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摘要：
根据工程周边管线多、滨临河流等环境复杂的特点，工程采用钻孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑体系，设置二道钢筋混凝土支撑的围护设计方案。依“顺作法”施工工艺，按“时空效应”原理，限时、分段、均匀、对称地进行分层分段开挖复杂环境下的深基坑工程土方开挖实行信息化施工，确保基坑支护、周边环境的安全。
关键词：
围护设计；土方开挖；施工工艺
1工程背景分析
上海市中低价“四高”示范居住区康桥基地W-1-6地块位于上海市周浦镇，周邓公路与康达路交叉处，周浦公园北侧、涣洋河西侧。该建筑物为商业综合体和酒店，基坑基本呈规则多边形，周长约601.4m，大地库开挖面积约23278.9m2，基坑大面积开挖深度为8.90m，坑边承台底普遍挖深为9.5m~9.7m，局部东南角区域挖深9.8m，坑边集水井挖深10.4m~12.3m。根据上海市工程建设规范《基坑工程技术规范》（DB/TJ08-61-2010），基坑安全等级为二级（图1）。
2工程背景分析
2.1基坑周边管线密布
施工场地北侧和东侧红线之间为大约30m宽涣洋河，基坑开挖边线距用地红线的最近距离约2.34m和2.3m，场地西侧和南侧为两条道路分布有电力、给水、移动、联通、有线、上话、雨水、污水及燃气等管线，其中，电力管线距离基坑开挖边线最近距离约12.80m，燃气管线距离基坑开挖边线最近距离约15.88m，污水管线距离基坑开挖边线最近距离约10.75m，以上管线到开挖边线的距离皆在基坑两倍挖深以内。
2.2不良地质开挖的风险
本工程基坑开挖深度范围内涉及的地基土层为①1、②、③1、③2、④层。基坑底部处于第④层淤泥质粘土中，该土层夹薄层粉土，流塑状，高等压缩性，围护插入至第⑤1-1层粘土。本场地第③1层淤泥质粉质粘土局部夹薄层状粉土、第③2层砂质粉土，基坑开挖时由于水头差易产生流砂等不良地质现象。另外基坑开挖时涉及的第③1层、第④层饱和流塑的淤泥质土，在基坑开挖时易产生流变现象。同时基坑存在古河道区域，该区域存在⑤3层粉质粘土夹砂且⑥层粉质粘土流失，⑥层粉质粘土强度较高，较为有利，⑤3层粉质粘土夹砂强度低，压缩性高，较为不利，具体参数见表1。场地浅部土层中地下水为潜水类型，地下水位埋深约为地表下1.5~1.8m，相应标高在+3.14~+2.83m之间，本工程开挖深度为9.3m，根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012），场地内地下潜水高水位按室外地面整平标高下0.50m考虑。承压水赋存于第⑦、⑨层粉砂中。根据上海地区承压水观测资料，承压水水头埋深在3.00~12.00m之间。以最不利因素考虑，按地下承压水头埋深3.00m、第⑦层最浅顶面埋深为27.70m（C28号孔）考虑，基坑最大开挖深度9.30m，其抗承压水头的稳定性安全系数K：K=Pcz/Pwy=∑γihi/γ，w△h≈1.28＞1.05，计算该建场地承压水作用不会发生水土突涌，对基坑造成影响的主要是浅层潜水。
3基于工程难点与风险下的基坑围护结构设计
综合分析本工程的基坑形状、面积、开挖深度、地质条件及周围环境，特别是基坑开挖面积较大（23278.9m2），挖深较深（9.5-12.3m），基坑东西方向长约161.6m，南北方向宽度约162.9m，由于单边长度较大，空间效应明显等综合因素，本工程综合采用钻孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑体系。
3.1基坑围护与开挖难点分析
