大面积扇形深基坑施工技术

1概述

1.1工程概况
中国（上海）网络视听产业园区紫竹数字创意港项目位于闵行区紫星路紫月路交叉口东侧，江川东路西侧，基地呈扇形，基坑环境较复杂。项目分为A、B共2区，其中A区分为南北2块（简称A南区、A北区），A南区有3幢7层研发楼、1幢8层研发楼；A北区有1幢7层科研楼和1幢8层研发楼；B区有2幢15层商业办公楼、1幢9层立体车库、1幢9层培训中心，另有3层的裙房。A区及B区西侧区域均有2层地下车库，B区东侧区域有3层地下室（含1层地下夹层）。A区用地面积约34450m2，B区用地面积约55209m2。基坑开挖面积约82743m2，围护周长约1354m。A区基坑开挖深度8.80～9.40m；B区基坑开挖深度10.05m，东侧地下室开挖深度11.05～11.25m，中间塔楼10.35m，局部深坑落深1.0～1.5m，消防集水井局部落深2.9m。
1.2周边环境概况
园区东侧为圆弧状的江川东路，路下的供电管距基坑26.3m，基坑南侧及北侧红线外均为江川东路绿化带，西南侧为紫星路，西北侧为紫月路，紫月路下的天然气管距基坑16.1m，其余管线距基坑均在3倍开挖深度以外，西南侧基坑开挖面外为待建的虹梅南路越江隧道，基坑开挖面距离隧道控制线最小距离为6.1m，基坑距隧道东线最近18.7m，距隧道西线最近48.1m，隧道盾构施工时，地下室施工出地面，基坑开挖不考虑对隧道影响。除此以外，车库基坑开挖时，还需保护周边的研发楼桩基础。工程地理位置如图1所示。


1.3工程地质概况
根据勘察报告，在整个场地北部（包括A北区、B区大部分区域），第⑤1层粉质黏土土质较均匀，在整个场地南部（主要为A南区），第⑤1层粉质黏土普遍夹薄层、团块状粉土，且局部较集中，2个区域该土层的土性参数相差稍大。场地内部分区域有暗浜存在，暗浜浜底最深3.00m，浜填土以灰黑色淤泥为主，含大量有机质，具异味，暗浜区域需抽淤换填并分层夯实。
2难点分析
（a）周边环境复杂：周边有已建道路、河道驳岸和建（构）筑物分布。
（b）降水措施：根据地质报告反映，基坑开挖时极易产生流砂和管涌，因此在土方开挖前要做好基坑降水工作，并特别注意基坑降水对周边环境的影响。
（c）暗浜处理：根据地质勘察报告反映，场地内发现有暗浜分布，局部地段的杂、素填土厚度较大，因此对基底下残留的暗浜填土及杂、素填土，采用抽淤换填或其他稳妥的方法进行地基加固处理。
（d）组织协调难度大：该工程工序交叉作业多；土层砂性较重，灌注桩成孔时容易发生坍孔；施工场地区域划分、施工顺序组织、交叉作业等因素是关键控制点。
（e）施工安全影响因素多：施工内容较多、工种较多、投入的人员和机械较多、安全技术措施要求高。基坑开挖较深，周边环境比较复杂，特别是在基坑开挖时要加强对周边环境的监测，基坑开挖期间密切注意坑外地下水位的变化，防止渗水、流砂现象。
3基坑支护体系方案
（a）基坑周边大面积卸土：宽8.0～12.0m，深2.5～3.5m，坡度为1∶1.8，坡顶设双轴水泥土搅拌桩止水帷幕，放坡空间不足处采用双轴水泥土搅拌桩重力坝围护；中间大面积深坑采用盆式开挖，采用Φ750～Φ900mm钻孔灌注桩排桩+Φ850mm三轴水泥土搅拌桩止水帷幕进行围护，坑周边设1道双拼Φ609mm×16mm钢管斜抛撑，基坑间距较小处设钢筋混凝土对撑和角撑。
（b）坑内加固：A区与B区结构底板间高差1.8～2.8m，采用宽1.7～2.7m、长4.5～6.5m两轴搅拌桩坝体挡土；集水井、电梯井等深坑落深1.4～1.5m，采用长4m两轴搅拌桩加固；消防集水井落深2.9m，采用长6.5m两轴搅拌桩加固，同时采用旋喷桩封底。位于坑内预留土坡较近区域落深坑加固两轴搅拌桩另行加强；东侧临近紫月路和紫星路区域，以及围护结构阳角区域，拟在坑内设置搅拌桩暗墩加固，以减少围护结构变形。
（c）基坑由若干个单体组成，单体之间设置传力构件。
围护结构典型剖面如图2、图3所示。
4基坑降水及土方开挖
4.1基坑降水
（a）基坑降水：基坑开挖前进行基坑开挖影响范围内的疏干降水，预抽水时间根据基坑面积、开挖深度决定，不少于15d，对于分层、分块开挖的基坑，开挖前坑内水位应降至开挖面以下0.5～1.0m。
（b）坑内水采用轻型井点和真空井进行疏干降水，深井泵排水。真空降水管井，井管采用Φ273mm钢管，壁厚不小于4mm，成孔直径不小于650mm；井管入土深度为13m；A区、B区真空井避开底加固区布置，并尽量靠近支撑以利施工。




