在老城厢地区进行超大型深基坑工程的施工控制技术-宏.docx

在老城厢地区进行超大型深基坑
工程的施工控制技术

摘要：老城区一般多为旧房密集、地质条件复杂、地下管线老化地区，新建工程施工难度极大，深大基坑尤甚。结合工程实例，针对上海英皇明星城超大型深基坑工程的施工特点和难点，精心设计、精心组织，协调好基坑与地下结构施工在时间、空间上的界面关系，协调好现场内外的组织管理和统筹，有效地运用”时空效应”和多种地下工程技术、信息化手段，确保了基坑工程施工期间周围邻近建筑物、地下管线、交 通设施等的安全和正常运行。
关键词：基坑工程 围护结构 土方开挖 微差爆破 施工控制
摘自：建筑施工.2008.第五期

1 工程概况
上海英皇明星城工程位于上海老城隆庙所在的老城厢地区，基地为俗称”老马路”的候家路和吴家弄路所环绕。本工程为集商业、酒店、娱乐为一体的综合性建筑，也是老城改造的标志性工程，总建筑面积达11.8万m2 。
2 基坑工程的特点及施工难点
2.1 周围环境和地质条件复杂
本工程基坑周围旧房密集，离基坑最近的1～2 层民房不足8m，还有众多的地下管线，环境保护要求相当严格。该场地工程地质条件也较复杂，表层杂填土厚度较大，且有较大范围的地下障碍物，基坑开挖深度内普遍分布有粘性和砂性重、透水性较强的土层，是基础渗漏和流砂、塌方埋泵的多发地区。
2.2 基坑工程相对规模大、安全与稳定风险较大
本工程设有三层地下室，相当于占地1.8万m2，而基坑面积约占1.6 万m2，开挖深度达13.3m，土方量约21万m2 , 属超大型深基坑工程。
2.3 施工场地狭小，施工进度紧，施工组织难度高
场外交通主干道河南南路白天往来车流量大，交通拥挤；且规划中拟建的地铁10号线隧道离基坑净距离约20m，为确保两工程安全，必须加快施工进度，力争在时间上与地铁施工错开。
3 基坑围护的设计和优化
3.1 基坑围护设计方案
本工程基坑围护止水帷幕采取3650 mm 深层搅拌桩，桩长20m ，轴间距450 mm ，互相搭接200 mm ，幅与幅间搭接650 mm ，水泥掺量20 % ，水灰比1.7。
挡土结构采取钻孔灌注排桩加三道钢筋混凝土水平内撑的方案，围护灌注桩桩径1050 mm、1100 mm ，桩长27～29m；三道支撑厚度均为800 mm，中心标高分别为－1.700m 、－5 . 900m 、－10.100m，在第一道支撑上设栈桥，支撑立柱采用钻孔灌注桩内插480 mm x 480 mm 钢格构柱，钢格构柱插入灌注桩混凝土3m 。详见图1、图2。
为保安全，基坑内局部再采取2700 mm深层搅拌桩进行被动土压力加固，桩中心距1000 mm×500mm；坑底上7.15m，水泥掺量8 %，坑下4m ，水泥掺量13 % ，水灰比0.5.
3.2 基坑围护的设计优化措施
本工程基坑围护设计方案在上海市建设和管理管理委员会科技委技术评审的基础上，再根据专家的建议，经各方进一步分析研究，采取了如下的优化措施：
（1）基坑内第③层淤泥质粘土夹砂质粉土层，渗透系数达3×10-4cm/ s，坑底第④层淤泥质粘土层夹薄层粘砂，渗透系数也在1.0×10-5cm/s,为提高止水帷幕的性能，将原设计的双轴深层搅拌桩墙，改为采用三轴650mm深层搅拌桩。
（2）完善内支撑体系的竖向布置和平面布置，适当提高第一道支撑的标高至-1.70m，以减少小围护墙初始变形；调整和加强第一道支撑作施工栈桥和出土平台的结构强度和刚度，并扩大栈桥长度。
4 主要施工工艺与关键控制措施
4.1 深层搅拌桩
根据施工图纸放出的围护内外边线，采用一台挖机开挖沟宽0.85m、深1.2m左右的沟槽，配合一台镐头机清除得下障碍物，沟槽余土及时处理或即进行现场平整消化，确保搅拌桩正常施工。
施工顺序采用跳槽式双全复搅连接幅与幅间搭接650mm，施工方式如下图3：
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。掺入比为20%，水泥浆水灰比为1.70，水泥浆密度1.50t/m3，供浆流量300～320L/min。注浆量以每钻的加固体积进行换算，注浆压力为1.5MPa～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，以控制下沉和提升速度。根据设计和有关技术要求下沉速度不得大于1.2m/min，提升速度不大于1.5m/min，在柱底部位应适当持续搅拌注浆，做好每次的成桩记录。
搅拌桩按照桩位施工顺序依次施工，相互搭接桩位亦应在12h内完成，以避免形成施工冷缝。在最后一幅闭合时或在施工过程中遇到意外情况出现冷缝后，采取施工缝外补打一幅三轴桩，中间注浆。（关键点控制见表1 )

