中心城区高密度地块深基坑工程实施研究

郭 晨

（上海海泰北外滩房地产有限公司，200085）

0 引言

随着城市发展，中心城区内的旧区改造项目将会越来越多，城市更新将是下一个阶段最重要的发展方向。由于该类地块的特殊性，其上所开发项目将越来越往“大、深”方向发展，而周边建筑可能普遍都具有相当的年代，深基坑施工面临的难题日显突出。在这样复杂的环境条件下，本项目体量的深基坑势必会给周边环境造成诸多不利的损害，进而带来负面社会影响。故在正式施工前，如何将对周边环境的损害及社会影响降至最低，需要有前瞻性的去主动分析、评估并加以控制。对于评估后可能存在的重大风险源，需要分门别类且有针对性的去采取措施，为本项目自身的深基坑顺利实施做好各项准备工作。

1 工程概况

本项目位于上海虹口区，四川北路以西、七浦路以北、江西北路以东，塘沽路以南，由2 栋150m 高超高层住宅（37 层、39 层），1 栋27m 高博物馆（4 层）和一个整体地下4 层的地下车库组成。总建筑面积约16 万m2，地上建筑面积9.5万m2，地下建筑面积约7.1 万m2。

工程占地面积约 1.9 万m2，首次开挖面积约 1.68 万m2，开挖深度为19.4m～20.6m，局部深坑深度达-24.85m。本工程±0.000 相当于绝对标高+3.500m，场地内自然地坪绝对标高+2.800m（即相对标高-0.700m）。基础形式为桩基筏板，桩基为钻孔灌注桩，底板厚度为1000/2200mm。地下室为框架结构，地上住宅为框架剪力墙结构，博物馆为钢框架结构。

2 基坑周边环境分析

项目地处上海市中心城区，周边环境极其复杂。在1 倍基坑开挖深度范围内，既有历史保护建筑、超高层办公楼、学校等重要保护建筑，周边市政道路下也分布有复杂和大量的地下管线，并且其中不乏年代久远的主干线管道，都对形变非常敏感，故对本次深基坑施工提出了非常高的要求。项目周边环境及建筑详见下表1。

本工程深基坑正式施工之前，经过对周边基坑开挖深度范围内影响建筑的初始检测及多方评估分析后，认为在深基坑开挖施工时，宇航宾馆、烟草专卖局及崇明路小学这3 栋建筑将会受到较大影响，不可避免的产生附加沉降，再结合档案馆图纸调档查阅及综合分析后，最后认为烟草办公楼及崇明路小学需要进行基础加固施工，拟对其基础进行托换，减少深基坑施工引起的沉降。

3 邻近建筑结构加固

3.1 烟草专卖局办公楼

根据现场勘察结果及部分图纸资料，本建筑为内框架结构，然其外墙并非嵌固于柱与柱之间，而是外附于框架外挑的结构柱上，外墙底部立于外侧原始条形基础之上。结构柱无法保证本建筑外墙的整体性，且底部受力基础多处损坏缺失。

现场经过对烟草办公楼的仔细评估后，认为其整体性较差，抵抗振动及抗变形能力极差，加固施工可能反而会对其造成大量破坏，故经与烟草公司商议后，对该建筑采取落架重建的措施。

3.2 崇明路小学教学楼

(1)学校概况

主楼为一幢5 层（局部4 层）教学楼，建造于1958年，后期在东侧、西侧各扩建一跨，主楼西北侧贴建有一层辅楼，后期扩建、贴建房屋建造年代不详。

主楼目前平面整体呈矩形，东西向长约36.8m，南北向宽约14.5m，建筑总高约16.8m，辅楼整体呈不规则形状，主楼主体为砖混结构，设有圈梁，无构造柱。主楼东段为后期扩建钢筋混凝土框架过街楼，过街楼东侧与优秀历史建筑大桥大楼之间设缝分开，西侧与主楼主体设缝分开。

经与教育局协商后，决定对崇明路小学采取桩基础加固措施，使基坑影响范围内其基础压缩层位于基坑开挖面以下较好的土层上，同时通过桩基加固间接起到对建筑物下土体的"遮帘"效应，减少土体的扰动。

根据校方原始图纸，教学楼基础应为钢砼条形基础，而现场进场实地开挖检查后，发现教学楼基础为砖砌大放脚形式。故现场针对该特殊情况，将加固设计方案进行了优化调整，在一层所有内、外墙体地面下增设基础梁，在基础梁上再施工锚杆静压桩对原有基础进行托换。在基础梁的施工过程中，现场又发现部分房间下存在历史遗留人防结构，结合现场情况，对无法施工基础梁的墙体在墙根部采用28 号槽钢通过螺栓对拉代替。

