闹市区深基坑施工技术分析

游成林，王朝阳，黄灿华，张晓东，郝亚强

（1.中建八局科技建设有限公司，上海 200433；2.上海长凯岩土工程有限公司，上海 200093）

1 引言

随着城市建设的快速发展，闹市区可使用的土地越来越少。为提高土地利用率，解决日益紧张的用地问题，地下空间的资源利用越来越普遍。多数开发商为了更大限度地开发地下资源，出现了越来越多的深基坑工程，这些深基坑大多处于城市中心的闹市区，周边环境复杂，紧邻已建构建筑物或地铁隧道。如何采取有效的技术措施保证基坑的顺利施工是基坑施工中需要研究的重点。

2 工程概况

拟建项目位于上海市浦东世博A02A-04 地块，东至博展路、南至博成路、西至A02A-03 地块、北至世博大道。本工程占地面积7824.00m2，总建筑面积42124.18m2，其中地上建筑面积24452.14m2，地下建筑面积17672.04m2。拟建建筑包括1 栋办公楼以及商业裙房，采用装配整体式框架剪力墙的结构形式，地下3 层，地上10 层，建筑高度49.95m。

拟建项目位于轨道交通8 号线区间隧道50m 保护范围内，基坑采用分坑施工，以地下室2、3 层为界，分为2 个基坑，以降低基坑开挖对轨道区间隧道的影响。地下2 层区域基坑开挖深度为10.45m，基坑面积736m2；地下3 层区域基坑开挖深度为14.95/15.45m，基坑开挖面积为5459m2。

拟建项目基坑围护体系采用地下连续墙，两侧结合三轴水泥搅拌桩作槽壁加固。支撑体系采用三道支撑，其中地下3 层区域采用三道钢混凝土水平支撑，地下2 层区域第一道支撑为钢混凝土水平支撑，其余两道为预应力伺服钢管支撑。整体基坑先施工地下3 层区域，待地下3 层区域出正负零后，再施工地下2层区域。

图1 基坑围护平面图

3 地质条件

拟建场地大部分地段受古河道切割，⑥层地基土缺失，⑦1层地基土不同程度被切割，相应分布较厚⑤3层土。具体地层信息见表1。

表1 土层信息统计表

图2 典型地质剖面图

上海地下水类型主要为松散岩类孔隙水。孔隙水按形成时代、成因和水理特征可划分为潜水含水层、微承压含水层及承压含水层。本场地勘探深度范围内涉及的地下水类型主要有浅部土层的潜水和中部第⑤2层中的微承压水以及深部第⑦层、第⑨层中的第Ⅰ、Ⅱ承压水。

勘察期间，实测潜水地下水稳定水位埋深在1.10～1.50m 之间，标高在2.93～3.36m 之间。实测第⑤2层微承压含水层地下水稳定水位埋深在2.80～2.87m之间，标高在1.59～1.50m之间。

4 工程施工特点

本项目开挖范围内浅部含水层属于软粘土层，局部存在砂质粉土夹层，这些土层含水量丰富、孔隙比大、压缩性高，在施工过程中易发生土体压缩、基坑围护变形等问题，进而引发基坑坍塌事故。因此必须做隔水及潜水疏干处理。

基坑开挖面以下存在⑤2层微承压含水层及⑦层承压含水层，且两层含水层基本相互连通，根据基坑抗突涌计算分析，基坑开挖过程中，存在承压水突涌的风险，因此必须采取承压水降水措施。

基坑北侧紧邻隧道区间，最近距离约10m，基坑开挖必然会对附近地铁隧道及车站结构造成影响。因此，施工过程中需要严格控制地铁沉降，保证地铁正常运行[1]。在施工期间应采取相应措施以减少对周边环境的影响。控制围护墙位移、测斜、支撑轴力、基坑内地下水位、地下管线以及隧道区间环境监测等是本工程的重点。

5 基坑施工技术保障措施

5.1 基坑降水

随着深基坑工程规模不断扩大、深度加深，地下水对深基坑施工的安全威胁越来越大[2]。因此基坑降水是基坑施工过程中的一项重要技术措施。一方面基坑潜水降水能排除基坑土中的水分，促使土体固结，提高地基强度，减少基底土的隆起，为基坑施工提供干燥的施工条件，缩短工期、提高工程质量和保证施工安全。另一方面基坑承压水降水可以降低基坑内承压水水头，减小承压水水头压力，防止开挖过程中管涌、流砂等不良现象发生，保证施工顺利进行。在坑内减压降水的同时，可在坑外进行地下水回灌，通过人为提高地下水水位，减小坑外地表沉降。因此在工程施工中，采用合理的降水措施可以方便施工组织、降低成本、缩短工期、产生可观的经济效益。结合本项目的地质条件，在基坑内均匀布置20 口真空疏干深井，井深设置为16.5m，井底控制不进入承压含水层。第⑤2层减压降水井共布置14 口，井深24.0m，井位均避开加固、桩基、基础梁等。

基坑施工过程中，在第一道支撑形成后开启真空疏干深井进行预降水，预降水采用超级压吸联合抽水系统进行抽水，在基坑第二层土方开挖时，坑内潜水水位已降低至地面以下9.0m，即第二道支撑以下2.5m；后续基坑开挖过程中，始终保持坑内水位位于开挖面以下1.0m，保证施工时坑内土方干燥。

