軟土地區(qū)大面積不規(guī)則深淺基坑分區(qū)施工技術(shù)應(yīng)用

邵 龍，王旭峰

（1、上海市水利工程集團有限公司 上海 200050；2、同濟大學(xué) 上海 200092）

0 引言

長三角地區(qū)為典型的軟土分布區(qū)，隨著江浙滬地區(qū)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，工民建等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求巨大。21 世紀以來，長三角地區(qū)高層建筑地下室、地下商場、地鐵等地下空間工程得到空前的發(fā)展，基坑越挖越大、越挖越深。該地區(qū)土質(zhì)多為軟土，多為淤泥質(zhì)土層。淤泥質(zhì)土抗剪強度低，一般呈現(xiàn)流塑狀態(tài)，多含有機質(zhì)，基坑開挖后自立性差。軟土具有典型的低強度、高壓縮性、高含水率及低滲透性等特點，在土方開挖過程中位移量大且持續(xù)時間長，對基坑支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的穩(wěn)定十分不利。在軟土區(qū)域搞基坑工程建設(shè)，施工難度大，基坑支護造價高，對周邊環(huán)境影響也較大［1-5］。學(xué)者以及對軟土地區(qū)深基坑支護設(shè)計形式、有限元數(shù)值模擬分析、局部陽角優(yōu)化措施以及軟土區(qū)域相鄰基坑支護結(jié)構(gòu)受力影響特征及機理進行了一定的研究［6-10］。針對軟土地區(qū)深基坑工程施工的特點，以上海某大型高層住宅項目基坑工程案例為背景，應(yīng)用“時空效應(yīng)”原理，對大面積不規(guī)則深基坑進行合理的基坑圍護支撐施工和土方分區(qū)分階段開挖施工等施工技術(shù)應(yīng)用，保證了工程的順利完成。

1 工程概況

1.1 建筑結(jié)構(gòu)概況

某工程為新建住宅小區(qū)，地塊總用地面積約18 866.90 m2，總建筑面積為76 917.23 m2，地上總建筑面積為52 827.32 m2，地下建筑面積為22 026.68 m2。新建建筑物為4 棟高層住宅，層數(shù)分別為15、18、20、24 層；2 棟多層公建，層數(shù)為4、5 層（位于地下車庫頂板上）；2棟1層的開關(guān)站（位于地下車庫頂板上）；1個2層獨立地下車庫組成。高層住宅設(shè)獨立1層地下室。

1.2 基坑概況

本工程為地下2層∕1層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，最大開挖深度10.25 m，基坑面積約15 467 m2，外圍周長533 m。基坑安全等級二級，環(huán)境保護等級為二級。

開挖深度為10.25 m 的深基坑圍護結(jié)構(gòu)采用φ800@1 000 mm∕φ900@1 100 mm 鉆孔灌注排樁結(jié)合兩道水平支撐的支護結(jié)構(gòu)型式（均為鋼筋混凝土支撐），灌注樁樁長21.3 m∕22.3 m，樁底標高-23.4 m∕-24.4 m；鉆孔灌注排樁外側(cè)設(shè)置φ850@600 mm 三軸攪拌樁止水帷幕；圍護樁與裙邊加固之間采用壓密注漿處理，水泥摻量10%；坑內(nèi)裙邊加固采用三軸攪拌樁，水泥摻量20%。為防止基坑外圍雨水匯入基坑，在基坑外側(cè)設(shè)置磚砌排水溝。

垂直支撐采用440 mm×440 mm角鋼格構(gòu)柱，鋼材型號為Q235B，并進行水平連接。格構(gòu)柱下柱樁采用直徑700 mm的鋼筋混凝土灌注樁，格構(gòu)柱伸入灌注樁3 m，伸入支撐50 cm?；庸こ淌┕ね瓿梢院?，部分柱樁兼作為地基處理樁基的一部分加以利用。格構(gòu)柱穿越底板處應(yīng)加焊止水鋼板。

為了減小圍護結(jié)構(gòu)的變形，增強其整體穩(wěn)定性，對坑底土體采用φ850@600 mm 三軸攪拌樁加固，加固范圍為灌注樁排樁往基坑方向5.05 m，攪拌樁水泥摻量20%。

針對開挖深度較淺（3.7 m、3.8 m、3.9 m 不等）基坑部分，且與深基坑支撐體系無直接聯(lián)系區(qū)域采用三軸攪拌樁止水，結(jié)合重力壩圍護形式。并在三軸攪拌樁中間排內(nèi)加入插筋@500 mm，長度1 500 mm，兩側(cè)邊緣排內(nèi)插入φ48×3.5 mm 鋼管，長度5 000 mm。深淺基坑交界處采用三軸攪拌樁止水結(jié)合灌注樁的圍護形式。

