复杂环境下深基坑施工关键技术探讨

乔勇星（上海市青浦区建筑建材业管理所， 上海 201199）

0 引 言

随着城市地下空间的开发和利用，基坑面积越来越大，深度越来越深。深基坑施工向来施工难度大、风险程度高，复杂环境下的深基坑施工过程更是工程事故的高发阶段。近年来，基坑事故的频发给我们敲响了警钟，因此，保证基坑施工过程的安全，确保深基坑施工顺利进行，是完成基坑工程的关键。基坑在整个工程中起着举足轻重的作用，也对工程技术提出了更多的挑战，因此对深基坑施工技术的研究也不能止步，对技术的探索任重道远。实践中，具体研究可根据工程实际而定，对施工技术进行研究和改善，提高深基坑施工的总体技术，也可为后续同类工程作出参考，具有较大的经济效益和社会效益，前景可观。

1 工程概况

某工程（以下简称“本工程”）地处上海市青浦区，基坑安全等级为一级，环境保护等级为二级，围护体系采用钻孔灌注桩+三道钢筋混凝土水平支撑+三轴水泥土搅拌桩止水的结构形式，基坑开挖面积约2.2万m2，基坑边长约590 m，开挖深度14.2 m，局部集水井、电梯井等落深区落深范围为1.2 m～3.4 m。基础形式为桩筏，工程桩基采用钻孔灌注桩。

1.1 周边环境

本工程周边地下综合管线数量众多，根据设计要求，管线变形报警值仅20 mm，深基坑变形控制要求极高，施工难度大，对工期要求较紧。项目三侧均为道路，交通道路复杂，在建工地多，其中东侧地下室外墙距离红线约5 m，南侧地下室外墙距离红线4.7 m，西侧地下室外墙距离红线4.7 m，红线外15 m为河道；北侧地下室外墙距离红线约4.7 m，红线外为市政道路，道路对面为在建工地，目前在地上二结构施工中。由此可见，基坑周边环境较为复杂，对施工技术要求高。

1.2 水文地质情况

根据本工程地质勘察资料可知，工程场地浅部地下水分为潜水和承压水两类，其中承压水对基坑影响较大。本工程的承压水为⑦、⑧2及⑨层承压水，根据上海地区经验，承压水水位一般低于潜水位，年呈周期性变化，埋深范围为3.0 m～12.0 m。地质勘察显示，拟建场地局部⑧1层缺失，因此可认为⑦、⑧2及⑨层承压水相连。不良地质条件如表1所示。依据本工程土层信息表可知，场地浅部分布的③层淤泥质粉质黏土、④层淤泥质黏土、⑤1层灰色粉质黏土对工程设计影响较大。填土层方面，本工程地表层普遍分布有厚层填土，以素填土为主，局部为杂填土，呈松散状，厚度较大，最大厚度约3.7 m，在一定程度上会影响到今后拟建建筑物的基础及围护结构施工。软土层方面，上海是典型的软土地区，在地面下普遍分布有厚层软黏性土，其具有含水量高、孔隙比大、强度低、压缩性高及灵敏度高等不良工程地质特性，受扰动易发生结构破坏，导致强度降低，进而诱发地表变形；软土还有低渗透性、触变性和流变性等特点，应力状态发生改变时，易产生流变，对项目的建设和使用影响很大。淤泥质粉质黏土层，该土层湿度为饱和状态，含水率高，透水性差，呈流塑状态，降水难度极大。

表1 土层信息表

2 深基坑工程重难点分析

2.1 施工场地狭小，平面布置困难

本工程基坑周边距离与红线较近，三侧紧邻市政道路，另外一侧紧邻河道。当进行基坑开挖和支撑施工时，可用于施工的空间范围小，在有限的场地进行材料堆放、机械放置、劳动力规划等平面动态布置较为困难，支撑及底板混凝土浇筑及挖土期间，车辆的交通行走困难，等等，对整个基坑工程的完成影响较大。如何有效地利用有限空间进行布置，将是完成项目的关键问题。

