环境敏感区深大基坑施工关键技术

1 工程概况

本工程位于上海，采用全地下污水处理设施。本工程基坑最大开挖深度约15.80m，基坑总开挖面积约26510m ² 。 基坑周围环境复杂，基坑北侧为应急码头，距离基坑约22.8m。基坑东侧为盐铁河，距离基坑约53.2m。基坑南侧为加药间，钢混凝土框架结构，基础采用预制管桩，桩径400mm，距离基坑约16.4m，距离现状蕴藻浜约92.3m。

基坑西侧为污泥深度处理区、除臭设备、储泥池，钢混凝土框架结构，天然地基；污泥脱水机房及堆棚，钢混凝土框架结构，基础采用预制方桩，方桩尺寸350mm×350mm，距离基坑7.6~10.0m；现状水塘，距离基坑约16.2m。

拟建场地为古河道沉积区，第一层为近代人工堆填的杂填土、素填土和浜填土，土层成分较杂，结构松散，稳定性差；第二层为第四纪全新沉积层，包括粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂和砂质粉土，该层土工程性质较差。场地内地下潜水稳定水位埋深为0.9~1.7m。

2 施工难点分析

2.1 地质条件复杂

基坑开挖范围内涉及的土层有1、2、3、5层，坑底基本位于3层、5层中。 1层填土土质松散，开挖时容易坍塌，在填土较厚区域应加强围护措施。2、3层为粉性土，在水动力等外力作用下有产生流砂等不良地质现象的可能性。

在基坑工程施工过程中，在水、土压力、施工震动和坑边堆土等上部荷载作用下易产生徐变甚至剪切破坏，从而导致基坑周围地面沉降及坑底隆起等现象，使基坑和支护结构变形。

因此，在本工程地下基坑开挖施工时，必须采取有效的基坑围护措施，施工前及施工过程中应进行降水，将地下水水位降至坑底下一定深度，以保证施工的顺利进行和支护结构的稳定。

2.2 周边环境复杂

拟建工程整体地势较为平坦，地面标高一般在4.040~5.980m。拟建污水处理构筑物箱体场地主要为原垃圾处理厂厂房拆迁场地，地表大部分为原垃圾厂水泥地坪。

基坑影响范围内有大量原污水处理厂区（垃圾站）的管线，主要分布在基坑北侧及西侧；基坑南侧和西侧有加药间、污泥脱水机房及堆棚，钢混凝土框架结构，基础采用预制管桩，容易受到基坑开挖的影响，引起周边建筑物的不均匀沉降。

3 地层控制关键技术

为了保障基坑施工过程中地层的稳定性，需合理控制挖土顺序和挖土速度。根据“时空效应”理论，在开挖过程中掌握好“分段、分层、分块、对称、平衡、限时”6个要点，遵循“竖向分层、纵向分段、随挖随撑”的施工原则，合理安排开挖顺序，坚持“随挖随撑”的支撑方式，减少基坑暴露时间，挖一块支撑一块，有效降低围护结构的变形量。

3.1 分层方式

根据上海市标准DG/TJ08–61—2018《基坑工程技术标准》的要求，每层土开挖时，开挖分层厚度不大于4m，开挖过程中的临时边坡坡度不大于1∶1.5。

对于厚度大于4m的层间土，将其分成两层进行开挖。分层时，上层土分层厚度考虑标准挖掘机的最小操作空间，一般取3.2m。根据上述要求，本基坑分4层开挖，如图1所示。

     

图1 基坑土层分层开挖示意

第一层土开挖范围为4.500~3.650m，开挖深度0.85m，开挖后浇筑第一道混凝土圈梁和混凝土支撑。

第二层土开挖标高范围为3.850~–2.000m，开挖深度为5.85m，开挖至第二道混凝土支撑底，施工第二道混凝土支撑。土方采用分层开挖，下层高2.65m，上层高3.20m。

第三层土开挖标高范围为–2.000~–7.300m，开挖深度为5.30m，开挖至第三道混凝土支撑底，施工–7.300m位置处结构底板及第三道混凝土支撑。

第四层土开挖标高范围为–7.300~–10.500m，开 挖深度为3.2m，开挖至坑底。坑底应保留250mn厚土层，用人工挖除整平，严禁超挖。先施工底板垫层，随后浇筑混凝土底板。

基坑土方开挖分层情况见表1。

表1 基坑土方开挖分层情况

     

3.2 分区方式

为了避免大面积同步开挖引起的地层变形，充分发挥地层的“时空效应”，同时遵循挖土及钢筋混凝土浇筑应按照尽快形成纵向对撑及栈桥施工的原则，开挖时采用分区开挖的方法，如图2所示。

     

（a）

     

（b）

     

（c）

     

