市中心邻近高架桥的深基坑综合施工技术

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概述

上海闸北区嘉里不夜城三期发展项目位于上海火车站南广场，由北侧的天目西路，南、东、西侧的共和路、华康路和梅园路围合的L形地块。项目主体建筑主要为3 栋高近100 m的办公楼、1 栋2 层商业裙房及3 层地下室（含一个夹层）组成。总建筑面积143 972.3 m2，其中基坑面积约为12 616 m2，总长约为520 m，基坑形状呈不规则L形。基础采用桩基筏板形式，底板厚度1.2～2.4 m。基坑开挖深度为17.0～18.2 m，电梯井、集水井等深坑再落深1.4～3.7 m。基坑安全等级为一级。

1.1 工程地质概况

本工程地基土在基坑开挖深度范围内，主要以饱和粉性土及饱和淤泥质粉质黏土为主。

其中②3层以砂质粉土为主，且呈松散状态，基坑开挖时易产生流砂或管涌问题。基坑底部位于第④层淤泥质黏土底部、第⑤层粉质黏土顶部，深基坑开挖后土体会有一定的回弹，对基坑支护结构、周围邻近建筑、地下管线有一定影响。

1.2 周边环境及高架桥概况

本工程西北侧为正在营业的不夜城商场（该建筑物与地下室外墙的最小距离约为12 m），东侧是为不夜城电话局（该建筑物与地下室外墙的距离约为22 m），南侧为高档住宅区，周边道路地下存在电话、燃气、污水、电力、上水、信息等管线，其中天目西路侧电缆线与地下室外墙的距离仅为10.6 m。项目北侧为交通主干道的天目西路，有连接南北高架的2 个匝道口，地面和高架道路在此交汇，交通繁忙，车辆多。其中安全保护区范围内最近的桥台距离本工程地下室外墙约18 m，最远的桥台距离本工程地下室外墙约60 m，挡土墙距离本工程地下室外墙最近约18 m。因此在基坑施工过程中对周边环境安全保护要求相当高。

1.3 围护设计概况

基坑围护结构采用厚1 000 mm地下连续墙＋4 道钢筋混凝土支撑系统的顺作法方案。地下连续墙为两墙合一，墙深32～34 m，共93 幅地下连续墙。为减小地下连续墙成槽对周边环境的影响，本工程基坑周边采用Φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩作为地下连续墙槽壁加固。坑内被动土采用Φ850 mm@600 mm的三轴水泥土搅拌桩裙边加固。

本工程基坑支护结构剖面、支撑平面及坑内加固平面示意如图1所示。

图1 基坑支护结构示意

2 工程特点与难点

2.1 邻近高架、保护要求高

工程基坑面积为1.2 万m2，开挖深度17.20 ～18.40 m。共4 道钢筋混凝土支撑，属深基坑施工，尤其基坑北侧紧邻天目西路立交引桥段，地下室外墙与高架桥基坑边线＜20 m。其高架桥基础对地层变形是相当敏感的，控制标准相当严格[1]。

根据设计要求本工程基坑支护设计时基坑开挖对高架桥影响都按小于10 mm进行控制。因此在基坑施工过程中，对高架桥的沉降及变形控制要求相当严格。

2.2 市中心现场施工总体布局要求高

本工程的施工现场场地狭小，红线围墙距离基坑地下连续墙边仅4 m左右，在基础施工阶段基坑开挖面几乎占据了整个施工场地，没有空余。而且，基地北侧紧邻天目西路立交引桥段，西侧为正在营业的不夜城商场，东侧为不夜城电话局及停车场地，三处均无法开设大门，仅能在南侧共和路上开设进出大门，造成车辆出入困难，给材料和构件运输、堆放等工作增加了很大难度，对交通组织要求较高。

2.3 工程量大、工期紧

本工程4 道支撑共计1.2 万 m3混凝土，5 层土总土方量共计22 万m3，底板混凝土共计2.2 万m3。根据业主要求，从挖土至基础底板完成须在6 个半月的，工期相当紧。

3 关键施工技术及高架桥保护措施

3.1 地下连续墙围护施工保护措施

为减少地下连续墙成槽施工对高架桥的影响，并增强该侧地下连续墙的止水性能及施工质量，在邻近高架桥一侧地下连续墙两侧设置Φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩槽壁加固，其中坑外一侧采用套打、坑内一侧采用搭接250 mm。

采用两喷两撑施工工艺，水泥掺量为20%，水灰比1.5。坑内设置三轴水泥土搅拌桩坑内加固，加固体宽度为5.65 m，加固范围为第二道支撑底至基底以下5 m，第二道支撑底至基底范围内加固体水泥掺量为10%，基底至基底以下5 m范围内加固体水泥掺量为20%。加固体与地下连续墙之间采用Φ600 mm@400 mm高压旋喷桩作为填充。

围护桩总体施工流程如下：地下连续墙两侧槽壁加固→地下连续墙→坑内三轴水泥土搅拌桩裙边加固→高压旋喷桩填充

在施工槽壁加固时，针对高架桥一侧实施采取“跳打法”。即每施工15 m，跳开20 m，相邻搅拌桩施工间隔2 d。减少对高架桥及周围环境的影响。

高架桥一侧的地下连续墙不流水施工，并减少墙幅长度，缩短单幅槽段的施工时间，保证1 d完成一幅地下连续墙，施工时“做一跳五”，必须待前一幅地下连续墙混凝土浇筑完成后，方可进行下一幅槽段的施工。单幅连续墙施工严格控制在20～24 h之间（成槽至混凝土浇筑完成），在地下连续墙钢筋笼放置好以后，5～10 辆混凝土搅拌车必须就位等待，同时选2 家混凝土泵站一起供料，以保证混凝土及时连续的供应，尽量在最短的时间内将槽段施工完成[2]。

