复杂条件下的深基坑施工与环境保护

上海奉贤工程建设管理有限公司 上海 201401

1 工程概况

本工程位于上海奉贤区南桥镇城区，由一幢新建地上15 层（局部16 层）办公楼、地下2 层停车库组成，采用框架剪力墙结构形式。占地面积1 792 m2，建筑面积23 495 m2，地下面积为7 385.3 m2。采用桩筏基础，基坑面积约为4 132 m2，周长约265 m，总挖土量约为40 000 m3。普遍区域底板面标高为-9.40 m，底板厚800 mm，开挖深9.7 m；塔楼区域底板面标高为-9.40 m，底板厚1 500 mm，开挖深10.4 m。基坑东侧为南桥路，下有市政管线，与基坑边线最近距离为5.50 m；南侧有2 栋3 层砖混结构的居民楼，与基坑边线最近距离为13.00 m；西侧为空地；北侧为农贸市场，与基坑边线最近距离为13.00 m。

2 基坑围护方案

2.1 围护支撑体系

以钻孔灌注桩结合φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩止水帷幕（水灰比0.55，水泥掺量13%）挡土；采用2 道钢筋混凝土水平内支撑及加打钻孔灌注桩内插钢立柱的竖向支撑[1-3]。

2.2 止水体系

选用φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕。三轴搅拌桩入土深度为17.5 m，插入坑底以下7.8 m，以满足坑内深井降水及对环境保护的要求。

2.3 挡土结构体系

1）在一般区域，采用φ850 mm@1 050 mm钻孔灌注桩作为基坑围护挡土结构，钻孔桩入土深度20.5 m及21.0 m，以确保围护体的墙底抗隆起安全系数满足二级基坑的要求。

2）在深坑区域，采用φ950 mm@1 150 mm钻孔灌注桩作为基坑围护挡土结构，钻孔桩入土深度增至25.0 m左右。

2.4 支撑结构体系

1）水平支撑。基坑内设置2 道钢混凝土支撑，根据基坑实际，支撑平面布置主要采用集中角撑+对撑的形式，其中，第1道圈梁截面尺寸1 100 mm×700 mm，标高-1.85 m，对撑900 mm×700 mm，第2道圈梁截面尺寸1 300 mm×800 mm，标高-6.95 m，对撑900 mm×800 mm。

2）钢立柱桩。土方开挖期间需要设置竖向构件来承受水平支撑的竖向力，本工程中采用临时型钢立柱作为水平支撑系统的竖向支撑构件。临时钢立柱由等边角钢和缀板焊接而成，截面尺寸为480 mm×480 mm，插入φ800 mm的钻孔灌注桩内，灌注桩长25 m。钢立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。

2.5 坑底加固墩

基坑内被动区和高差大于1.5 m的区域采用φ700 mm@500 mm的双轴水泥土搅拌桩进行加固，以控制因长边效应可能引起的坝体附加变形量。

3 施工重点

1）本工程周边环境除北侧相对较好外，其余边界条件相对复杂，为了基坑开挖的安全及更好地保护周围的建筑物、管线，故对基坑围护、支撑、地下水位及南侧楼房、东侧南桥路、北侧农贸市场的建筑进行全过程监测。

2）开挖过程中降水效果将直接影响到土方开挖的安全及质量，故降水质量是施工控制的重点。

3）本工程基坑占地面积大、基坑深、现场施工场地狭小、周边管线复杂、工期紧，因此，分区、分层、抽条、对称是开挖必须执行的原则。

4 施工关键点的技术措施

4.1 三轴水泥土搅拌桩施工

1）施工前，须先进行场地平整，路基以能行走120 t履带式桩架为准。

2）根据有关方面提供的坐标基准点，按照设计图进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。经复核验收签证、确认无误后方可进行搅拌桩施工。

3）在三轴搅拌桩施工前，采用挖机开挖导向沟，导向沟尺寸必须与专家审核的方案一致，以保证三轴搅拌桩正常施工及便于放置型钢定位架。开挖导向沟的余土应及时处理。

（12）前瞻性考核：将步骤（1）～（8）所产生的数据按7∶3随机分为两部分，一部分作为训练集用于建立判定亚组的模型，另一部分作为考核数据集用于前瞻性考核，按步骤（10）～（11）分别计算出符合率和模型判对率。

4）垂直导向沟方向放置2 根定位型钢，长约2.5 m，再在平行导向沟方向放置2 根定位型钢，长约9 m，H型钢的定位采用型钢定位卡。

5）φ850 mm三轴搅拌桩的二轴中心间距为600 mm，根据这个尺寸在平行H型钢表面用红漆划线定位，以保桩距精准。

4.2 钻孔灌注桩

1）放桩位线：开工前，从各轴线引出桩位中心线，并加以保护桩位线及标志。

2）埋设护筒：定好桩位后，开挖围护坑，按图纸位置埋设护筒并回填密实；本工程护筒采用φ950 mm和φ1 050 mm，高1.2 m，埋设护筒时，其中心线与桩位中心线偏差不得大于20 mm，且护筒应高于地坪面20 cm，周围用黏土回填夯实。

