狭小场地、敏感周边环境下深基坑施工技术.doc

狭小场地、敏感周边环境下深基坑
工程的施工技术
1 工程概况
中冶宝钢技术服务有限公司办公楼工程位于上海市宝山区同济路盘古路路口，东临同济路，紧临轻轨3号线，南临盘古路，西与上海市政二公司相临，北与宝钢开发总公司相临。
工程基坑东侧距离明珠线红线相距约2.8m，南侧距盘古路相距约12m，西侧与北距红线围墙约8m。
工地范围内无地下管线，东侧及南侧的道路沿工地一侧分别有市政通讯、给水、雨水管线。
基坑占地面积约3200m2,底板大部分开挖深度6.40m，承台基础开挖深度为7.3m、7.5m，核心筒底板开挖深度7.30m，电梯井基础开挖深度10.40m。 图1 基坑围护平面图
2 基坑工程的特点及难度
2.1 基坑的敏感性非常高
由于基坑距轨道交通3号线仅2.8m,轨道公司对基坑要求非常高，不允许存在任何偏差。

图2 基坑与轻轨关系及汽车坡道加固
2.2 基坑施工场地狭小
整个基坑基本充满整个施工场地，仅南、北、西三侧有5-6米宽的狭长地带，场地内车辆不能通行，基本没有施工大临场地。
3 基坑围护设计方案
3.1 基坑围护设计方案
基坑主体采用钻孔灌注桩围护结构，东侧靠近轨道交通3号线本方采用SMW工法围护结构（轨道公司要求），一道混凝土支撑，三轴搅拌桩止水，坑内局部采用搅拌桩加固，钻孔灌注桩结合型钢格构柱作为支撑立柱。
(1)钻孔灌注桩部分：基坑围护墙体主要采用ф800@1000钻孔灌注桩，有效桩长13米，靠近主楼坑深7.25m桩长15.0m,坑边深坑部位桩长16.5m；
(2)SMW工法部分：围护SMW工法桩径3Φ650，中心间距为900mm，水泥掺量20%，插入型钢为H500×300×11×18，型钢“满插”，中心间距450mm，型钢长度13.5米；
(3)止水帷幕采用三轴3Φ650@900搅拌桩，桩深13.0m,水泥掺量20%，搅拌桩与灌注桩间净间距100mm；灌注桩与SMW工法交接处搭接1-2根搅拌桩；
(4)坑底采用双轴水泥搅拌桩2Φ700@1000，加固宽度为4.2m，至坑底下4m，水泥掺量13%；
(5)一道钢筋混凝土支撑，支撑标高为-2.550m，圈梁截面为1000×800，主撑截面为800×800，连系杆截面700×800，换撑采用H400×400型钢斜撑，斜撑与混凝土构件间设预埋件；
(6)立柱采用钻孔灌注桩结合型钢格构柱形式，立柱灌注桩共22根，桩径700，桩长为坑底以下18m,利用工程桩11根，基坑底面以上采用420×420钢格构柱，型号4L12×14,插入灌注桩3.0m。
3.2 基坑围护设计的优化措施
（1）取消坑内5个集水井的搅拌桩加固，改用240厚砖砌挡土墙，同时作为外模用。集水井与周边土方标高高差1400mm,承台基础的基坑同样采用砖模兼作外模；
（2）汽车坡道土方标高与地下室基坑之间的高低差设计没有考虑加固措施，设计图中的搅拌桩加固仅是SMW工法桩内侧被动土加固。经建议采用重力坝挡墙搅拌桩加固，确保基坑开挖时轨道3号线的安全。同时取消汽车坡道上侧部分的型钢换撑。
（3）电梯井坑内的压密注浆，由于施工对其效果把握不大，改为成本相当的搅拌桩加固，利用场地内搅拌桩施工机械。