为不影响崇明路小学师生的正常教学秩序的开展，本次加固施工，包括装修恢复加固施工必须造成的破坏，一系列工作均需要在暑假期间全部完成，设计方案调整带来的倍增的工作量给现场施工组织安排带来了巨大的挑战。

(2)现场加固设计及施工组织

本次加固施工采用的是基础梁+锚杆静压钢管桩，在建筑内、外墙体地面标高以下两侧分别施工混凝土基础梁（700×450），再设置350×450 连梁穿墙贯通连接两侧基础梁，原墙体采用薄壁钻机成孔。基础梁混凝土强度等级为C35，连梁顶采用C60 无收缩混凝土灌浆料填缝。对于局部无法施工基础梁的墙体，在其墙根部采用两根28 号槽钢对拉进行替换。

钢管桩采用Φ245×8 钢管，桩长36m，深入至⑤1b 灰色粉质粘土层，根据建筑内层高情况，将钢管桩分为18 节，每节2m。在基础梁上预留压桩孔洞，每根静压桩四周预埋6 根锚杆，作为压桩反力架固定基础。钢管桩内填芯采用C20 混凝土，桩顶采用C35 混凝土封顶，桩顶锚入基础500mm。

现场要求装修恢复单位提前进场，在加固施工作业的同时对现场重点部位进行记录，然后将教学楼施工区域划分为5 区8 大块，根据静力压桩施工的特点，集合教学楼现场的特点，分区域施工，分块移交装修单位，形成有序流水搭接，穿插提效作业。

(3)加固效果

最终现场在工程量翻倍，工期不变的情况下，依靠合理的施工组织规划，依然在既定工期内完成了所有施工作业，顺利保证了学校的正常教学秩序开展。

加固施工前，根据有限元模型测算，崇明路小学预计最大沉降将会达到28.15mm，加固后预计最大沉降为9.54mm。现场土方开挖至基础底板完成后，崇明路小学的最大沉降为10.12mm，平均沉降仅为5.44mm。

4 深基坑工程实施

4.1 工程地质、水文概况

(1)本工程地质地层从上至下分别为：①填土，②1 灰黄色粘质粉土，②3 灰色粘质粉土，④灰色淤泥质粘土，⑤1a 灰色粘土，⑤1b 灰色粉质粘土。本基坑坑底位于⑤1a 层土，故以下土层略去不表。

(2)本场地对工程建设有影响的地下水主要为第四系地层中的浅层潜水和深层承压水：

a、潜水

本场地浅部地下水属潜水类型，主要赋存于浅部地层中的填土、粘性土、粉性土中。补给来源主要为大气降水与地表径流，在勘察期间实测得地下水埋深在地表以下1.36m～1.4m。

b、承压含水层

主要含水层为⑦层的砂质粉土层，其水位呈周期性变化，埋深一般在地表下3.0～12.0m。

4.2 基坑围护体系及优化

本工程围护体系采用地下连续墙，厚度为1000/1200mm 厚，墙深46～50m。地下连续墙两侧预先采用3Ø850@1200/1800 三轴搅拌桩进行槽壁加固，水泥掺量20%，深度28～32m。水平向设置4 道钢筋混凝土支撑，电梯井深坑区域设置一道型钢(H400×400×13×21)支撑。

图2 基坑围护示意图

1.地下连续墙厚度调整

根据初始围护设计，周边环境保护等级均为二级，但后续随着对周边环境的深入了解，周边已有的建筑均具有相当年限，由于历史原因等，不少建筑原始资料的调档具有相当的难度，考虑到周边环境的复杂性，在与设计单位进行协商后，将基坑北侧、东侧、南侧的环境保护等级调整为一级，将上述3 侧的地下连续墙的厚度由1m 增加至1.2m，以期确保基坑四周的环境安全。

根据施工至大底板完成时，周边环境的监测数据对比如下表3：

表3 周边环境监测数据

其中塘沽路一侧管线及路面监测点位均为累计报警，江西北路一侧部分监测点位发生速率报警。

东西向水平对撑区域，在第四道支撑施工时，发生墙体测斜报警，东侧墙体最大累计变形 82.07mm，最大变化速率 4.83mm/d；西侧墙体最大累计变形147.15mm，最大变化速率9.06mm/d。1.2m 厚地墙区域外环境变形情况显著好于1m厚地墙区域。

