基坑坑内加固采用RJP工法结合高压旋喷桩施工，3号基坑坑内加固采用高压旋喷桩施工。

图1工程地理位置

图2 围护工程概况

2工程特点与难点

2.1  地下障碍物众多

项目南侧原址为扬子江码头，江摊面抛石、栓石等障碍物众多，场地内上部结构房屋及旧防汛墙拆除后，基础最深达15米及其他不明障碍物对地下逆作土方开挖影响大。

2.2  浅层地质情况较差

根据勘察报告内容，自路面至95.0m 深度范围内所揭露的土层，主要由软弱黏性土、粉土和砂土组成，具有成层分布的特点。本场地处于古河道切割区，缺失第⑥层硬土层，切割槽内沉积⑤3 层黏性土（局部分布⑤4 层次生硬土）。根据现场对土的鉴别、原位测试成果综合分析，场地内的土层可分为 7 层，其中①、⑤、⑧及⑨层又可分若干亚层。

场地地貌类型属于滨海平原类型，拟建场地填土厚度较大，对开挖及桩基施工会带来一定的影响。基坑开挖至-15.00m，至②3层灰色砂质粉土层，该层土质较差。

资料显示场地内遍布13层灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土，俗称江滩土，土质松散，厚度约 6.8～12.1 m。在江滩土中施工围护体，易发生孔（槽）壁坍塌的情况，影响成桩（墙）的质量。

潜水在地面下0.4~1.5m （+1.78~+3.52），承压水含水层位于⑦层，埋深在48m~52m。

2.3  周边情况复杂

基坑周边环境条件较为复杂。基坑西侧紧邻两栋历史保护建筑红楼和灰楼，距离基坑开挖边线不到8m。东侧及南侧紧邻现状防汛墙，防汛墙距离基坑开挖边线较近，且基坑四周道路下埋设有大量的市政管线。

3复杂环境下基坑围护施工技术研究

3.1  临近基坑历史建筑保护，土质条件差的情况下基坑四周环境保护研究

工程西侧的红楼灰楼为上海市历史保护建筑，为将基坑施工对红楼灰楼的影响降低到最小，拟计划采用被动保护的方案。

3.1  红楼灰楼现状

项目西侧为上海市历史保护建筑（红楼和灰楼），其中红楼地上三层，砖木结构，1911年建造完成，基础形式是墙下放脚条形基础，保护等级为二级；灰楼地上六层，混凝土结构，基础形式柱下独立基础+木桩，保护等级为四级。

由于水域部分的施工影响，以及建筑物自身建造年代久远，红楼灰楼出现了一定程度的倾斜。根据检测单位的相关数据，红楼灰楼的倾斜数据如下：

红楼最大倾斜位置是西北侧，倾斜率向北9.86‰，向西2.57‰，灰楼最大倾斜位置是建筑的西北侧，倾斜率向南2.31‰，向西0.55‰

由于场地不均匀沉降，红楼已经出现了裂缝等现象。

  3.2  围护施工保护方案

被动保护的基本方案为：红楼灰楼与本工程基坑间设置隔离桩，隔离桩采用MJS高压旋喷桩套打直径为800的钻孔灌注桩。隔离桩两侧设置两排双液跟踪注浆管。小坑基坑内大直径高压旋喷桩满堂加固（RJP工艺）。

图3 紧邻保护建筑的基坑剖面示意图

图4 桩位平面位置图

（1）隔离桩施工保护

为控制红楼、灰楼的变形，在红楼、灰楼与基坑之间设置复合型隔离桩。

复合型隔离桩采用MJS高压旋喷桩套打直径为800的钻孔灌注桩。复合型隔离桩两侧设置两排双液跟踪注浆管。

本工程复合型隔离桩采用半圆摆喷（MJS），设计桩径为2800mm，设计底标高为-24.1m，设计顶标高为-0.5m，有效桩长为23.6m，合计27根。水泥采用P.O.42.5硅酸盐水泥，水泥用量720kg/m3。水泥浆液水灰比为1.0。28天龄期无侧限抗压强度不小于1.2MPa，桩身垂直度偏差不大于1/150。

灌注桩采用φ800钻孔灌注桩排桩的形式，套打于MJS旋喷桩中，设计底标高为-24.1m，设计顶标高为-1.9m，有效桩长为22.2m，合计54根。

MJS施工顺序安排：

总体施工顺序安排为：1台SHD-85S型MJS旋喷桩机由南向北进行施工，按隔三喷一的流程进行施工。MJS桩径2800@2400，搭接400mm，180°半圆喷射。