（d）

图2 基坑土层分区开挖示意

（a）第一层；（b）第二层；（c）第三层；（d）第四层

为了有效减小因混凝土收缩产生的支撑梁内应力数值，避免较大收缩裂缝的产生，并有利于支撑体系的良好受力和减小基坑变形，将每一次支撑梁的混凝土浇筑长度控制在50m以内。

第一层土开挖时按照1→2→3→4的顺序依次开挖，在第二、三层土开挖时，根据先撑后挖的原则，总体开挖按照“先中部、后边角”的顺序，同时在分区开挖时遵循对称开挖的原则。例如，在开挖第二层土时先开挖1区，然后同时开挖1A和1B区，依此类推。

基坑第三层土或第四层土开挖时，当末层土垫层浇筑完成后，具备绑扎钢筋的条件时，立即开始钢筋绑扎施工。

与此同时，下个区继续进行土方开挖，并进行钢筋绑扎。

当整个底板满足浇筑条件时，将基坑底板一次浇筑成型。

4 施工控制措施

4.1 基坑开挖辅助措施

（1）根据土层特点及围护设计要求，采用真空疏干井降水。深基坑内共布置97套深井管。预降水时间应在3周以上，在土方开挖前，基坑内水位必须降至基坑以下0.5~1m。

（2）做好地层土质及水文情况的调查、分析，据此确定基坑周边止水搅拌桩的施工参数，确保抗渗能力。控制桩的施工质量和精度，确保基坑支护体系的稳定和止水帷幕的止水效果。

（3）减少基坑边缘地面堆载和可变荷载，严禁超载，特别是机械在坑边作业时应采取适当的措施，确保基坑稳定。

（4）成立监测小组负责整个施工过程的监测工作，配备先进的监测仪器，以科学的监测手段和严谨的监测方法确保监测信息及时、可靠。对监测结果进行分析处理，预测各工况下的沉降值，指导施工，有效优化、调整施工方案。

4.2 施工组织管理措施

（1）在认真分析工程特点的基础上，进行施工方案的制订与论证，确保施工方案科学合理。组织精干队伍进场，确保各工序快速有序进行。施工前对整个工程进行细致深入的了解，领会设计意图，细化各关键节点的工序安排，紧抓关键工序和关键工期，科学组织，注重落实。编制围护施工过程的网络计划，指导有序施工。

（2）按平均进度产量的1.5倍标准配备设备，以应对交叉施工及其他因素影响。

（3）合理利用栈桥，分配栈桥的功能区域，既要确保栈桥上挖土机械、土方车辆、混凝土泵车等畅通无阻，又要确保留有适当的区域用于钢筋制作及材料堆放等，确保工程顺利进行。

（3）根据施工图纸创建BIM模型，在施工前期根据BIM模型进行施工总进度模拟，并在模型平台中进行模型碰撞，提前发现问题、解决问题，减少施工中的返工情况，从而缩短施工工期。

4.3 施工安全防护措施

4.3.1 地下线路（光缆）保护措施 

（1）土方开挖前，先人工开挖样洞，探明开挖区域地下情况，确定无管线等障碍物时，再使用机械大范围开挖。

（2）对于光缆、电缆，可以做支架或吊架将其架住。施工时严禁碰撞，要远离明火，焊接时必须用胶皮布盖住原有线路。 

（3）对土方开挖人员进行必要的培训，并设立专人专职监督。

4.3.2 周围建筑物保护措施 

（1）在建筑物附近施工时，应了解建筑物的基础、结构情况，采取合理的施工方法和加固措施，避免邻近建筑物发生不均匀沉降、开裂和倒塌。

（2）适宜的围护结构是控制基坑变形、保护周围建筑稳定性的关键。结合周围环境，围护体选择“两墙合一”的三轴搅拌桩止水帷幕+地下连续墙+钢筋混凝土水平支撑+三轴搅拌桩坑内加固的复合支护方式。

（3）为了确保邻近建筑物的安全和正常使用，应在建筑物附近设置观测点，在围护施工时即开始监测，严密注视周边建筑物的位移和沉降。

5 结论

依托上海某超大深基坑施工的实际工程，分析了施工难点，从基坑开挖控制措施、施工组织管理和施工安全防护3个方面总结了复杂环境下超大深基坑施工控制的技术和经验，得出以下结论。

（1）基坑开挖前，应根据地层土质和水文情况制订适宜的降水方案、止水方案和支护体系。

（2）合理控制挖土顺序和挖土速度，坚持“随挖随撑”的支撑方式，减少基坑暴露时间。

（3）科学合理地编制施工方案，配备充足的施工设备，合理利用栈桥功能，利用BIM模型模拟施工，确保各项工序有序开展。

（4）在基坑周边建筑物附近设置观测点，在围护施工时即开始监测，全程严密注视建筑物的位移和沉降，确保周边建筑物和基坑本身的稳定性和安全性。