（1）表层杂填土较厚，成分复杂，对围护桩的施工质量较为不利。第③1层淤泥质粉质粘土局部夹薄层状粉土、第③2层砂质粉土，基坑开挖时由于水头差易产生流砂等不良地质现象；（2）另外基坑开挖时涉及的第③1层、第④层饱和流塑的淤泥质土，在基坑开挖时易产生流变现象。基坑坑底位于第④层土，该层土的物理力学指标较差，流塑状，高压缩性，对基坑的稳定性和位移的控制极为不利。（3）本工程基坑开挖面积较大（23278.9m2），挖深较深（9.5/9.7m），根据上海市工程建设规范《基坑工程技术规范》（DG/TJ08-61-2010）的规定，本基坑工程安全等级为二级。同时，本基坑东西方向长约161.6m，南北方向宽度约162.9m，由于单边长度较大，空间效应明显，这对基坑的变形控制带来较大难度。
3.2工程围护体系设计
（1）围护体系。该基坑围护体系采用钻孔灌注桩，止水帷幕采用三轴水泥土搅拌桩，套打一环，桩顶设一道1200×800混凝土圈梁，圈梁中轴线标高-3.000m。（2）支撑布置。该工程用边桁架+对撑+角撑的支撑形式，混凝土强度等级C35，同时根据施工现场布置要求，设置两道钢筋混凝土支撑，混凝土强度等级C35，支撑结构的截面尺寸件表2。另外，在第一道支撑上布置栈桥，栈桥板厚300mm。（3）坑内落深。坑边集水井落深处围护桩设计按集水井坑底标高计算；坑内集水井相对落深超过1.5m时采用双轴搅拌桩加固。（4）坑内加固。为提高坑底被动土压力、有效控制围护结构变形，在基坑西侧4-4剖面区暗浜区域采用水泥土搅拌桩暗墩加固。加固深度为坑底以下4m，水泥掺量13%，坑底以上采用8%低掺量回掺至第二道支撑底面标高。（5）立柱和立柱桩。坑底以上非栈桥区采用4L140×14（460*460）格构柱（4根L140×14角钢及若干扁钢焊接），在坑底以下为30m长的Φ650灌注桩，桩顶5m范围内扩孔至Φ800；坑底以上栈桥区采用4L160×14（460*460）格构柱（4根L160×14角钢及若干扁钢焊接），在坑底以下为35m长的Φ650灌注桩，桩顶5m范围内扩孔至Φ800。灌注桩应伸入第⑤3层土中，以减小立柱桩沉降量和差异沉降，型钢立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。格构柱插入灌注桩≥3.0m。（6）降水。采用深井降水，共布置90口深井，基坑开挖前要求水位降至坑底以下1.0m，同时保证超挖深坑以下0.5m。
4基坑围护结构施工
该工程基坑围护按照开挖深度及周边环境的要求，划分为7个区域分别设计，每个区域的围护结构主要设计参数如表3所示。以7-7剖面围护结构为例，集水井落深处底板垫层顶面标高设封闭的800mm×800mm混凝土暗梁及H400*400*13*21型钢水平撑，暗梁外5.0m范围设300厚配筋垫层，止水帷幕有效桩长16.0m。基坑围护方案详细参数如下图所示：围护结构为混凝土钻孔灌注桩，嵌入深度14.8m，露出长度0.000m，桩径为900mm，桩间距1100mm，混凝土强度为C30，止水帷幕厚度0.85m，嵌入深度5.600m。（图2）。围护结构的施工工况顺序设计如图3，主要有过程如下所示：（1）整平场地，清除障碍物；施工止水帷幕、围护桩、压密注浆、坑内加固及立柱桩；坑内预降水15d，并降至开挖面以下0.5m~1.0m；（2）开挖土方至第一道支撑底标高；浇筑圈梁和第一道支撑，并养护；待第一道支撑达到设计强度的80%，开挖土方至第二道支撑底标高；浇筑腰梁和第二道支撑，并养护；待第二道支撑达到设计强度的80%，开挖下一层土方至基底；（3）施工垫层、底板和传力带，并养护至设计强度的80%；拆除第二道支撑；施工地下结构至B1板，施工B1板和传力带，并养护至设计强度的80%；拆除第一道支撑；施工地下结构至±0.000，并回填黄砂至地坪。围护结构施工中的双轴水泥搅拌桩、三轴搅拌桩、钻孔灌注桩（围护桩和立柱桩）及钢筋混凝土支撑主要施工技术要求如下：（1）双轴水泥土搅拌桩。水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量13%，水泥浆液水灰比0.5~0.6；控制好钻头喷浆搅拌提升速度和钻头搅拌下沉速度，基坑开挖前对搅拌桩强度进行钻芯取样检测，取样数量不少于总桩数的0.5％且不少于3根。