特殊环境下的大型不规则深基坑施工技术
郑成广1，倪震宇1，李裕龄2
（1.上海市第一建筑有限公司；2.上海兴邦房地产有限公司）
1  工程概况
1.1  工程概况
上海110地块商办综合楼发展项目位于闹市中心的卢湾区，北临太仓路，西近黄陂南路，与上海市时尚景点—新天地仅一马路之隔，南靠湖滨路太平桥景观绿地，东与顺昌路相连，工程占地面积11000m2，由二幢分别为21及10层办公塔楼及二幢二层裙房组成，地下二层，总建筑面积97000m2，基坑挖深-12.25m，局部深坑为-16.05m。
本工程属大型不规则深基坑围护工程，基坑形状北面呈凹字形，南面近三角形，围护结构采用两墙合一。该工程最大特点是平面形状不规则，外围环境错综复杂（图1）。本工程位于新天地东侧，基坑规划红线距上海市一级保护文物——中国共产党第一次代表大会代表宿舍仅3m，四周均为市中心道路，其下埋设有多种市政管线及通讯光缆，环境复杂，红线距地下室边线仅3m。
2  围护方案的确定
2.1  围护方案
本工程位于市中心太平桥地段，且地下室外墙距红线仅3m，挖深12m，特别是其北部紧靠市级保护建筑中共一大代表宿舍，如采用灌注桩等作为围护结构，其维护的整体性较差，且从挖土到回填的时间较长，对保护建筑的影响时间亦较长。考虑到工期及费用等因素，决定采用二墙合一的地下连续墙作为围护
结构，并布置两道钢筋砼支撑，2道支撑底标高分别为-3.0m、-9.0m，另在代表宿舍两边各加一道φ609钢管支撑。连续墙宽度800mm，底部呈锯齿型，其深度随基坑开挖深度作相应变动，最深处为24.8m（图2）。同时根据上部主体结构的设计要求，考虑到两幢主楼差异沉降，两幢主楼之间及主楼与裙房之间各设置一条后浇带，贯穿整个承台及相应部位的连续墙。


图1  深基坑围护工程                            图2  地下连续墙结构示意图
 
3）选择确定合理高效的钢筋笼制作、连接工艺，克服海上施工平台狭小、运输不便的缺点，保证钻孔施工有序进行，确保进度目标。本工程所采用的主筋直螺纹连接工艺、预拼装法卡板台座生产工艺可以作为海上超大型钻孔桩钢筋笼施工的最佳工艺之一。
4）抗渗砼的设计是保证砼质量的关键，可以通过添加适量粉煤灰和矿粉来增加砼的密实度和耐久性，提高泵送性能，使之符合电通量和氯离子渗透系数指标。 
2.2   支撑体系
因基坑平面的不规则性及现场工程施工的实际条件，若采用常规平面正交的井格式支撑体系则具有很大的局限性，对整个体系的受力及平面布置均难以控制。从施工条件分析，由于基坑四周几乎没有可供使用的场地，钢支撑无法吊装施工，设计上如能通过对支撑平面的具体布置，基坑内留出相对大的一块空间，供材料堆放、大型机械设备施工等使用，则比较理想。考虑到环形支撑有较好的受力性能，且又能提供较大的施工操作空间，决定采用钢筋砼环梁支撑体系和角撑及对撑体系组成的联合支撑体系。考虑到工期及挖土分区的需要，设计时将环形支撑与对撑体系有意识地设计为两个相对独立的受力系统。施工时可以做到分区取土，支撑各自成型，以加快整个地下室工程的施工进度，并每区内分别设置一道钢筋砼栈桥。为了减少和控制“一大”代表宿舍的位移，宿舍旧址两侧加设一道φ609钢管支撑，并南侧坑边5.2m范围内进行劈裂注浆加固，以确保安全。围护体系如图3。
 
3  降水方案
基坑降水是基坑支护的重要组成部份，是确保基坑土方开挖成功的一关键环节。通过降水措施以降低基坑中地下水位，同时改善了地基土的特性，可以防止砂土液化及地基土体的强度，以增大土体的被动土压力，从而减少基坑及围护结构的变形。
考虑到本工程基坑面积较大，开挖深度达12.25m，且受施工时间的限制，降水方案选择为深井降水，每250m2左右布置一口深井，沿深坑均匀布置.因基坑开挖深度范围内土层含水量较高，渗透系数小，故采用真空泵深井降水，即真空吸水、水泵抽水的形式以达到迅速高效降水的目的。于基坑开挖前一周进行坑内预降水，并在土方开挖期间通过设置观察井，随时控制坑内外地下水位，真空泵连续不断抽水，确保水位始终处于每层开挖面下2m左右的安全位置。
4  基坑开挖及支撑体系的施工
1）根据本工程基坑形状不规则特征及支撑独立受力成型的特点，采用对称分区开挖的方法，以满足支撑受力特点和工期的要求，并且将整个基坑分成2个区，同时进行挖土、支撑施工，以加快挖土施工进度，减小基坑暴露时间。
2）第一次挖土采用由北向南大开挖，挖土标高至第一道支撑底3.0m，钢筋砼支撑紧跟挖土施工，做到随挖随撑。
3）待第一道钢筋砼支撑达到75%强度后，开始第二次土方开挖，考虑到本工程支撑体系为中间环形支撑的特点，先开挖环形支撑位置及局部角撑位置土方，保留中间部分土方，使其形成中心岛。这样做的目的有三个：一是加快整个支撑体系的形成；二是通过保留中心岛的土方以增加坑内土的被动土压力，加大基坑的安全系数；三是可以采用抓斗及加长臂挖机进行中心岛的集中取土，加快土方外运的速度。
4）最后一次土方开挖时，先开挖支撑底下即基坑周边土方，加快周边垫层成型，最后挖中心岛及宿舍两边的土方，并采用抓斗及加长臂挖机配合人工扦土进行收头处理，如图4。