3.2 混凝土支撑及栈桥优化

3.2.1 栈桥优化

由于红线围墙距离基坑地下连续墙边仅4 m左右，无法沿基坑周边布置环形车道，且仅能在南侧共和路上开设进出大门。因此如何通过合理布置栈桥，以完成基坑挖土及地下室阶段场内交通至关重要。

通过与设计单位的积极沟通，对首道支撑栈桥进行了优化调整（图2）：首先在T1区东西两侧分别设置2 个取土码头；增加T1区的取土点。其次将T3、T2区栈桥环通，并将1#、2#大门中间栈桥贯通，增加车辆通行及调头的场地，使场内施工车辆出入更为便捷；提高通行效率。再次利用原有厚1 m的地下连续墙，在地下连续墙顶上设置钢筋混凝土架空板，使场地周边道路宽度增加至5 m，大大缓解了材料堆场过小的问题。

图2 优化后的支撑栈桥布置示意

3.2.2 增设斜抛撑

由于本工程地下首层层高达7.6 m，拆撑阶段为减小地下连续墙跨度，减少对高架桥及周边环境的影响，经与设计沟通，在地下1层结构梁板上设置1 道钢管斜撑。钢管斜撑采用Φ609 mm×10 mm钢管，钢材采用Q235B级钢。换撑围檩中心标高为－3.95 m。

钢斜撑的一头撑在原有钢筋混凝土圈梁扶壁柱上，另一头撑在地下2层混凝土结构楼板底座上。钢斜撑两端分别焊接在事先预埋在扶壁柱和楼板内700 mm×700 mm的钢板上。钢支撑在第二道支撑拆除后，第一道支撑拆除前安装完毕。安装时采用塔吊将换撑吊入基坑换撑位置，并搭设临时架子进行安装。待地下首层结构完成并达到设计强度后进行拆除。施工地下室顶板时，预先在钢换撑位置埋设吊钩，拆除钢换撑时利用神仙葫芦进行吊运拆除。

3.3 降水施工保护措施

对坑内浅层土体进行真空疏干降水，按单井有效抽水面积240 m2共设置54 口疏干井，采用多级滤水管，每台真空泵带3 口疏干井，真空度不小于0.05 MPa。

由于地下连续墙未完全隔断地下承压水层，需对开挖深度以下的承压水进行“按需减压”降水，经计算共需要减压井15 口（同时在基坑外布置4 口承压水位观测井），在正式降水运行前利用部分降水井进行群井试抽水试验，根据抽水量及观测井的承压水位，确定开启的减压井数量及抽水速率，合理控制承压水水位，将减压降水对环境的影响控制到最低程度。尤其针对T1区（靠近高架桥）区域采取提升降压井的滤头，从⑦2层调整至⑦1层，减少其对高架桥的影响。

另外在基坑外（靠近高架桥侧）专门布置2 口承压水位观测井兼做回灌井，以根据地下水位监测结果指导降水运行。同时为确保减压降水井的不间断工作，在施工现场配备50 kW备用发电机，保证降水作业的顺利进行。

3.4 挖土施工保护措施

在挖土前经心策划，遵循“盆式开挖、留土护壁、限时对称开挖”原则，将2～4层土方分为9 大块20 小块（图3），分层分块进行施工开挖。开挖采用中间先挖、待中间支撑形成后地下连续墙处再抽条挖土，随挖随做支撑[3]。合理布置多个出土点，各分块的挖土、支撑施工进行流水搭接施工，每个出土点布置独立的土方车辆开行路线，减少运输距离，减少土方施工的接力传土能耗，加快开挖速度。

图3 优化后的挖土分块（共9 大块）

为减少对高架桥的影响，对靠近高架桥一侧的基坑角部增大留土面积，将8-1、8-2分块面积增大。并由中部向围护墙体留护坡退挖。边坡土体分层高度不大于2 m；抽条宽度不大于30 m；放坡坡度不大于1∶2。

3.5 基础垫层及底板优化措施

在挖土及施工混凝土支撑时，将原支撑厚100 mm素混凝土垫层底模改为废旧木模板，大大节约了混凝土用量，降低了费用，而且缩短了混凝土垫层凿除剥离的时间，缩短了挖土工期，减少了基坑暴露时间，大大降低了对周边环境的影响。

同时为加快北侧邻近高架桥区域基础垫层及基础底板的形成，在原4 条后浇带基础上，在T1区域北侧增设1 条东西向伸缩后浇带，缩短施工时间，加快此区域垫层与底板的形成。并将2-1区原素混凝土垫层调整为配筋垫层。

4 监测成果分析

基坑施工的共性在于施工工况中始终存在围护结构的悬臂状态，即被动土体挖除阶段与支撑体系形成之间的间隙期。此期间为围护暴露时间，也是对周边环境影响最大的时间。

这就是基坑开挖中经常运用的时空效应规律，做好监测工作可以合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的潜力，从而达到保护周边环境的目的[4]。

根据第三方监测数据，本工程基础施工过程中，高架桥监测数据均远远小于10 mm的设计值要求。其中高架桥梁最大累计下降量为－4.90 mm，高架桥墩累计沉降量为－5.03 mm。地表沉降最大累计为－10.49 mm，地下水位最大累计量为－82 mm[5-8]。

从基坑开挖至地下室施工结束的整个过程中，成功地控制了高架桥及周边环境的变形量。

5 结语

本文所描述的工程工期紧张，场地十分狭小，尤其地处闹市中心，邻近高架桥，对周边环境保护要求高，通过在基础施工阶段采取综合的施工技术及管理手段，将基坑变形控制在可控范围内，从而较好地保护了原有高架桥，达到了理想的效果，也为今后类似工程提供了成功的借鉴案例。