2.地下连续墙幅间增加止水

现场围护施工完成后，根据以往深基坑施工经验再结合周边环境的特殊性，认为虽然本项目地墙深度理论上已经隔断⑦层承压水，但由于本工程地下连续墙均采用圆形锁口管接口，为柔性接头，可能在地墙接缝处存在一定的渗漏风险。考虑到基坑周边敏感复杂的环境，土方开挖后，临近的建筑物一旦发生渗水，抢险空间不足，将无法进行坑外抢险封堵。其次是北侧临近塘沽路区域，有深坑紧贴地墙，一路之隔又为地下3 层的超高层大楼。为避免可能发生的风险，对上述两处区域增加接缝止水。采用双高压旋喷桩形式，幅间接缝外25cm 处布设3 根Φ 1000@700，深度同地墙深度。现场深基坑施工至大底板完成，未发生较大的渗漏水风险。双高压旋喷加固的应用，是一种可有效截断或部分截断承压水层与深基坑水力联系的可靠工艺。

3.支撑加强板优化

在基坑东南角，临近崇明路小学区域，有一处面向基坑内的阳角，该类区域向来是深基坑工程中的重点关注区域，支撑体系在此处设置了300 厚板带加强区域，在原支撑区域上设置加强板抵抗该区域变形。

但根据设计图纸，加强板带板顶与支撑梁顶平。现场考虑施工时，该区域需加快施工，如将板顶平梁顶改为板底同梁底，就可以有效加快现场施工速度，省去板底搭设矮排架及支模的时间，故与设计单位协商后将该加强板进行了优化。优化后，现场省去了本道支撑支设矮排架的时间及下一层土方开挖时，矮排架的拆除时间，大大加快了该区域的支撑成型速度。

4.3 深基坑工程实施

(1)降水施工

将本次降水工程疏干降水井单井有效抽水面积计取为220m2。共设置79 口降水井，井深46m，其中坑内降压井兼观测井8 口，疏干井62 口，坑外水位观测兼备用井9 口。

(2)深基坑施工部署

本次深基坑土方开挖工程，第一层土方开挖采用大开挖形式，沿基坑长向从北向南开始依次开挖，基坑二道支撑至第四道支撑土体开挖采用盆式开挖。将本基坑分为3 大区15 小块，分区分块进行施工。

(3)基坑降水分析及措施

现场在第二层土方开挖后，发现该层土体潜水含水层重力释水量较大，造成开挖面大量积水，影响开挖面的正常施工，同时在挖土机械动荷载的作用下土体产生液化现象，施工机械难以在开挖面上进行操作，土方也无法进行外运；较高的含水量也使得土体自立性差，影响开挖效率，粉性土层在动水压力下容易产生流水流砂现象，甚至造成坡面的不稳定，对已开挖区域的井点保护也带来了巨大的困难。

现场暂停土方出土后，对该现象原因进行了排查分析，认为主要原因有以下几方面：

第二层土方开挖施工面位于②3 粘质粉土层，经现场工程实际分析，②3 层粘质粉土层内夹粉质粘土，由于细粒粘性土的存在导致②3 层内较多水以结合水的形式存在，结合水与粘性细粒之间存在较强的相互作用力，在真空负压状态下只能排出土体里面的重力水及弱结合水，较难以排出强结合水，因此整体出水量较小；降水井配备数量较少；开挖前降水时间略显不足。

针对上述情况，采取了以下措施：

1)加密疏干井点

根据现场开挖后实际效果并考虑部分井点遭破坏，现场降水效果不佳，故在第二道混凝土支撑平面上增加疏干井点，根据井点破坏情况及现场降水效果，共增加疏干井20 口，坑内疏干观测兼备用井4 口，井深17m。

2)增加轻型井点

根据基坑所在土层及现场实际情况，结合本工程实际情况，为保证基坑开挖的顺利进行，现场决定在局部区域布设轻型井点，对下层土体内潜水进行短期强效速排。但根据轻型井点的特点，其井管总长约6m，下部滤管1.5m 长，有效降水范围在5m 左右，本工程一层土方厚度5.5m，且需将水位降至坑底0.5～1m，轻型井点的降水深度略有不足。本项目现场对轻型井点施工方案进行了调整，在开挖面处开挖1.5m×1m 的沟槽，将轻型井点施工于沟槽内，确保了其有效降水深度满足本工程要求。根据现场情况共增补16 套轻型井点。

5 结束语

对于深基坑工程，“水”是决定其施工成败的最重要因素之一，而周边环境的状态则是检验其施工效果的最重要标准。深基坑施工之前，尤其位于中心城区，需要对附近已建地块及周边建筑进行深入了解。对部分风险较大建筑要进行结构加固，通过对原有基础进行适当加固，减少基坑开挖产生的土体扰动对其的影响。经工程实践证明，本工程地区附近特有的粘质粉土层内夹有粉质粘土，在常规布置疏干井的同时需要增设轻型井点，对土体内含水进行短期速排。