表1 深层搅拌桩成桩质量控制
工序名称
控制类别
主要控制措施
施工方案审核
控制点
审核方案是否完整、正确、合理、可行，审批手续是否齐全完整。
主要设备审核
控制点
钻机出厂合格证、年检资料、维护保养记录；压力表标定证书真空泵是否完好。
主要材料审核
控制点
审核材料质保资料，现场检查材料外观质量见证取样。
桩位放线
检查点
桩位放线要准确，施工顺序的安排应尽贵减少对基坑围护结构及周围环境的影响。
钻机设备就位
检查点
钻机机座应水平，机架应垂直，运转正常，且应配置流量计。
成桩参数
控制点
正式成桩前应进行试桩，以确定提升速度，喷浆量等施工参数。
成桩深度
控制点
下钻如有障碍，应跳开查明原因，清除障碍或采取其它措施施工，保证成桩深度。
水泥泉
控制点
控制水灰比，成桩速度、浓度等，保证单桩水泥用量及水泥消耗总量。
取芯试验
控制点
对已完成桩，应按规范要求的频率进行取芯试验。

4.2 围护钻孔灌注桩
围护排桩采取1、3、5 再2、4 的顺序隔桩施工，共配备6台桩机，分段施工。工程桩施工前应按设计的要求进行试桩，工程桩施工共配备14 台桩机，按从北到南、从东到西的顺序分片施工，群桩跳开4 倍桩径施工，当间距不到4 倍桩径时，应待邻桩混凝土浇筑36h后才能钻孔。支撑的钢格构柱安装就位工作则配备了两台25t 汽车吊。
根据本工程的特点和设计要求，选用适宜本工程施工的GPS10、GPS20 型钻机，进行正循环成孔钻进。钻头直径应等于设计桩径，钻头设保径装置，施工中要经常检查钻头尺寸，发现磨损过大应及时修复、更换。
（关键点控制见表2 )
表2 钻孔灌注桩成桩质量控制
工序名称
控制类别
主要检查、控制内容
施工准备阶 段
主要设奋审核
控制点
审核设备检查证明及其他质保资料，现场检查设备组装、钻头直径、钻杆长度及运行情况。
主要材料审核
控制点
审核材料质保资料，现场检查材料外现质量见证取样。
施工方案审核
控制点
审核方案是否完整、正确、合理、可行，审批手续是否齐全完整。
试成孔
停止点
检查孔深、孔径，泥浆比重，是否塌孔。
成孔阶段
测量放线
停止点
在承包商放样复核后，监理方根据桩位平面图分区城进行复核。
钻机就位
检查点
桩位护筒中心二次复浏，固定钻机道轨平整，调整钻机水平转盘中心对准护筒中心，钻机转盘水平度要用尺检查。
钻深、孔径、垂直度
检查点
钻杆长度、控制上余、确保钻头直径、测井复核、检查钻机水平。
泥浆性能
检查点
检查泥浆比重、粘度是否符合设计及方案要求。
清孔
停止点
成孔完整后督促承包商首次清孔，测绳检查孔深沉渣厚度，复查合格后下钢筋笼．进行二次清孔。