5  施工工艺中的技术保护措施
5.1  地下连续墙导墙施工时的措施
1）缩短导墙一次开挖及制作长度。
2）增强导墙的变形能力，将导墙原设计标号由C20改为C30，导墙壁厚由250mm改为350mm，并在砼中加入少量早强剂。
3）采用局部高导墙，即局部导墙高度由1200mm增到2000mm，从而保证地下连续墙沉槽过程中上部土体的稳定，该区域内地墙施工的思路是：①减少幅段长度，将原幅6m改为4.5m，以便缩短单幅施工时间，放慢施工周期；②加大跳打的时间及距离，第一幅墙施工完毕，间隔2天后方可在该区域临近墙体施工，跳打距离控制2~3幅之间；③根据本工程实际情况，于一大代表宿舍两侧对称成槽，同时施工；④为增强槽内土壁的稳定，适当增大护壁泥浆的比重；⑤施工过程中严格控制刷壁这一关，保证连续墙接缝处的施工质量。
5.2  基坑开挖及支撑施工的相应措施
1）支撑方案上，于代表宿舍两边各增加一道φ609钢管支撑，并根据实际监测结果对钢支撑施加适量的预应力。
2）保留宿舍坑边土方，首先开挖环形支撑部位至设计标高，使其成型；然后开挖其它三面，形成一体后最后开挖宿舍周边土方一侧并以最快速度使该部位的支撑成型，从而把因土方开挖对保护建筑的影响减少到最小限度。
3）采用对称开挖，宿舍两侧除加快挖土速度外，要求做到东西两侧对称开挖，该处支撑共三道(其中一道为φ609钢管支撑)，挖土方由两端向宿舍靠近，形成工作面后随即制作支撑，基本做到随挖随撑。
4）根据工程的特点采用分区开挖，加快部分承台成型。本工程北部，即环形支撑以北部分为裙房基础，并有一条后浇带将其与南部承台相隔。根据此特点特制定了先施工宿舍两侧基础，并将此部分承台先于整体承台成型的施工方案，为宿舍两侧变形稳定赢得了宝贵的时间。
5.3  后浇带处理
考虑到连续墙外的地下水会在结构施工阶段从后浇带部位渗入连续墙内，所以后浇带封闭之前，连续墙外另设置一道800厚连续墙，与后浇带两侧连续墙各搭接1.25m，其与连续墙之间的20cm土体施工时无法保留并起挡水作用，为了保证连续墙此处的连续性，故决定用压密注浆的办法封闭该缝隙。
6  体会
1）本工程支护方案因地制宜，在“一大”宿舍两侧对称对撑，且增设了一道φ609钢管支撑，其南端采用了劈裂注浆进行土体加固的基坑支护是可行的。第二道支撑拆除结束，宿舍两侧地墙变形最大为2.1cm，实践证明此方案是成功的。
2）对于此大型圆环基坑，采用分区、对称、限时开挖的原则是必要和正确的选择，先保留坑边的土方以增加被动土压力护壁，然后加快支撑的形成，充分体现了利用时空效应的效果。
3）根据工程的实际情况，以后浇带为分隔，先施工宿舍两侧的承台砼，本工程中是使保护建筑变形尽快稳定的关键所在。
4）距保护建筑物3m范围内进行支撑爆破拆除，采取人工先行切断及小当量药量是将爆炸损伤降低到最小的有效方法。
5）施工过程中跟踪监测和信息特别重要，施工过程中的信息化指导是预防工程事故，判断工程安全最权威、最直接的手段，也是工程施工实施效果检验的主要依据和方法。本工程预案中考虑的第二道钢支撑及快速、分层、跟踪注浆，由于监测反映的保护建筑变形安全、稳定的信息而最终没有采用，这不但给工程缩短了工期，更是给业主节省了一大笔的经济费用。
6）本工程管线位移和道路沉降大部出现在基坑最长边的中间部位和后浇带留置部位，基坑最长边的中间部位是由于受到的被动土压力最大而引起的，这事先早有预料；而后浇带留置部位变形如此之大是始料不及的，这就引起我们的反思，对周围环境保护要求比较高的情况下，是否该在“两墙合一”的连续墙上留置后浇带呢？通过专家的论证，并且和业主、设计协商，认为该工程的连续墙上不宜并且没有必要保留后浇带，这对我们今后类似的工程提供了借鉴依据。