为降低施工风险概率，计划采用引孔后进行MJS施工。即利用SGL-10型履带钻机引孔，引孔直径为260mm。

主要施工参数：喷射注浆成桩直径2800mm（半圆），成桩深度22m,水泥浆液水胶比取1.0,水泥浆压力为40Mpa，浆液流量120~230L/min，主空气压力0.7~1.05Mpa，主空气流量1.0~2.0Nm³/min，成桩垂直度控制≦1/150，提升速度为25mm/min，步距行程25mm，转速3~4rpm，地内压力控制在1.2~1.6系数，水泥掺量为720kg/m³。

（2）灌注桩施工

钻孔灌注桩正循环成孔清孔。钻孔设备采用1台GPS-20型钻机。采用钻机钻孔、下笼、浇砼的施工方案。隔离桩施工按隔四钻一的流程进行施工。钻孔时控制钻头速度，保证灌注桩的垂直度。灌注桩在MJS旋喷桩完成3-4天后进行施工。

采用GPS-20型钻机正循环钻进成孔，钻头直径按设计和规范要求及根据试成孔的情况而定。钻进保证开孔的垂直度控制在1/500。针对以上要求，成孔时严格按照操作规程施工，开孔钻进时要减压低速，放慢钻进速度，并同时在一侧利用经纬仪进行观察矫正，保证钻杆的垂直度；发现偏斜，立即提杆，重复扫孔，直至垂直度满足设计要求。钻进时密切注意桩架的稳定情况，护筒、土体是否有下陷情况，接、拆钻杆时小心谨慎，每次应仔细检查钻杆接头紧密连接。成孔过程中必须派相关人员进行钻机、钻杆监测，确保成孔的垂直度1/200。每根桩都需进行成孔检测保证桩孔的垂直度。

成孔过程中采用滤砂装置过滤泥浆，确保护壁泥浆的含砂率小于4%。二清完成后沉渣不大于10cm。

（3）坑内加固施工保护

RIP施工顺序安排：

2台RJP工法机在1号基坑内进行施工。RJP桩径2000@1500，搭接500mm，360°全圆喷射。

为降低施工风险概率，采用引孔、下套管进行RJP施工。即利用SGL-10型履带钻机引孔，引孔直径为260mm。引孔好后放入套管，套管外径219mm，内径194mm，套管放入深度为23~28m。

RJP主要施工参数

主要施工参数：喷射注浆成桩直径2000mm（全圆），成桩深度20.5-23.8m,水泥浆液水胶比取1.0,水泥浆压力为40Mpa，浆液流量160~190L/min，主空气压力1.05Mpa，主空气流量3~7Nm³/min，成桩垂直度控制≦1/100，提升速度为30mm/min，步距行程25mm，转速4~5rpm，地内压力控制在1.2~1.6系数，水泥掺量为720kg/m³。

4工程应用情况

4.1 施工安全与质量

通过上述一系列施工措施，在桩基、围护施工期间与后续基坑开挖过程中，有效的减少了周边建筑沉降、位移情况，各项监测数据均处于受控状态。

4.2历史保护建筑监测数据

红楼灰楼距离陆域施工范围即将开挖的基坑8m，自2019年6月18日，截止12月8日（顺作区首道支撑施工完成），日沉降量不超过2mm，累计沉降量如下图：

图5 红楼灰楼沉降量平面示意图

图6 红楼监测沉降量汇总图

图7 红楼监测沉降量汇总图

由图可见，红楼沉降较为严重，靠近基坑侧JZ1、JZ2、JZ6累计沉降量最大，且持续下沉；灰楼沉降不大，且有回升。

由于两栋历史保护建筑年代久远，施工期间沉降不可避免，但复合型隔离桩的施工起到了减缓沉降变形的作用。

5  结    论

本项目邻近的灰楼和红楼，采用了被动的保护方案对保护建筑的变形和沉降控制，通过对监测数据的分析研究、与专家、设计的积极沟通改变实施方案，能有效控制桩基、围护施工对周边的建筑物以及环境造成不良影响，增加了施工安全性的同时也杜绝了产生安全风险后抢险投入的可能性。

随着上海城市建设的大力发展，对于越来越多的新建项目、改建项目将在城市中心密集区开展，而施工对周边建筑、环境的保护显得尤为重要。

参考文献：

[1]申明亮，邻近超大软土深基坑的敏感建筑保护研究，建筑施工，

2022,44（9），2037-2039

[2]汪为，紧邻历史保护建筑的深基坑施工技术，建筑施工，2017,39（07）943

[3]宋讯华，复杂环境条件下的深基坑施工，建筑施工，2019（41）554