2.2 土体渗透系数小，基坑降水难度大，土体承载力差，承压水头高

基坑降水作为基坑工程施工顺利完成的关键，也对基坑的安全影响巨大，特别是承压水，是影响基坑安全的关键因素。降低承压含水层的承压水水头，将其控制在安全埋深以内，能够防止基坑底部发生突涌，确保施工时基坑底板的稳定性，承压水的降排和减压井口的有效设置是保证基坑安全的关键。根据土层信息表可以得知，本工程在开挖期间，场地浅部分布的③层淤泥质粉质黏土、④层淤泥质黏土和⑤1层灰色粉质黏土对工程影响较大，会造成降水难度大，土体承载力差，挖机行走困难等问题，导致基坑开挖难度巨大。

2.3 周边建筑物的安全及管线较多

本工程基坑四周附近地下管线错综复杂，分布有天然气等压力管线，距离较近，需要重点保护和监控。施工过程中保护周边建筑物的安全是重点，周边建筑物分部密集，需加强保护。

2.4 施工组织困难

本工程工期紧，工艺多，多种工艺均存在时间和空间上的交叉施工。如何将桩基和围护施工进度安排与后续工程紧密结合，提出最优的进度安排，是本工程的一大难点。

3 深基坑施工关键技术

3.1 基坑降水

针对潜水降排问题，本工程采用疏干井、深井及轻型井点适时共用的方式进行降水，从而达到降水的目的，保证施工进度。对本基坑开挖范围内富存于淤泥质黏土及第②3层砂质粉土层中的潜水，布置了较密的真空疏干深井进行疏干处理，采用超级压吸联合抽水系统进行疏干降水，并尽可能增加预抽水时间，将地下水水位控制在每层土开挖面的至少1.0 m以下，为基坑开挖作业提供良好的环境。本工程共设置真空疏干井98口，井深21 m，约每200 m2布置一口疏干井，但在实际进行开挖期间，进行③层淤泥质粉质黏土、④层淤泥质黏土开挖时，因土体差，渗透系数小，潜水降水效果差，为保证基坑施工进度，通过研究，将轻型井点降水和深井降水以及场地原先布置的疏干井共同起用，使潜水降水不影响土方外运，以保证进度，减少基坑变形，确保基坑安全。同时，基坑外布置潜水观测井，定期进行水位监测，出现围护渗漏情况时，能够及时预警，采取应急措施。

承压水水位一般低于潜水位，年呈周期性变化。根据勘探资料，承压水头的最高水位标高为0.92 m，埋深为3.59 m。本工程第⑦层水位在基坑开挖影响范围内，基坑开挖时需要考虑对第⑦层进行减压降水，在基坑内布置减压降水深井，进行有效减压降水，保证基坑安全。本工程中，经过计算，共设计17口坑内降压井，深37 m。本工程基坑周边管线较多，周边环境保护要求较高，基坑进行大范围、长时间降水，势必会对周边环境造成不良影响，因此，降水必须做到按需降水，严格控制降水时间。在基坑内布置第⑦层观测井，在减压降水运行期间对基坑内第⑦层水位进行观测，在基坑施工过程中做到按需降水，减小减压降水对周边环境的影响。

3.2 支撑优化

根设计要求，本工程共设置三道混凝土支撑。本工程工期较紧，为加快施工进度，混凝土支撑加入早强剂并提高一个混凝土等级。原设计中，要求混凝土为C35，现场实际改为C40早强，尽早使栈桥达到设计强度，达到加快施工进度的目的。另外，本工程东西支撑上均加设施工便道，便于行走，第一道支撑梁的西南北侧三个方向上均设置有堆载平台板块材料、机具、加工棚等的区域，使施工平面布置满足要求。

