城市中心复杂环境下深基坑工程施工关键技术研究

刘 爽 李伟玲 廉 恒 张 智 邢佳利

中建一局集团第六建筑有限公司 河北 石家庄 050017

1 工程概况

上海长宁来福士广场项目深基坑施工场地地下有轨交2号线区间隧道贯穿，靠近轨交3、4号线中山公园站，最近仅为10.0 m，且场地内保留1栋古建筑钟楼“圣玛利亚女子中学”。工程地质属于软土，土层主要由黏性土、粉土、粉细砂组成；基坑开挖总面积为18 442 m2，其中裙房区域普遍挖深19.92 m（局部12.27 m），T1塔楼普遍挖深21.32 m，电梯井局部挖深26.82 m，总土方量约为330 000 m3；地下水稳定水位埋深为 0.74～3.00 m。地质条件和周边环境对深基坑的施工十分不利，需在保证基坑和周边环境安全的情况下，尽早保质保量完成深基坑施工。

2 深基坑施工关键技术

2.1 毗邻地铁与古建筑的深基坑分区分阶次施工技术

2.1.1 控制地铁隧道结构变形的深基坑分区土方开挖

根据埋置深度及上部结构，将整个基坑划分为13个分区，Ⅱ标段包含Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ共4个基坑（图1）。

首先进行基坑开挖模拟，然后再制订开挖方案。通过模拟分析，确定采用地下连续墙作地下围护结构和地下室外墙，同时为克服地铁对基础深度的制约，合理利用远端地下深度空间，利用地下连续墙实施高低分割、近浅远深的地下空间布置[1]，形成Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ共4个基坑，减小开挖空间尺度。先开挖Ⅶ区，待Ⅶ区施工完B3层即开挖Ⅷ区，Ⅶ区出±0 m后开挖Ⅵ区，Ⅵ、Ⅷ区出±0 m后开挖Ⅴ区土方。严格实行“分层分块、留土护壁、限时对称开挖”，先形成中部支撑，然后限时开挖分块土方，再浇筑支撑，必须在24 h内完成对接每分块土方开挖后形成的坑边支撑与中部支撑。

2.1.2 临时分隔墙两侧设置下伸牛腿换撑施工技术

拆除基坑之间的地下连续墙时（图2），根据施工进度，从上往下进行切割拆除。单个区域切割时，必须坚持从上往下的切割顺序，按“切割分离一块，吊装一块”的原则进行施工，以防止在切割混凝土块吊装过程中其他切割分离的混凝土块倾覆，地下连续墙可分为切割前工艺孔和吊装孔布置部分和整体切割拆除施工部分2个分区进行拆除。

图2 地下连续墙拆除示意

1）工艺1：切割前工艺孔和吊装孔及吊点布置部分的施工。工艺孔和吊装孔的布置采用喜利得HILTI-DD200钻石钻孔机进行钻孔施工，吊装孔为切割以后切割混凝土块吊装用，孔径设置为100 mm；工艺孔为切割时，切割链条布置专用，孔径设置为100 mm。

2）工艺2：整体切割拆除施工。待吊装孔和工艺孔开设完成以后，方可进行正式切割施工。

切割地下连续墙时，根据施工进度，从上往下进行切割拆除。

为保证地下结构梁板的正常贯通及基坑内水平支撑的传力稳定，地下结构楼板换撑设计采用在地下连续墙上增做倒牛腿的方法[2-3]。深基坑地下连续墙分隔墙两侧梁板相交处，预设置倒牛腿，待拆除分隔墙阶段，通过预留钢筋连接、浇筑高一等级的混凝土使两侧梁板结构顺利贯通。换撑处结构梁板处于悬臂状态，模板及排架拆除时此范围内不拆除，梁板（靠近地下连续墙）跨度方向保留4根承重立杆（3 m范围内），待相邻基坑1层结构与此范围结构贯通补缺后，且混凝土达到100%设计强度后拆除模板、脚手架（图3）。

2.2 控制深基坑变形的围护体系施工技术

上海长宁来福士广场项目深基坑围护体系（图4）综合采用地下连续墙＋内衬墙＋临时分隔墙＋钢格构柱＋混凝土水平支撑（自动补偿系统钢支撑）。

图3 底板位置换撑施工

图4 深基坑围护体系示意

2.2.1 槽板式超深地下连续墙及钢筋混凝土内衬墙施工技术

工程围护结构地下连续墙共有3种规格，其中超深地下连续墙深48 m，厚度1 000 mm，为“两墙合一”地下连续墙，兼作地下室外墙，混凝土设计强度等级均为C30水下混凝土，抗渗等级为S8，竖向主筋保护层厚度迎土面70 mm，迎坑面50 mm。

槽板式地下连续墙采用重力式成槽机进行地下连续墙成槽。

地下连续墙内侧为满足使用及受力要求设置内衬墙，内衬墙分为现浇钢筋混凝土式或砌筑式。对于现浇钢筋混凝土内衬墙，由于其贴附在地下连续墙内表面，导致施工困难，现场经过多种方案对比，在施工实践的基础上形成以植筋拉结为主的单侧支模施工工艺（图5）。