（2）三轴水泥土搅拌桩。水泥采用P.O42.5新鲜普通硅酸盐水泥，水灰比1.5~2.0，墙体抗渗系数10-7~10-6cm/s，桩体28d无侧限抗压强度标准值大于等于0.8Mpa。墙体施工采用标准连续方式或单侧挤压连续方式，相邻桩施工时间超过10h须作处理，应在接缝处采取注浆等止水补救措施。桩体施工采用二喷二搅工艺，水泥和原状土需均匀拌和，下沉及提升均为喷浆搅拌，下沉速度为0.5~1.0m/min，提升速度为1.0~2.0m/min。成桩水泥掺量不小于20%：第一次喷浆70％，第二次喷浆30％。桩体垂直度偏差不大于1/200，桩位偏差不大于20mm。（3）钻孔灌注桩（围护桩和立柱桩）。钢筋保护层厚度50mm，允许误差不超过20mm；混凝土的充盈系数为1.05~1.2，不宜大于1.3。施工允许偏差：垂直度偏差不大于1/150，桩位偏差不大于50mm，并注意不向坑内偏差和倾斜。支护桩正式施工前，为了解土层情况、施工特性及进行孔壁稳定性测试，应进行试成孔，数量不宜少于2个。成孔至设计深度后应对孔深进行检查，孔深允许偏差0~+300mm；桩径允许偏差0~+30mm。采用间隔成桩的施工顺序，刚完成混凝土浇筑的桩与邻桩成孔安全距离不应小于4倍桩径，或间隔时间不应少于36h。施工期间要进行成孔质量检验，施工完毕后应采用低应变动测法检测桩身完整性，检测数量不宜少于总桩数的10%，且不得少于10根。（4）钢筋混凝土支撑。钢筋保护层厚度底侧50mm，其余侧30mm。支撑施工截面尺寸允许偏差+20mm、-10mm，支撑轴线标高允许偏差20mm，支撑轴线平面位置允许偏差30mm，支撑挠曲度允许偏差支撑长度的1/1000，支撑两端的标高许偏差20mm及支撑长度的1/600。
5土方开挖及降水
本v工程采用深井降水，共布置90口深井，对于分层、分块开挖的基坑，开挖前坑内水位应降至开挖面以下0.5~1.0m。基坑开挖过程中，基坑内应设集水井和排水明沟或排水暗沟以疏导基坑内明水，集水井中的明水应采用抽水设备抽至地面，盲沟中回填级配砾石作为滤水层。坑外应在基坑外侧设置由集水井和排水沟组成的地表排水系统，排水沟应有可靠的防渗措施。按《上海地铁基坑工程施工规程》，土方开挖按“时空效应”原理，“限时、分段、均匀、对称”地进行分层分段开挖，要求做到先撑后挖。不得超挖，在分界处宜按1：2放坡；挖土机械如需跨越支撑，必须覆土高于支撑顶面30cm及铺设走道板，严禁挖机等设备碰撞支撑杆件，开挖过程中发现围护体接缝处渗水应及时采取封堵措施。
6施工监测
为控制基坑开挖对周边环境的影响，随时掌握基坑各组成部分的内力、变形，判断是否在允许范围内；掌握周围建筑及管线的变形以及指导设计与施工，随时调整施工方案，真正做到信息化施工，基坑开挖及地下室施工期间，应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，监测目主要内容为：围护墙顶水平位移、沉降、围护墙体深层变形（测斜）、支撑轴力、坑内外地下水位、地下管线水平位移、沉降、坑外地表沉降、立柱沉降。监测报警值：变化速率达到±2mm/d，累计值达到±10mm。经监测水平位移监测控制在报警值变化速率达到±2mm/d、累计值达到±10mm以内。垂直位移监测显示也控制在报警值变化速率达到±4mm/d、累计值达到±25mm以内。监测报表报警值如表4、支护结构稳定性及内力变形结果如表5。
7结语
（1）施工实践证明，此工程深基坑的支护、降水及开挖方案技术上可靠，经济上合理，施工方便。（2）按“时空效应”分层、分区、分块作业，对称、平衡、限时管理，加强监测和信息化施工，较好的控制了基坑的变形和土体稳定。另一方面，通过较先进的专业监测手段来指导施工过程，进一步提高了基坑和环境保护的安全度。
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作者:康琰 单位:上海市临港地区建设管理中心