图3 电梯井深坑开挖后的情景
（4）保留轨道交通3号线一侧的型钢换撑，取消其余三侧的型钢换撑，这样既给地下室土建施工带来方便，加快施工进度，同时也降低施工成本。
以上建议及措施经专家论证认可，最终得到设计院的确认，最终实施结果也得到预期的效果。
4、主要施工工艺及关键控制措施
4.1 围护钻孔灌注桩
围护钻孔灌注桩施工在工程桩即将结束时开始，由北侧向南两台机械同时开始施工，施工前按照施工图纸进行测量放线，考虑道设计预留的土建施工操作面仅为800mm，以及钻孔桩的塌孔可能会减小土建施工的操作面，所以在放线时允许围护中心线向外扩大50mm，不允许向坑内偏移。每台机的施工按照1、5、9、13再2、6、10、14这样的顺施工，连续施工的两根桩安全距离不小于4d，相邻的两根桩最小时间间隔不小36小时。
每根桩孔的孔深、一清、二清以及钢筋笼的加工、吊放、搭接焊需经专检合格方可进入下道工序，严格控制钢筋笼的顶面标高和混凝土浇灌的灰的标高（施工时按照超过设计标高1m），以免未达到设计标高。
4.2 深层搅拌桩
根据施工图放出围护中心线，采用一台挖机开挖沟宽1.5m,深1m的施工沟槽，同时清除桩位下所有障碍物。采用跳槽双复搅施工，幅与幅之间搭接900mm,施工顺序见下图：
开钻前做好水泥制浆的技术交底工作，采用P32.5普通硅酸盐水泥。惨入比20%，水灰比为1.7，注浆压力为1.5-2.5Mpa。
机械安装调试完毕后由班长统一指挥，开启动力电机，在下沉和提升过程中均应注入水泥浆，控制下沉和提升速度。根据设计和规范要求下沉速度不得大于1.2m/min，提升速度不得大于1.5m/min，每根桩做好成桩记录。项目部做好水泥进场的统计记录，根据施工队伍每天上报项目部的成桩记录中成桩数量和水泥用量，反算每天施工的水泥含量，以免施工队伍偷工减料，确保施工质量。
搅拌桩按照桩位施工顺序依次进行，相互搭接应在12h内完成，以免出现施工冷缝，在最后一幅闭合时或在施工高差中遇到意外情况出现冷缝，采取施工缝外补打一幅三轴桩。
4.3 基坑降水
基坑四周采用深层搅拌桩全封闭止水帷幕，目的主要考虑坑内降水。由于基坑上部土层含水量大，土层的透水性差，在布置深井的同时，增加一圈轻型井点，减少-5.0米以上表层土的含水量。根据施工经验，单口深井的有效抽水面积为200-250m2,本次按照200 m2布置，其中在搅拌桩的围护体内的坑底布置一口深井，保证电梯井坑内的土体干燥。
4.4 土方开挖
支撑的土方开挖改变原设计的一次全部取土至支撑底部标高部位，改变为除基坑边缘部位的斜撑全部挖至支撑底部标高部位，其余在支撑部位抽条挖土。
施工围檩和支撑结构施工完后，待围檩和支撑结构混凝土达到设计强度，深井降水满足要求后便可以基坑内第二次土方开挖。开挖前自北向南基坑中间修筑一条临时便道，在原开挖的沟槽上用素土回填，并在支撑上部铺上道渣、路基箱保护支撑。开挖方向自北向南推进。采用4台挖机配20台土方运输车分二个工作面同时开挖，上部用1.0立方米以上的大挖机，下部用0.2-0.4m3小挖机配合清角和承台基础、电梯井基坑挖土。考虑“时空效应”的原理，由基坑由中间向四周分层分段盆式开挖，最后挖除搅拌桩围护墙边土方。开挖面高差应控制在3～4m以内。

图4 开挖中的基坑情况
5基坑监测
5.1 基坑监测的目的
（1）通过监测，与设计值的比较，判断施工工艺和设计工艺是否符合，对下一步施工起指导作用；
（2）确保基坑施工期间周边的管线、道路、建筑物、特别轨道交通3好线的安全；
（3）通过监测数据，指导基坑各阶段的施工，尤其是在换撑和支撑拆除的施工，确保基坑始终处于安全运行状态。
5.2 基坑监测结果
上水管线累计沉降6.6mm（设计最大值10mm）,电话管线累计沉降5.0mm（设计最大值10mm），轨道3号线立柱累计最大沉降2.9mm（设计最大值10mm），围护体墙顶累计沉降量8.8mm（设计最大值30mm）, 围护墙体测斜累计位移量18.35mm（设计最大值30mm）。
从具体监测数据并结合实际施工情况分析，围护体测斜监测孔的变化情况归纳为：
基坑开挖及地下室结构施工期间，围护墙体测斜孔呈现向基坑内位移，但监测孔的累计位移量均未超出报警值范围；
土方开挖后的2-3天内，监测孔向基坑内位移量较大，大底板完成后监测孔向基坑内侧的位移幅度基本稳定；
支撑拆除完成阶段，围护墙体顶测斜监测孔的平面位移在0-+3mm之间。
5.3 监测结论
信息化施工监测在中冶宝钢技术办公楼基础工程施工中，其实达到了信息化施工的目的
在日常的施工过程中加强对各项监测数据综合分析，找出产生原因并建立相应的对策，及时指导下道工序的施工，优化施工。
基础施工过程未发现有监测点的变形监测数据超出报警范围而报警情况发生，也未对周围管线环境、基坑围护体系和地铁安全性造成影响。基础工程顺利完成，基础周围环境及维护体系安定良好。
6 经验总结
（1）由于场地条件的限制，同时考虑三轴搅拌机械一次进场连续施工，在本次围护结构施工安排中，先施工深层搅拌桩，后施工止水帷幕，造成止水帷幕与搅拌桩之间有一层原土夹层，在基坑施工过程中，夹层土出现流砂现象，经封堵，未发生其他异常情况。
（2）基坑中的电梯井深坑由原先的压密注浆方案改为坑底一排搅拌桩，边坡采用格构式搅拌桩加固形式安全、可靠。
（3）由于施工场地狭小，无大临布置场地，仅在基坑西侧5米宽的狭长地带，布置钢筋加工场地。钢筋堆放严格按照规范要求不超过20Mpa/m2, 采用信息化的施工手段,根据基坑监测的数据,密切注视基坑边堆载变化后，基坑变形情况，解决了地狭小地带施工场地问题。

参 考 文 献
[1] 江正荣主编：《建筑施工工程师手册》，中国建筑工业出版社2002年版，PP．274—409
[2] 杨南方、尹辉编：《建筑工程施工技术措施-2》，中国建筑工业出版社1991年版，PP．179—431
[3]《基础工程施工手册》，1996年版，PP．399—422