钢筋
笼制作与安装
原材料控制
控制点
钢筋加工前要检查其质保资料，并经过复试合格后方可使用。
钢筋加工安装（焊接）
检查点
检查钢筋加工是否满足设计及方案要求，上下节钢筋笼焊接时应对准，保持垂直，并仔细检查接笼时焊接质量。
钢筋笼验收
停止点
检查钢筋规格、间距及焊接接头质量是否符合设计及方案要求．部分桩布有注浆管，检查注浆管焊接质量，防止注浆管堵塞。
钢筋笼吊装
检查点
检查钢筋笼吊装是否垂直下放，钢筋笼吊装应双点起吊，保持笼轴线重合，由专人指挥吊机下放，控制钢筋笼下放速度，不可强行下放，钢筋笼下放后应固定。
钢筋笼焊接注浆管安装
检查点
检查钢筋搭接长度、钢筋保护层垫块设置，注浆管设置及安装质量。
混凝土浇注
下导管
检查点
导管密封性检查，导管置于钢筋中央（经常调换损坏的密封圈）。
原材料控制
控制点
控制混凝土配合比、坍落度、粗细骨料及外加剂，配合比强度应提高一级。
混凝土浇筑前
控制点
确保第二次清孔结束到灌注混凝土时间间隔不得大于3min，若超过时必须重新清孔，直到符合要求。
混凝土浇筑
控制点
第一斗混凝土必须满足初灌量后方可下灌，下灌时注意导管下拔速度．检查导管在混凝土中的埋入深度是否符合要求，拢导管最小埋深应大于2m，卸管时须测量混凝土面高度，以控制卸管节数，一次拆管不得超过5m。 测量混凝土坍落度，旁站浇捣全过程并留试块。每根桩混凝土灌注结束后应检查混凝土的实际灌注量，充盈系数要求大于1，混凝土顶标高须符合设计要求。
混凝土浇筑
控制点
钻孔孔洞用土回镇，督促承包商根据设计要来进行桩的承裁力试脸和桩身质量检验。钻孔灌注桩全部完成后，应进行动测试验，以判断桩基合格与否，动测报告未出之前不可验收。单桩承裁力试验按设计要求进行，如达不到设计承载力，应进行原因分析，并由设计提出加固措施，监理督促施工单位执行。

4.3 基坑降水
基坑四周采用深搅拌桩全封闭止水帷幕，目的主要是考虑坑内降水。由于基坑上部土层的含水量较大，渗透性差，在抽水过程中靠地下水的高差（重力作用）要在短期内将地下水水位降低到设计要求是比较困难的，因此，在井内用潜水泵抽水同时，辅以真空井结合降水，以加快地下水的径流速度，疏干土层的含水。
根据我们的降水施工经验，在上海地区第⑦层以上的以粘性土为主的潜水含水层的特性，单井有效抽水面积一般为150m2～250 m2，本次取235 m2。
当68口降水井全部抽水时，约20d后能将基坑内的地下水降低到基坑底下lm 。（关键点控制见表3 )

表3 深坑降水成效控制
工序名称
控制类别
主要控制措施
施工组织设计
控制点
是否经总工或技术部门审批；是否完整、正确、合理、可行；质量及安全保证体系是否完备。
主要设备审核
控制点
钻机出厂合格证、年检资料、维护保养记录；压力表标定证书真空泵是否完好。
主要材料审核
检查点
井点管外观检查、过滤沙砾料质量检查。
井点定位
检查点
井点定位复核检查。
挖沟槽
检查点
沟槽位置、深度检查，是否有地下障碍并彻底清除。
高压泵安装
检查点
检查高压泵安装、进出管路敷设质量、电源及开关。
冲孔沉放井管
检查点
孔径不得小于400mm，孔深应比滤管底深1m以上，支管间距2～3m，一台真空泵带动井点支管30根，孔内水清方可沉管。
填沙砾滤料
检查点
填沙砾料，灌填量比设计值不得≤5%，地面以下1m用粘性土封口保证真空度，清水洗井同时穿插沉放水位监测孔管。
机组总管安装
检查点
检查机组安装是否正确，与循环水箱及排水总管连接渗漏。
试抽水
控制点
真空泵真空度60KPa，监测各管路接头是否严密，浑水不得进入循环水箱；试抽水两天后，再用清水更换循环水，以后应定期更换，使工作水清洁，保证设备正常运行。
运行情况
检查点
做好每班井点降水运行记录，即水泵真空度，压力表读数，出水流量及设备运行情况等；检查发现死井点影响降水效果时，应及时更换，确保降水质量；检查水位监测孔管是否有效，如有问题，应及时补设；按规定时间认真进行水位监测，做好记录，基坑外水位比原地下水位下降深度不得大于0.5m，凡超过此值，应及时报警；井点降水过程中既要达到基坑土方开挖的要求，还必须注意由于基坑内降水，造成基坑外邻近土体的沉降，给环境带来严重影响。