（c）基坑明排水：基坑开挖过程中，在基坑外侧设置由集水井和排水沟组成的地表排水系统；基坑内设集水井和排水明沟或排水暗沟以疏导基坑内明水。
4.2土方开挖
（a）本工程基坑面积大，土方开挖遵循“分区分层分段、留土护壁、限时开挖”原则。土方开挖施工整体采用盆式挖土，即先大放坡开挖基坑中部，等中部基础底板浇筑完成，架设斜抛撑后，开挖基坑临边坡体土方。基坑中部土方开挖分A、B、C、D、E区9块按基坑围护设计从A到E分段进行（图4），每一分块完成底板混凝土浇筑后，方进行下一分块土方开挖。基坑临边土方开挖分①、②、③区8块进行。


（b）土方开挖分层施工。本基坑土方开挖分2批3层进行，第1皮土方在降水施工完成后进行，将基坑外围土方开挖到卸土标高－4.10～5.10m处，基坑中部深坑部位开挖到深坑部位围檀圈梁顶标高－5.10m处，开挖深度约2.5～3.6m，并进行围檀梁及混凝土栈桥施工；第2皮土方开挖在深坑部位进行，深坑部位总落深4.60～7.15m，该皮土分2层挖除，分层厚度在3.5m左右，基底300mm土体采用人工清理，以防机械挖土扰动原状土。基坑内局部落深区在大面积开挖到底浇筑垫层后再行开挖，如图5所示。


5施工实施
5.1施工特点
本工程工程量大、工序多、工期紧，所以需要多工序、多部位的平面及立体交叉作业，以多种方式的交叉作业来抢工期，具体为“五交叉”作业：
（a）施工准备工作与场地平整工作交叉作业；
（b）围护双轴搅拌桩、立柱桩、围护钻孔灌注桩与三轴搅拌桩施工交叉作业；
（c）支撑体系的施工与基坑土方的开挖交叉作业；
（d）土方开挖施工、降水工序交叉作业；
（e）修坑底与混凝土垫层、浇筑基础底板施工交叉作业。
5.2施工流程
5.2.1第一阶段
本阶段施工任务是围护三轴搅拌桩、双轴搅拌桩，围护及立柱钻孔灌注桩，桩间压密注浆，高压旋喷桩，降水井。考虑围护钻孔桩施工扩径对三轴搅拌桩的不利影响，先施工围护三轴搅拌桩，在三轴搅拌桩已施工区域跟踪施工围护钻孔灌注桩和桩间压密注浆；同时，为确保基坑浅层土体的尽快卸土施工，外围的双轴搅拌桩也需施工，基坑内的降水井、立柱桩也要施工，本阶段施工工程量大、任务重，是施工的关键阶段。
5.2.2第二阶段
本阶段围护桩、加固桩已施工完成，首先运行外围轻型井点和深坑处真空深井降水，预降水1周后，将基坑内水位降到卸土标高以下0.5～1.0m，然后进行浅层卸土区域土方的开挖，随着卸土区域的开挖进程，跟踪进行围护桩头清理及混凝土圈梁的施工和施工道路的浇筑。确保第2层土方的开挖。
5.2.3第三阶段
本阶段进行深坑土方的分块、分层开挖，首先盆式大放坡开挖A、B区土方，浇筑A、B区底板，按整个基坑的施工顺序进行开挖和浇筑，并完成该区域斜抛钢管支撑的安装。土方开挖和支撑安装形成顺序作业。逐步完成基坑中心区域为提供支撑力的基础底板的浇筑和支撑的安装。
5.2.4第四阶段
所有支撑安装完成，基础底板养护期满后，施加支撑预应力，按顺序逐步开挖基坑边预留土方，并顺序完成该区域基础底板的浇筑。
6结语
（a）基坑监测发挥作用，通过监测数据反馈，本工程在大面积开挖过程中，基坑临边靠近塔吊基础处，基坑监测数据显示位移逐步增大。施工总包方通过控制好多家单位挖土与底板施工的进度，控制临边地面荷载，调整基坑挖土顺序，分层分段分块，并确保挖出一块立即浇筑一块，减少基坑暴露时间，很好地控制了基坑变形，确保了基坑安全。
（b）实践证明，本基坑工程围护、降水和土方开挖、监测方案合理。大面积立体交叉施工，确定合理的施工总体部署、总平面布置、施工流程，起到了关键作用，同时施工管理的及时统一有效，确保了整个基坑工程安全、有序地开展，使基坑工程能按进度要求保质保量完成。