尚郡小区大面积不规则基坑围护施工

■ 姚小鹍 Yao Xiaokun

0 工程概况

上海万源城F街坊尚郡小区为高档精装修房住宅小区，位于万源路以东，南靠顾戴路，东临莲花路，北面是平吉路。该项目地块呈梯形，基地面积100 908m2，总建筑面积约24.9万m2。小区建有19栋18～30层高层框架剪力墙结构住宅（地下一层），配有1幢3层商业中心（地下一层）、2层居委会、地下车库（地下二层）、地下行车廊（地下一层）及中小学部教学楼和其他配套的公共服务建筑设施（图1）。项目于2009年12月份开工，目前已竣工交付中。

图1 万源城尚郡项目平面图

1 项目地质情况

现场自然地面±0.00相当于绝对标高+4.50m，据勘探，场地浅部（约20.0m以上）地基土分布较稳定，主要以饱和黏性土为主，底部第⑤1层夹粉性土。中深部地基土在深度约20.0～45.0m（局部达49.9m）分布不稳定，场地西北部局部区域（中小学部教学楼）属正常地层分布区，第⑥层层面埋深26.0～31.0m，第⑦1层层面埋深29.0～33.4m；西面10#楼的西北角也属正常地层分布区，其余场地属“古河道”区域，以粉性土和砂土（第⑤2层）为主，受“古河道”切割、冲刷沉积影响，第⑥层暗绿色黏性土缺失，第⑦1层砂质粉土零星分布，“古河道”区域各土层分布和土性有较大差异。深部地基土第⑦2-1层粉砂缺失或层面埋深较深且有起伏，第⑦2-2层粉细砂层面埋深较深且有起伏。场地地质条件及基坑围护设计参数见表1。

表1 场地地质条件及基坑围护设计参数

2 施工难点

本工程地下车库面积大，为7.7万m2，开挖深度8.15m，局部深坑处开挖深度为9.45m。周边环境复杂，对环境保护的要求较高。

综合上述情况，本工程难点在于：

⑴基坑面积大，且不规则。

⑵周边道路均已形成，并且地下管线较多，其中最近的道路距离地下车库基坑距离仅为13.5m。

⑶现场地质条件复杂，场地范围内有数条暗浜分布，最大宽度约为25m，最大深度4.5m，地下水位高，土层渗水系数大。

⑷因施工工期较紧，地库与号房同时施工，但施工层数为地上不超过10层。

3 围护设计

本项目基坑施工对周边环境影响控制指标要求邻近建筑物沉降≤25mm，附加倾斜≤2.5‰，管线相邻两监测点（间距约20m）沉降差10mm，水平位移差10mm。基坑设计方案的选定综合考虑了本工程的特点及周边环境要求，在满足地下室结构土建施工及确保周围环境安全可靠的前提下，为了方便施工及提高工效的标准，并考虑其经济合理性，采用钻孔灌注桩+搅拌桩的围护型式，内支撑采用钢支撑对撑加角撑，局部设置混凝土支撑桁架。因周边重车荷载及堆载较多，为控制其变形，将自然地面土方卸载至主楼底板面标高（即卸载1.75m土方），车库外围考虑作为施工道路和场地使用，土方不卸载。

3. 1 地下车库围护设计

地下车库地下2层开挖深度8.15m，面积34 890m2，边长1 920m，是本工程围护设计的重点（图2、3）。

(1)地下车库距离主楼较近处，因大部分主楼底板面标高均为2.75m（即自然地面算起向下-1.75m），考虑经济性，同时充分利用各主楼的开挖深度，车库基坑周边均卸载至主楼底板面标高（即土方卸载1.75m），卸载宽度9.0m，即2层车库基坑开挖深度减小为6.40m，采用钻孔灌注桩+深层搅拌桩的围护型式，钻孔桩采用Ф700@850，桩长13.25m，钻孔桩进入坑底以下8.35m，止水搅拌桩进入坑底7.35m。

(2)车库距离主楼较远处，其外围作为施工场地和道路使用，土方不卸载，采用Ф850@1000钻孔灌注桩，桩长14.25m，钻孔桩底进入坑底9.35m，止水搅拌桩进入坑底以下7.35m。