4.4 钢筋混凝土支撑
支撑施工必须结合挖土方案，做到开挖一块施工一段，在60h内完成支撑施工，以尽量减少每层土方开挖基坑无支撑暴露时间。
待整道支撑施工完成、形成整体，混凝土达到设计强度80％后，才能进行支撑下面土方的开挖。
支撑混凝土达到设计强度80%，方可进行支撑下面土方开挖。总重30t以下的车辆，应待栈桥混凝土达到设计强度80％后，才可上栈桥；总重30 ～50t的车辆，应待栈桥混凝土达到设计强度100％后，才可上栈桥。
4.5 土方开挖
基坑土方开挖严格执行“开槽做支撑，先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”和“对称、平衡、限时”的开挖原则。第一层土开挖深度1.5m ，采取大开挖方式，第二至第四层土方采取盆式开挖，基坑周边留土宽度不小于3 倍挖深（12.6m）；待上道支撑施工完成，达到设计强度80％后，再按踏步式从中心逐步向四边扩展，踏步高度不超过2m ，按不小于1：1.5比例放坡。边开挖边做支撑，尽早形成中间的十字对撑。
土方采取机械开挖，第一至第三层土方有支撑的位置用灰线放出支撑位置，留200 mm 的土层进行人工扦土；第四层土方下部应留300 mm 的土层进行人工扦土；另外，围护桩边、格构柱边、支撑底、降水井边、工程桩头等部位均应采取人工扦土。（关键点控制见表4）
表4 土方开挖关键点控制

工序名称
控制类别
主要控制措施
施工准备

施工组织设计
控制点
是否经专家评审、经总工或技术部门审批；是否完整、正确、合理、可行；质量及安全保证体系是否完备。
分包资质审核
控制点
审核营业执照、资质证书、人员资历。
人员资质审核
控制点
主要管理人员名单，资质证书；特殊工种上岗证书。
主要设备审核
控制点
挖机出厂合格证、年检资料、维护保养记录、操作人员名单及操作证。
主要材料审核
控制点
支撑材料质保资料、外观检查、焊接质量及试拼装。
开挖条件检查
检查点
围护结构或加固完成并达到设计强度；降水达到要求；环境保护观测点设置完成并取得初始值；施工单位完成技术与安全交底；设备材料及人员进场；安全围护措施到位；
土方开挖过程与支撑施工
测量定位
停止点
对施工单位放样控制点、轴线及标高进行全数复核。
挖土
检查点
按“时空效应”分层分段开挖；检查放坡坡度、开挖深度、宽度；地下障碍清楚；是否有暗浜、积水情况；是否有管涌及渗水现象；坑内排水沟集水井设置。
混凝土支撑
停止点
标高位置、钢筋与模板、混凝土浇筑与振捣、混凝土养护与强度、开挖期间支撑应力监测。
环境监测
控制点
控制围护结构变形、支撑内力及变形、基坑回弹、隆起及抗压、抗拔桩的变形，检查坑内外水位情况、坑底土体隆起。
基坑验槽
停止点
验收坑底土质与勘察是否相符；检查开挖面质量，基坑截面尺寸土体是否扰动。
安全控制
控制点
检查坑边围护，严禁设备上支撑，支撑上不得堆物，严禁坑边堆物增加荷载。

4.6 支撑爆破
如此大面积的基坑，在挖土和筑底完成后，其支撑拆除也就成了新的施工难题，经多种方案比选，决定采用现代爆破技术来拆除超长混凝土支撑。为使应力均匀释放，根据设计方和总包方的要求，共分三层、每层
分三次进行爆破，第一次爆破西北角，第二次爆破西南、东北、东南角，第三次爆破中间部分。爆破采用预裂爆破和微差起爆的爆破技术，精心设计、精心施工。防护主要采用搭建全封闭防护棚的方法进行，并针对一些特殊位置的建筑或机器再加以保护性防护；爆后加强哑炮的检查，确保整个工程的安全。（关键点控制见表5 )