2 施工部署

2.1 總體施工流程

本基坑工程施工根據(jù)基坑深淺分為兩區(qū)兩階段施工，先施工深基坑（10.25 m 深基坑區(qū)域），為一階段基坑施工；深基坑區(qū)域出±0.00 m 后，再進行淺基坑區(qū)域施工，為二階段施工。具體分為3個施工工況：①基坑圍護樁及工程樁施工；②一期基坑順作施工，完成地庫封頂；③二期基坑順作施工工況。待一期地下室完成且強度達到后，傳力帶和回填施工完成，再進行二期基坑施工。

2.2 場內(nèi)交通組織

為保證地下室頂板澆筑交通便利，及二階段基坑土方開挖便利，棧橋采用架高作法，棧橋板厚250 mm，面相對標高-0.1 m，與地面道路相接?；娱_挖階段場內(nèi)主要交通采用中間南北向棧橋和基坑周邊臨時道路。場內(nèi)臨時道路采用300 mm 厚C20 混凝土澆筑面層內(nèi)配φ14@200 mm 雙層雙向鋼筋?；娱_挖施工階段場內(nèi)主要交通組織如圖1所示。

圖1 場內(nèi)道路（棧橋）Fig.1 Road Inside the Stadium（Trestle）

3 施工技術(shù)

3.1 樁基圍護施工

圍護樁先施工三軸攪拌樁，再施工灌注樁，再施工裙邊加固，最后施工壓密注漿；地下室工程樁亦全部是鉆孔灌注樁，與圍護樁同步施工。兼作格構(gòu)柱立柱樁的先施工，提前具備強度，為后續(xù)支撐施工及土方開挖創(chuàng)造條件。

三軸攪拌樁主要用作基坑圍護防滲及坑底加固。為確保基坑抗?jié)B穩(wěn)定，防滲三軸攪拌樁應(yīng)在圍護灌注樁施工前進行。為提高工程進度，投入2 臺步履式三軸攪拌樁機進行施工，其中1 號機沿著紅線所示施工裙邊加固及集水井加固三軸攪拌樁，2 號機沿著地庫邊線施工三軸止水帷幕。水泥攪拌樁施工采用“兩噴三攪”的施工工藝。

支撐施工順序：先開挖鑿除圍護樁樁頭，施工圈梁。開挖第一層土方，施工第一道鋼筋混凝土支撐。開挖第二層土方，施工混凝土圍檁、鋼筋混凝土支撐，待圍檁、支撐混凝土強度達到設(shè)計強度的80%時，開挖第三層土至坑底，進行混凝土墊層、底板澆筑；底板制作的同時設(shè)置底板傳力帶。首道支撐施工工藝流程：平整場地?放線定位?挖槽及處理棄土、鋪設(shè)纖維板?圍檁鋼筋綁扎?主撐鋼筋綁扎?次撐鋼筋綁扎?節(jié)點鋼筋綁扎?側(cè)模安裝?混凝土澆筑?混凝土養(yǎng)護?拆模。

3.2 降水井點施工

本工程深基坑土體挖到自然地坪下約9.85 m，淺基坑開挖深度3. 7m∕3.8 m，為便于土方開挖，確?；影踩?，深基坑區(qū)域采用深井降水，淺基坑區(qū)域采用輕型井點降水，如圖2所示。

圖2 降水井分布Fig.2 Distribution of Dewatering Wells

在圍護、工程樁及加固結(jié)束后土方開挖前布置真空深井，采用GJ-200（YJ）型工程鉆機及配套設(shè)備施工，施工順序根據(jù)現(xiàn)場情況而定。井點定位?開孔?鉆孔?下井管?回填濾砂?安裝真空泵?安裝真空水管?密封井口?降水運行。

深基坑區(qū)域井點施工完成后，進行降水驗證試驗，檢驗基坑降水效果，并間接判斷開挖前隔水帷幕的隔水效果。開挖前15 d進行預(yù)降水，確保正式開挖時降水深度至開挖面下0.5～1.0 m。

3.3 土方開挖

土方開挖是先開挖深基坑區(qū)域，待該區(qū)域地下結(jié)構(gòu)出±0.00 m后，再開挖淺基坑區(qū)域。

基坑開挖、支撐及墊層施工遵循“分層、分塊、抽條、留土護壁、對稱、限時、先撐后挖”的總原則進行，利用時空效應(yīng)原理，盡量減少基坑無支撐的暴露時間，嚴格控制基坑變形。

每層每塊開挖完成，暴露支撐工作面后，及時制作并澆搗支撐混凝土，待上一道支撐形成整體并養(yǎng)護達到圍護設(shè)計要求強度后，方可進行下一層土方開挖。

基坑內(nèi)局部深坑在大底板底標高挖到位后，經(jīng)定位放線后采用小挖機跟進開挖。

挖土流程、順序和方式應(yīng)嚴格按照施工組織設(shè)計進行，不得超挖，開挖面的高差應(yīng)控制在2 m 之內(nèi)，并按1∶2左右放坡；挖土機械如需在支撐上運作，必須覆土高于支撐頂面300 mm 并鋪設(shè)路基箱，嚴禁在底部淘空的支撐構(gòu)件上行走與操作；立柱周邊必須對稱淘空，以防立柱受力不均勻。