图2 围护支撑平面图

图3 围护支撑剖面图

(3)南侧靠近大直径雨水管区域，在坑内设置两轴搅拌桩暗墩加固，搅拌桩长4m，暗墩宽度4.2m。

3. 2 地下行车廊围护设计

地下行车廊开挖深度5.80m，为各主楼及地下车库地下室完成后开挖，且西北侧为万源学校施工场地，不能采用放坡开挖，同时也无法卸载，根据上海市相关文件规定，开挖深度大于5.0m时不得采用复合式土钉墙，因此采用搅拌桩重力式挡墙的围护型式，坝体宽度4.70m，桩长12.5m，暗浜区域坝体宽度加宽至5.20m。

3. 3 支撑系统

综合考虑经济性、施工挖土方便性、施工进度周期，同时为了有效地控制基坑变形，经过优化比选，决定采用钢支撑，平面型式为对撑加角撑，局部设置混凝土支撑桁架。钢支撑具有安装、拆除方便和支撑跨度较大的优点，且可施加一定的预轴力，对基坑周围的环境能起到很好的保护作用。

本工程支撑体系采用双拼Ф609×16钢管及700×700(800×800)钢筋混凝土支撑，开挖时应先撑后挖，即开槽设置钢支撑并施加预应力后，方可开挖支撑以下的土方。开挖至坑底后，浇筑垫层、底板，底板与围护桩之间设置400厚素混凝土传力带，设置地下车库中楼板与围护桩之间的传力带，对中楼板浇筑并养护，待强度达70%左右后即可以中楼板作为换撑，拆除支撑。

3. 4 局部深坑加固措施

主楼电梯井深坑落深2.95～3.15m，采用周圈设置搅拌桩坝体并设置压密注浆封底，坝体宽度2.70m，桩长7.5m；地下车库集水坑等落深1.30m，贴边深坑处采用围护墙体加强并设置坑内加固的型式进行加固。

3. 5 暗浜区加固措施

由于场地内有数条暗浜分布，浜填土成分复杂，土质软弱，该区域采用相应的加强措施：①浜土采取挖除换填；②重力坝宽度加宽0.50m，搅拌桩水泥掺量增加2%；③放坡宽度适当增加，坡度放缓。

3. 6 阳角处加固措施

因车库形状很不规则，阳角多，为控制其位移，采用搅拌桩暗墩进行加固，暗墩宽度4.20m，加固深度4.0m。

4 基坑围护施工

4.1 钻孔灌注桩施工

本工程车库部分围护采用Φ 850@1000钻孔灌注桩，钻孔灌注桩进入坑底9.35m，桩长14.25m；局部主楼与车库较近处采用Φ700@850钻孔灌注桩，桩长13.25m，混凝土设计强度为水下C30。钻孔灌注桩施工工艺流程见图4。

(1)钻孔灌注桩成孔用钻头直径应与桩的设计直径等长，桩身实际灌注混凝土体积与按设计桩身计算体积加预留长度体积之和的比，即充盈系数不得＜1，也不宜＞1.3。

图4 钻孔灌柱桩施工工艺流程图

(2)成孔应一次性不间断地完成，不得无故停钻，成孔过程中的泥浆密度一般控制在1.10～1.3kg/cm3，若遇特殊地质不易成孔时，应采用特制泥浆，确保成孔质量。

(3)清孔应分二次进行，第一次清孔在成孔完毕后立即进行，第二次清孔在下放钢筋笼和浇捣混凝土导管安装完毕后进行。

(4)钢筋笼安装位置确认符合要求后，应采取措施使钢筋笼定位，防止灌注混凝土时钢筋笼上拱。

(5)混凝土灌注过程中，导管应始终埋在混凝土中，严禁将导管提出混凝土面。

(6)混凝土实际灌注高度应比设计桩顶标高高出一定高度，其最小高度不少于桩长5%，且≥2m，以确保桩顶混凝土质量。

(7)混凝土在浇注过程中，现场应进行塌落度测定，测定次数如下：单桩混凝土量＜25m3，每根桩上、下各测一次；单桩混凝土量＞25m3，应上、中、下各测一次。

(8)水下浇筑的钻孔灌注桩混凝土的强度应比设计强度高一等级进行配制，以确保达到设计强度。

4.2 深层搅拌桩施工

本工程深层搅拌桩为Φ700@500mm双头水泥搅拌桩，水泥掺量为13%。由于施工场地内含有暗浜，该区域二轴搅拌桩的水泥掺量提升为15%。水泥均采用42.5级普通硅酸盐水泥。