3）钻机就位：钻进成孔中心必须保证钻机垂直度符合要求，钻机就位后，底座必须用水平尺打好水平，转盘中心与桩位中心的允许偏差应小于20 mm，垂直度小于1/150，以防开挖后桩位偏差过大。

4）正循环成孔：开孔时应遵循小水量、轻压力、慢转速原则，以防扩径过大，特别是在护筒脚附近要慢速钻进，使护筒脚有一定的黏泥皮，在钻进过程中，最大钻进速度不得大于1 m/min，在钻进淤泥质黏土层时，要适当控制压力（黏土5～25 kPa，砂土5～15 kPa）和转速（黏土40～70 r/min，砂土40 r/min，最小泵量为50 m3/h），以防扩径过大，且要少提动钻具，换钻杆时也应轻提，以防抽塌孔壁，一般在开孔及钻进淤泥层时宜开1 挡挡速。

5）成孔泥浆的配制管理：合理地配制泥浆是成孔成败的关键，在施工过程中，应严格按照土层条件的不同，选用不同性能的泥浆护壁。注入孔口的泥浆性能指标按施工规程要求执行。

4.3 支撑体系

图1 基坑支撑体系

2）支撑施工：第1道和第2道支撑圈梁、对撑、边桁架、角撑、八字撑等一次形成，侧模采用九夹板、钢管扣件连接，支撑梁中间设φ16 mm对拉螺栓。

3）第2道圈梁同灌注桩连接，灌注桩凿出1～2 根主筋同圈梁主筋焊接，设斜拉筋，钢筋规格、坡度、焊接按设计要求。

4）各层钢混凝土支撑的拆除及换撑。当底板及传力带钢混凝土达到80%设计强度时，即可拆除第2道钢混凝土支撑。

拆除混凝土支撑时，宜先搭设满堂钢管脚手架，上铺竹笆，拆除支撑可采用空压机凿除钢混凝土，凿出的碎钢混凝土块不得堆放在排架脚手上，应随凿随吊，用卡车外运，吊运不得与上道支撑相碰。因结构立柱较长，须避开竖向结构的范围。

在地下2层结构钢混凝土全部完成并养护3～5 d后拆模，设置厚300 mm混凝土换撑板带，再待传力带钢混凝土强度达到80%后，方可拆除第1道钢混凝土支撑，拆除工序同上。

4.4 深井降水

1）根据地质特点，本次工程深井降水目的为适当疏干含水量，特别是降低薄层砂质粉土的含水量，以方便土方外运；降低地下水位，有助于基坑内土体有效固结，提高基坑稳定性，使坑内被动区土体有一定固结，提供良好的干施工环境。

2）场地浅部地下水属潜水类型，高水位埋深可按0.5 m、低水位埋深可按1.5 m计。为保证深井密封性，保持真空度，本工程深井采用多滤头形式。逐层开挖，逐节拆除滤头，并随时采用黏土封闭井口周围空隙，以保持下层土降水效果。

3）为了配合施工进度，加强降水效果，沿基坑周围地面设置300 mm×300 mm的排水沟，每30 m设一沉淀收集井，排水沟内明水应及时排除，沉淀池应定期清理，保持排水畅通，防止明水回流基坑内。

4）本工程基坑开挖深度为9.7 m及10.4 m，根据深井降水施工经验及本工程土质的特性，降水按180 m2左右布置一口井，共设28 口井，深井成孔φ700 mm，降水管φ273 mm，井管长16 m，井管的布置方法既要避开土体加固桩、工程桩、支撑，又要达到降水效果，这在施工方案中应预先明确并定位。

4.5 土方开挖

1）为确保基坑稳定，本工程采用分层、逐块开挖浇筑支撑，待每道支撑平面体系全部形成后，再进行下层土方开挖。作为施工挖土依据，首先抓好挖土与支撑之间的时空效应关系，与有关各方做好协调接口工作，并制定了科学的基坑开挖原则：先撑后挖、分块分层开挖，严格控制开挖深度[4-6]。

2）根据支撑平面布置及上下层支撑的净空标高设置，共分为3 个阶段开挖，每个阶段又分4 块进行开挖（以后浇带为界限），并结合第1道支撑及栈桥平台，作为挖土及地下室结构阶段的施工栈桥。

5 结语

经施工监测，整个基坑从围护、土方开挖到地下结构出±0.00 m，各项指标均在要求范围内，保证了周围居民的正常生活环境，以及道路的正常通行，取得了较为显著的社会和经济效益。