深坑區(qū)第一層土（自然地面至第一道支撐底地面之間）及淺坑區(qū)土方采用大開挖。第二層土（第一道支撐與第二道支撐之間）采用大開挖，在無支撐部位留土，便于支撐完成后回填設(shè)置坡道。第三層土方（對應(yīng)第二道支撐以下的土方）采用階梯式大開挖（由兩側(cè)向棧橋方向開挖），結(jié)合分塊的方式進行。最后30 cm土方及落深區(qū)土方采用人工結(jié)合小挖機開挖。

第一層土開挖：①本次挖土采用分3個區(qū)施工，每個區(qū)土方開挖后及時澆筑支撐，對于對撐主桁架和坑邊支撐要求在48 h 內(nèi)完成與先前施工支撐的對接受力。②采用5 臺現(xiàn)代200挖機，停在自然地坪上挖土，并配15輛土方車。

第二層土開挖：第二層土方開挖分3 個區(qū)按順序進行。一區(qū)采用大開挖方式，由西向東退挖，在二區(qū)未開挖部位設(shè)置1∶7 坡道，一區(qū)開挖出的土方由坡道經(jīng)棧橋出場；二區(qū)、三區(qū)出土主要利用棧橋，采用階梯式向棧橋退挖開挖。一區(qū)開挖全部采用200標準臂挖機，二區(qū)、三區(qū)開挖底層采用200 標準臂挖機，放坡平臺處為120小挖機，棧橋上為200標準臂挖機。

第三層土開挖：第三層土方開挖分3 個區(qū)按順序進行。一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)均利用棧橋，采用階梯式向棧橋退挖開挖。先開挖一、三區(qū)，最后開挖二區(qū)。開挖底層均采用200 標準臂挖機，放坡平臺處為120 小挖機，棧橋上為18 m長臂挖機。

坑中坑挖土：①電梯井等深坑區(qū)域大基坑墊層施工完成后，采用1∶1放坡開挖，在坑邊停設(shè)1～2臺住友100 挖機，在坑邊取土，并配工人人工扦土，斜坡施工配筋墊層。②底板上集水井、隔油池等坑中坑采用1∶1放坡人工扦土開挖，并施工墊層。

二期淺坑土方開挖：淺坑土方開挖分3個區(qū)，采用放坡大開挖方式，采用2臺現(xiàn)代200挖機，停在坡道上挖土，并配8 輛土方車直接挖土裝車外運。到離圍護8 m左右，由小挖機坑內(nèi)挖土、翻土至坑邊附近的取土點，由坑邊的大挖機取土裝車。

3.4 換撐及回填

底板和樓板處設(shè)置素混凝土傳力帶換撐。完成地庫底板澆筑，同時完成底板與圍護樁之間傳力帶的澆筑養(yǎng)護，待底板及傳力帶強度達到設(shè)計要求后，拆除第二道鋼筋混凝土支撐。深基坑區(qū)域待負一層樓板和傳力帶強度達到80%設(shè)計強度后安裝型鋼斜撐，雙拼H 型鋼700×300×13×28 斜撐，然后拆除第一道支撐。鋼換撐與負一樓底板及冠梁處采用焊接連接，焊接鋼板在澆筑負一樓底板及冠梁提前預(yù)埋。

鋼換撐完成后，拆除第一道支撐，隨后開始施工地下室頂板，頂板達到一定強度后，坑外回填后，拆除鋼換撐。

地下室結(jié)構(gòu)完成后，地下室外墻及圍護結(jié)構(gòu)之間及時回填，避免長期暴露。采用粘土分層回填，壓實度不小于0.94。在回填之前，先將回填范圍內(nèi)的雜物清除干凈，挖除淤泥，排干積水，為土層回填做好準備?；靥钔烈鬅o夾雜垃圾、草屑、淤泥或其他有機雜物。土方回填采用分層回填、分層壓實的原則，每層回填厚度不超過25 cm，沿地下室周邊同時均勻平衡進行，并經(jīng)蛙式碾壓機分層壓實。回填壓實后現(xiàn)場進行環(huán)刀取樣測定壓實度。壓實度滿足要求后繼續(xù)回填上一層土層。

地下室留有變形縫處無法采用粘土回填時，改為粗砂細石填實，壓實度不小于0.94。

4 結(jié)語

在軟土地區(qū)基坑工程施工中，結(jié)合工程實際情況，合理制定基坑施工方案，不僅可以節(jié)約總工期和經(jīng)濟成本，而且有利于保護周邊環(huán)境。本工程結(jié)合大面積深淺不規(guī)則基坑實際情況，采用分區(qū)分階段基坑施工方案，降低施工成本，節(jié)約了施工工期，保證了基坑施工順利安全實施，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，為今后類似項目建設(shè)提供一定的參考價值。