3.3 土方开挖优化

本工程土方共计32万m3左右，现场设置两个出土口，四个出土点；土方共分四层开挖，底部土体必须采用小挖机倒土至栈桥下，通过栈桥上的长臂挖机、抓铲取土并装车。

3.3.1 土方开挖的基本原则

依据“时空效应”原理，“限时、分段、均匀、对称”地进行土方开挖和支撑设置，采用盆式挖土方法，减少和控制无支撑土体暴露时间，坑边土体挖除后，一般应在36 h内浇筑形成支撑。挖土应遵循先撑后挖的原则分层分块开挖。挖土机械不得直接碾压支撑，如需在支撑上运作，必须覆土高于支撑顶面300 mm且铺设走道板，严禁在底部掏空的支撑构件上行走与操作，机械与车辆不得碰撞支撑和立柱，立柱四周的土体应对称均匀挖除。在基坑开挖过程中，挖土不得超挖，开挖面高差应控制在2.5 m内，并按1∶1.5的比例放坡；坑底留200 mm～300 mm厚基土用人工铲除及修平，来不及处理的工程桩桩头应在垫层浇筑后凿除。

3.3.2 土方顺序，出土方案

图1为前三层土方开挖示意图。前三层土方开挖方式整体原则采用盆式开挖，先挖中间后挖四周，四周留土放坡，边坡采用两级放坡，四周留土宽度不小于20 m。开挖时应该按照每层土的开挖顺序图进行开挖；边撑在卸载后36 h内形成支撑；开挖期间采用抽条式开挖，在图1中N8、N7、S8、S7区域中间留土边上抽条，加快支撑形成，减少基坑变形。土方开挖基本顺序为N1→N2/N3→N4→N5/N6→N7/N8；S1→S2/S3→S4→S5/S6→S7/S8。

图1 前三层土方开挖示意图

第四层土方开挖采用跳仓开挖及底板跳仓浇筑的方式，合理安排好挖土的时间段，以最快的时间段抢出大底板，减少基坑暴露时间。混凝土垫层应随挖随浇，混凝土垫层需直接浇捣至围护墙内侧面。垫层完成的区域，应尽快浇筑底板，减少坑底隆起，保证基坑安全。第四层土方共分20个仓块，土方开挖时依据1仓块→2仓块→3仓块→4仓块→5仓块→6仓块的顺序从周边往中间收；土方开挖完成后，立即浇筑垫层，形成临时支撑（如图2所示）。前后工序应紧密连接，而后施工大底板，根据跳仓方式浇筑，以最快方式形成大底板，减少基坑变形量。

图2 第四层土方开挖分区图

3.3.3 基坑监测

本工程开挖深度较深，为典型的深基坑项目，周边综合管线较多，环境保护要求高，基坑安全等级为一级。在基坑开挖过程中，不仅须对基坑进行监测，还须对周边环境进行重点监测。本工程风险源较多，基坑自身支护体系变形监测、周边施工与本工程施工的相互影响关系、周边管线及桥梁结构的变形监测为本工程的监测重点。监测实施过程中，须对每类风险源制定合理的监测措施，保证全面了解变形情况及趋势，并作合理分析，指导施工全过程。

4 实际效果分析

最终监测数据显示，现场施工按上述关键技术执行时，出土效率高，原定出土工期为88 d，现场实际为79 d，出土效率与计划相比也得到了显著提高，缩短了工期，益处较多。最终，围护结构最大位移量为45.22 mm，测孔CX2为最终变形量最大的测点，周边管线、建筑物、道路的变形也均在控制范围内，个别支撑轴力和管线测斜累积量虽然超过报警值，但均在可控范围内，对基坑及周边环境均未产生影响。

5 结 语

依托上海软土地区某典型深基坑项目工程实例，针对工程项目的特点，在深基坑施工场地狭小、工期紧张、周边环境较为复杂等情况下，在深基坑施工过程中，根据实际情况，详细拟定应对措施及方案，对过程进行监控，及时进行纠偏，对降水、基坑开挖、监测及场地布置等方面进行合理优化，克服降水困难、出土作业困难、施工场地小的困难，有效地控制基坑变形，保证基坑安全稳定。在复杂环境下深基坑项目中采取一系列的施工技术和管理措施，既保证了经济效益，又满足了基坑安全要求和对工期的要求，可为同类项目提供借鉴和参考。