表5 基坑混凝土支撑的拆除与爆破控制
序号
保护与控制内容
主要控制措施
1
格构柱保护
1）格构柱周围5 公分范围内不布孔装药，以减少爆破振动对格构柱的影响；
2）确定合理的起爆网络，使格构柱周围支撑不产生单侧悬臂，且悬臂长度尽可能短；
2
振动控制
1）采用预裂切割爆破技术；
2）“微差延时”起爆技术；
3
飞石的控制
1）严格执行防护方案，搭建全封闭的防护棚；
2）加强对炮孔的预埋和补钻的技术管理；
3）严格把握好装药关；
4）严格把握好网络联结关，确定合理的起爆网络；
4
冲击波控制
1）根据支撑的实际情况制定合理的爆破方案；
2）严格控制单段起爆药量；
3）采取微差起爆技术；
4）合理确定爆破参数；
5
噪声的控制
1）精确计算装药量；
2）利用微差爆破技术；
3）保证炮孔的堵塞长度与堵塞质量，进免冲泡；
4）采用预埋孔技术；
6
炮烟扬尘控制
1）加强炸药的防水防潮，保证良好的堵塞；
2）搭建全封闭脚手架进行防护扬尘，防护棚为双层结构，最上面一层再铺一层绿网，用以遮挡灰尘；
3）爆破后及时洒水降烟降尘；
7
爆炸物品的管理及其他安全措施
爆炸物品的管理严格按照《 民用爆破物品管理条例》 、《 拆除爆破安全规程》 及上海市消防局的有关规定执行。

5 基坑监测
5.1 基坑监测的目的
（1）通过将监测数据与预测值作比较，判断上一步施垦工艺和施工参数是否符合或达到预期要求，同时实现对下涉的施工工艺和施工进度控制，从而切实实现以信息化施生指导的目的；
（2）通过监测，确保本工程基坑开挖期间周边的建筑瓜管线、道路的正常运行；
（3）通过监测，及时调整支撑系统的受力均衡问题，使比个基坑开挖过程能始终处于安全、可控的范畴内；
（4）通过监测，及早发现基坑止水帷幕的渗漏问题，进行及时、有效的堵漏准备工作；
（5）通过监测，技术掌握立柱桩的沉降变化状况，保障施工时地下结构受力均衡；
（6）将现场监测结果反馈设计单位，使设计能根据现场工况发展，进一步优化方案，达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的；
（7）通过跟踪监测，确保在换撑和支撑拆除阶段，施工科学有序，保障基坑始终处于安全运行的状态。
5.2 监测结果
从基坑动土到支撑拆除，周边建筑物累积最大沉降量72.8 mm；地表累计最大沉降量56.9mm；地下管线累计最大沉降量74.9mm；围护墙体侧斜累计最大值86.2mm；支撑立柱累计垂直位移（隆起）40.7mm。从上述监测结果来看，事先确定的报警值偏低，实测的累计值尽管较大，但仍在控制范围内，由于在挖土过程中及时采取相应的措施，未对基坑及周边环境产生危及正常运营的影响。
6 结语
本工程经过精心设计和过程中的有效控制，采用有效的施工、技术手段和组织方法，克服了种种不利的施工条件，化解了地下工程的施工风险，既取得了环境保护、工程安全的预期成效，又为老城厢地区大型深基坑工程施工积累了新的经验。
（1）本工程基坑深度达13.3m ，采用钻孔灌注桩加深层搅拌桩的复合墙、三道钢筋混凝土内支撑，尽管围护墙刚度要弱于地下连续墙，但在同样安全可控的情况下具有良好的技术经济效果。
（2）面积达16000m2 的基坑，采取盆式开挖的方式，按“时空效应”，分层、分区、分块作业，对称、平衡、限时管理，加强监测和信息化施工，较好地控制了基坑的变形和土体稳定。
（3）从实践结果来看，在闹市区应用预裂爆破技术和微差起爆技术拆除钢筋混凝土支撑是可行的，同时，由于事先采取各项安全技术措施，其中包括对冲击波、噪声、烟尘的控制，使施工对周围环境的影响控制在可接受的允许范围之内。
参考文献
[1] 卜一德主编．建筑工程施工旁站监理实用手册．中国建筑工业出版社北京，2005．
[2] 建筑施工手册编写组．建筑施工手册（第四版）中国建筑工业出版社．北京，2003．
[3] 黄强编著．建筑基坑支护技术规程手册．中国建筑工业出版社．北京，1999．