2.2.2 深基坑立柱桩与格构柱施工技术

1）放桩位线、定格构柱方向。每个桩位应按设计要求，用全站仪、钢卷尺定放。

2）格构柱制作、进场堆放、施工准备工作。格构柱堆放必须整齐，且不能超过2层，所垫道木须在同一直线上。根据要求预制钢梁定位扁担，根据混凝土终凝时间（保守计算）灌注完毕12 h后拆除引导钢扁担，根据施工进度情况，每台钻机需配置1～2幅引导钢扁担。

图5 单侧支模示意

3）钻机就位。钻机根据导向架的定位方向，完成就位，底座必须用水平尺打好水平，达到平整、稳固的状态，以确保钻进中不发生倾斜和移动；转盘中心与桩位中心的允许偏差应小于20 mm，转盘在4个方向上的水平度误差小于1/100。

4）正循环成孔。采用GPS15型工程钻机进行灌注桩施工，采用泥浆护壁正循环成孔工艺，泥浆采用原土造浆。

5）第1次清孔。在钻进终孔后利用成孔钻具直接进行，清孔时先将钻头提离孔底10～20 cm，清孔泥浆进浆相对密度应小于1.15，返浆相对密度应小于1.30，手触泥浆无颗粒感觉，且沉渣厚度小于10 cm，一次清孔即可结束。

6）钢筋笼制作、安装。钢筋笼分节制作，一般长度为9 m，分节吊放，吊拼焊接而成；分节主筋的搭接以50%错开，接头间距≥35d（d为钢筋直径）。钢筋笼安装时，在清孔后，将钻具提出孔外，测量其孔深，并做好记录，吊放钢筋笼时，可利用钻架及时吊放钢筋笼。

7）格构柱施工。格构柱单根质量约5 t。格构柱吊段选用25 t汽车吊吊装。吊点设在格构柱顶端缀板，对称设置开孔为40 mm，孔中心距缀板边60 mm，吊段采用单点吊，卸机选用荷重5 t的6股37丝φ24 mm钢丝绳（1 667），长度2.0 m。格构柱吊放要有起重指挥。

8）导管安装及二次清孔。本工程φ850 mm桩径立柱灌注桩宜采用φ250 mm导管，灌注应准确量好导管总长度。二次清孔注入的泥浆相对密度应小于1.15，返浆相对密度应小于1.30，清孔时间一般控制在20 min左右，清空结束时泥浆相对密度要达到1.15～1.18。

9）水下混凝土施工。本工程采用φ250 mm导管进行水下混凝土灌注。当混凝土灌注达到桩顶标高，且保证泛浆达到一定高度后，停止混凝土灌注，逐节拔出导管。

2.2.3 紧邻地铁10 m处深基坑智能自动节系统钢支撑施工技术

由于Ⅴ、Ⅵ区基坑紧邻轨交2号线，综合比较了多种支撑形式，最终选择装有DH1-8型智能自动节系统的钢支撑作为基坑开挖时的临时支撑，在保证紧邻地铁隧道安全的同时，缩短了基坑施工工期。

智能自动节系统钢支撑施工要点如下：

1）土方开挖、钢支撑定位。

2）钢支撑及DH1-8型智能自动节拼装。

3）监测控制系统接线、调试。

4）剔凿地下连续墙预埋钢板焊接牛腿。

5）吊装钢支撑就位。

6）连接液压油管及压力传感器数据线。

7）施加轴力并实时监测。

3 实施效果

3.1 工期质量效果

通过科学管理，实施新的施工工艺和方法，保证了工程施工工期，同时按照设计要求以我公司在上海地区施工的最快速度（类似环境条件下）完成了深基坑工程，将周边建筑沉降控制到了最小，且没有出现较大裂缝；地铁隧道结构变形满足设计控制要求，获得业主、政府主管部门及社会各界的好评。

3.2 社会效益和经济效益

经综合估算，上海长宁来福士广场项目采用“城市中心复杂环境下深基坑工程设计与施工关键技术”节约工程成本累计约1 470万元，整体工期提前约90 d。由于深基坑施工顺利按工期节点完成，并保证了基坑及周边环境（包括轨交2号线区间隧道）的安全，彻底消除了预先估算的事故处理、工期赔偿等额外费用，间接效益约1.25亿元，给业主带来直接经济效益2 400万元。

深基坑工程的顺利完成，为我公司在城市中心复杂环境下深基坑施工方面积累了丰富的经验，培养了一批深基坑工程施工的人才队伍。项目的成功实施标志着我公司在上海市场立稳脚跟，树立了公司品牌。随着建筑越来越多地向地下空间发展的需要，深基坑施工技术的成熟将会给类似项目施工带来很好的借鉴和参考作用。

4 结语

采用城市中心复杂环境下深基坑工程设计与施工关键技术，在深基坑施工顺利按工期节点完成的同时，保证了地铁运行安全，保障了基坑及周边环境安全，社会和经济效益显著，具有较高的推广应用价值。