为确保桩长、桩身强度和均匀性要求，必须做到了以下几点：

(1)严格按照设计要求配置浆液水灰比在0.55。

(2)桩体施工为二喷三搅工艺为：搅拌下沉——喷浆提升——搅拌下沉——喷浆提升——搅拌下沉——搅拌提升——完成。土体应充分搅拌，严格控制下沉速度，使原状土充分破碎以利于同水泥浆液均匀拌和。

(3)桩顶设计标高与施工场地地面标高接近时，应特别注意桩头的施工质量，搅拌机自地面以下1m喷浆搅拌提升出地面时，宜用慢速；当喷浆口即将出地面时，宜停止提升，搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。

(4)保证养护时间不少于28d。

4.3 支撑立柱

本工程支撑立柱桩基础采用钻孔灌注桩，桩径Φ800mm，桩长15m，立柱采用480×480格构钢立柱，主受力构件为Φ609钢管和4L125×12等边角钢，立柱插入钻孔桩基础3.0m。

用全站仪根据坐标进行钻孔定位，精确测定孔口标高，保证吊筋长度准确，确保立柱顶标高符合要求，用经纬仪或吊垂线保证立柱安放定位与轴线重合，确保质量。

4.4 基坑降水施工

本工程地下车库采用深井井点降水，其余区域采用轻型井点降水。

⑴降水深度：本工程水位在地表下0.3～2.3m左右，为了提高被动土压力，土方开挖前要进行坑内预降水，降水深度控制在坑底下1m。

⑵降水时间：降水应在挖土前2～3周进行，降水期间应通过坑内外水位观测井及时掌握实际降水情况。一般在14d左右。

⑶降水单位需在基坑降水期间测报每天的抽水量和坑内水位。

⑷明排水措施：除井点降水外地面及坑内应设明排水措施，及时排除地面雨水及基坑流水,及时用水泵抽出坑内，不得在坑内周边挖设排水明沟。

4.5 基坑土方开挖

土方开挖在降水达到设计标高以后进行，先开挖主楼与车库的围护圈梁及混凝土支撑施工，分层开挖，先撑后挖，开挖主楼基础，在施工主楼基础底板完成并养护7d后，同时地下车库开挖条件具备（围护桩、圈梁及支撑强度，钢支撑预应力完成、坑内水位降水到位），才可开始对地下车库的开挖。由于本工程工期紧，围护结构采用加设内支撑的方式，因此在车库基坑施工期间（即车库顶板完成并回填土结束前），主楼的上部主体结构可同步向上施工，但允许施工层数为地上不超过10层，并要求主楼外侧重力式挡土墙及放坡与主楼之间不回填，不对主楼造成侧压。主楼距离车库较近，且部分区域采用放坡开挖，先行开挖可对车库周圈进行卸载，减小车库开挖深度。挖土中机械不得碰撞支撑杆件，开挖面的高差在2.5～3m，主要控制不均衡土压差，在整个土方开挖过程严密监测基坑围护，防止坍塌和偏移。基坑边严禁大量堆载，地面超载一般控制在20kN/m2以内。机械进出口通道铺设路基箱扩散压力，机械挖土，配合人工进行修整土，严格控制挖土深度及平面范围，严禁超挖；如超挖，其挖坑应用砂回填，严禁用松土回填。开挖最下一层土方时，需随挖随浇捣垫层，暴露面积≤250m2。开挖到坑底时，混凝土垫层要直接浇捣至围护桩内侧，为保证挖土过程的边坡稳定，分层开挖放坡坡度严格按围护设计图纸，放坡台阶长度≥3m。

地下行车廊东侧区域距离已建主楼较远，采用两级放坡开挖土方，一级土方坡高3.75m，坡宽7.0m（暗浜区8.0m），平台宽2.0m；二级土方坡高2.05m，坡宽4.0m（暗浜区5.0m），按综合坡比1：2.24（暗浜区综合坡比1：2.58）进行土方开挖。开挖时需注意，因边长较长（约280m），为减小长边效应，应采用分块开挖，先期开挖部分底板，完成后方可开挖下一部分。