根据抗突涌验算以及生产性抽水试验结果，本基坑开挖至8.5m 时需要开启减压降水，因此在基坑第二道支撑形成后，陆续开启坑内减压井。降水期间，根据基坑开挖深度逐步增加降水井开启数量，控制坑内承压水水位保持在安全水位，以保证基坑安全。同时减压降水运行期间配备发电机，保证现场停电后，发电机自动启动并切换，确保在基坑减压降水运行期间持续供电[3]。

5.2 基坑土体加固

本项目基坑周边环境复杂，且北侧临近轨道交通隧道区间，为了有效控制围护内侧塑性区的土体变形，采用三轴水泥土搅拌桩全圆套打方式对本项目坑内加固，施工中使用42.5 级普通硅酸盐水泥（P·O.42.5），搭接250mm。

在三轴搅拌桩施工时，严格按照“均匀慢速，低水灰比”的要求施工，遵循先近后远（先做近地铁侧，后做远离地铁侧）的原则，跳浜施工，环境保护要求较高位置（基坑南侧靠近共同沟和北侧靠近隧道区间）外侧槽壁加固，水泥浆液水灰比1.2，其余位置水泥浆液水灰比1.5。

5.3 基坑开挖原则

为了保证基坑施工过程中围护结构的稳定，对基坑进行分区分块、分阶段开挖[4]，并应“先撑后挖、严禁超挖”。基坑开挖分区、分块根据结构底板后浇带或施工缝的位置确定，一次开挖暴露的围护边长不大于60m。

基坑土方分层开挖厚度不大于4.0m，临时边坡坡率不大于1:1.8，最后0.3m采用人工开挖。

基坑开挖到底后应及时浇筑素混凝土垫层，并应浇筑到边，坑底无垫层暴露面积不大于200m，暴露时间不超过24h；相应分块的基础底板宜在14d内浇筑完成，避免坑底长时间暴露。

5.4 基坑监测

本项目周边环境复杂，基坑在围护结构施工和基坑开挖过程中对围护结构、基坑影响范围内的周边道路、管线、地铁隧道、共同沟和其它建构筑物进行环境监测。

图3 减压降水期间坑内承压水水位历时曲线

图4 减压降水期间坑外承压水水位历时曲线

图5 减压降水期间坑外回灌井单井回灌量历时曲线

施工中，监测报警以变形速率和累积变形量两个指标值进行控制，一旦发现监测数据异常，需要及时进行数据分析，加密监测频率，并采取相应的应急措施。

6 基坑开挖施工

本项目基坑开挖时，考虑到上海地区软土的流变特点，应用“时空效应”原理，严格实行“分区、分层、分段、限时、对称、均衡”的原则，开挖过程中尽量缩短基坑无支撑暴露时间，严格控制基坑变形。

6.1 降水情况

在基坑开挖前进行潜水预降水，15d 后，测量到坑内水位已降至-8.10m（第二道支撑底标高为-7.00m），降水期间对降水井流量进行监测，测得单井涌水量约0.9～1.5m3/d，与降水期间同步测得坑外潜水观测井水位降幅约2cm。以上数据证明预降水期间，坑内水位已满足基坑第一、二层土方开挖需求，且止水帷幕达到了预期的止水效果。随后坑内真空疏干深井持续运行，保持坑内水位位于开挖面以下1.0m。

根据抗突涌计算，基坑在开挖至8.5m 时需要进行承压水降水，本项目在坑内第二道支撑施工完成后开始承压水降水，降水期间保持减压井持续运行，降水运行期间，测得减压井单井涌水量约2.0～2.5m3/h。基坑在开挖至12 月22日时，测得坑外观测井水位有突变，突变值达到50cm，为保护周边环境安全，减小地面沉降量，在坑外开启承压水回灌措施，人为抬升地下水水位。减少由于降水引起的各层沉降，使项目的基坑地面沉降得到有效控制[5]。

6.2 土方开挖情况

第一层土方开挖之前，所有的降水井顶部插上小红旗以示警戒，基坑第一层土方开挖时，由北向南进行边挖边形成支撑；第二、三层土方开挖按盆式开挖原则分块进行，先开挖中部土方，再限时对称开挖盆边土方形成支撑，最后开挖角部形成角撑；第四层土方开挖按主楼与裙房位置分块进行，土方开挖完成后尽快成底板。每层土开挖深度控制在4.0m 内，并按1:1.5 放坡，开挖施工过程保证边坡稳定，采取措施防止边坡坍塌伤人；基坑坑顶距边1.0m 内不得堆放弃土，在此距离外堆土高度不得超过1.5m。基坑土方分段开挖顺序见图6、图7。

图6 基坑第二、三层土方开挖顺序

图7 基坑第四层土方开挖顺序

6.3 监测情况

基坑开挖过程中采取信息化施工，在整个土方开挖、地下结构施工阶段，按照要求对基坑本体及周边环境实施全面监控，为基坑施工提供可靠的数据监测。基坑在开挖、底板浇筑、基坑回筑等整个施工过程中，变形处于可控范围内，最终基坑顺利完成地下结构，期间未对周边环境造成破坏，基坑施工取得了良好的效果。

7 结语

闹市区中一般施工场地小、环境敏感性高、挖土深度大，在这样的复杂情况下，深基坑采用基坑围护-基坑降水-基坑回灌一体化方式，按照“时空效应”原则分区、分层，按一定顺序进行流水施工的方法，在保证基坑安全的前提下，确保工期的同时也保证了经济效益，是一种安全且经济的施工方式。