在挖土施工中，严禁挖土机撞击混凝土支撑下钢格构柱与井点降水管，并且随挖随对钢格构柱与支撑进行连接，按顺序组织流水施工作业。挖土须在桩两边对称进行，高差不超过0.8m，防止软土滑陷而发生桩身位移。

5 基坑施工监测

5.1 监测警戒值确定

在基坑施工中，为确保施工安全，时时注意动态跟踪，严密监测，根据本工程的实际情况，确定基坑围护施工和开挖施工为监测工作的重点阶段，考虑现场周边环境情况及设计提出的监测技术要求，本基坑围护体系监测警戒值控制如表2。

5.2 基坑监测具体做法

⑴围护结构顶部位移监测布设，在搅拌桩压顶顶部每隔10m布设监测点。

⑵灌注桩桩身测斜管，在钻孔灌注桩成桩期间，随钢筋笼一起沉入测斜管，测斜管深度与灌注桩深度相同，埋深约15m；设深层土体测斜监测点，沿基坑围护间距约30m，采用钻孔埋设PVC测斜管，埋深为18m。侧向位移在基坑开挖过程中很敏感, 是确定围护体系是否安全的一个重要数据。

⑶支撑轴力监测布点，将表面应变计焊接在钢支撑侧面。

⑷坑外水位监测点，布点间距约30m，布置在止水帷幕的外侧约2m左右，水位孔深度为8m。通过测量基坑外地下水位在基坑降水和基坑开挖过程中的变化情况，了解基坑围护结构止水效果，以及时发现和防止围护结构渗漏、基坑外水土向坑内流失等情况。

⑸监测频率正常情况下每日1 次，在挖土及有数据超出报警或发生突变时，监测频率加密。

5.3 基坑施工监测效果分析

⑴通过连续监测，我们发现在土方挖至第一道支撑前，基本上没有位移（基坑水平变形位移及围护体的水平位移），这说明一道内支撑及钻孔灌注桩、水泥土搅拌桩的刚度是可行的。在挖到基坑底时有少量位移，到底板混凝土浇捣2周后，基本保持不变。位移方向基本面向基坑内，是正常的支撑体的压缩变形所致。

⑵基坑外地下水位监测显示，其水位变化范围比较平稳，没有明显起伏情况，说明本围护体的止水效果较好。

⑶本工程大致可分为3个阶段，第一阶段为挖土至第一道支撑前，对周围沉降影响较小；第二阶段为挖土至基础底板混凝土浇筑前，通过监测发现，这个阶段沉降变形较大，是挖土施工较危险的时期，因基坑底被动区土体经扰动等因素，土体界于塑性状态，说明基坑不能暴露过长时间，应加快施工进度，浇筑底板混凝土；第三阶段为底板混凝土浇捣的延续时间，约2周，监测发现沉降有少量发展，说明基坑后期有剩余变形。

表2 基坑围护体系监测警戒值

通过监测，确保了整个基坑在施工过程中处于全方位全时段可控范围中。在整个基坑施工过程中，未发现围护体系渗漏水，坑内深井降水效果明显，基本保持干燥状态下操作，便于挖土作业顺利进行。监测数据显示，围护结构顶部最大位移为28mm，基坑地下管线最大位移为8.8mm，建筑物底板最大水平位移为1.7mm，垂直位移3.1mm，均在设计要求之内，结果表明房屋整体不均匀沉降远小于规范规定的限值，支护体系合理有效。

6 结语

大面积不规则基坑施工是一项技术难度较大，施工管理要求高的工程。本项目通过科学选型、设计，针对不同的施工工况及周边环境因地制宜采用了不同的围护形式，严格按规范要求施工，保证了超大型基坑围护施工的顺利进行，同时均衡主楼、地下车库、地下行车廊等单体的地下工程施工，全程动态监控，保质保量地完成了基坑围护施工，使周边环境变形得到了有效控制，达到了经济、高速、安全的预期效果，为同类项目的施工提供借鉴。