緊鄰地鐵與高架的深大基坑工程支撐、降水和開挖施工技術【摘 要】上海越洋國際廣場工程緊鄰城市高架和地鐵車站, 給深基坑施工帶來很大難度, 為了確保高架交通和地鐵 2 號線車站的正常運行以及 M7 線地鐵車站的正常施工, 采取了合理的支撐、降水、開挖土的施工技術, 順利地完成了基坑工程施工, 取得了較好的經濟和社會效益。【關鍵詞】基坑工程 支撐 降水 挖土 越洋國際廣場工程位于上海市靜安區南京西路 1627 號/常德路 55 號地塊。工程南側為延安中路高架，北側緊鄰運行中的地鐵 2 號線靜安寺地鐵車站，東側臨近在建的地鐵 M7 線地鐵靜安寺車站。1 施工難點和對策方案 地下工程施工難點:一是基坑面積大；二是開挖深度深；三是施工環境復雜. 其基坑南側是延安中路高架，北側南京西路下的地鐵 2號線靜安寺車站緊貼本工程北側Ⅱ區地下室結構外墻，而在建中的 M7 線地鐵靜安寺車站西側地下連續墻與本工程東側圍護體的距離為 6.20～13.00 m（且正在施工中）。越洋廣場地下 1~2 層有城市地下連通道，地下 3 層是地鐵 2 號線和 M7 號線的一票換乘通道。 根據工程具體情況和對 2 條地鐵線的保護，我們將項目整體分為 2 個施工區域：Ⅰ區為一幢 43 層超高層辦公樓和24 層酒店式公寓組成；Ⅱ區為 6 層商場大樓。 在施工工藝上：Ⅰ區工程地下室采用順作法施工，Ⅱ區工程地下室根據對地鐵的保護要求再分 2 個施工區域；靠近地鐵的區域采用順作法施工，另一區域因工期需求采用逆作法施工。中間用連續墻隔開。 Ⅰ區基坑總面積約為 11 293 m2，地下 3 層相互連通形成一體。 Ⅰ區基坑開挖深度及相關參數見表 1。
Ⅰ區圍護結構采用地下連續墻形式，地下連續墻深約30 m，寬度為 800 mm （局部 1000 mm）。北側與Ⅱ區結合部采用鉆孔灌注樁和三頭攪拌樁形式作為臨時隔斷。 本工程采用“兩墻合一”形式，即地下連續墻將同時作為結構地下室外墻。 基坑支撐體系采用 3 道鋼筋混凝土支撐和圍檁。 為了加強支撐間的整體作用，在支撐間設置聯系桿。第一道支撐中心標高 -2.10 m，截面為 1 000 mm×800 mm，局部結合棧橋處為 1 000 mm ×1 000 mm，圍檁截面為1 200 mm×800 mm；第二道支撐中心標高 -7.9 m，截面為1 200 mm×800 mm，圍檁截面為 1 300 mm×800 mm；第三道支撐中心標高 -12.95 m，截面為 1 300 mm×800 mm；圍檁截面為 1 400 mm×800 mm。 辦公樓電梯井挖深部位設置一道鋼支撐，即，中心標高-19.65 m 處設置第四道鋼支撐 （H700 mm ×300 mm ×13 mm×24 mm）。 由于基坑周邊沒有施工道路，因此沿基坑中間部位及大門附近支撐上設置混凝土棧橋，以利土方施工順利進行。2 水文地質條件 本工程地層以淤泥質粘土和粉質粘土為主，按其水文地質特性，場地開挖范圍內的地下水類為潛水。 潛水含水層：場地潛水主要在②、③及④層土中，其補給來源主要為大氣降水，排泄方式主要為蒸發，潛水與地表水體也有較強的水力聯系。勘探期間實測場地淺部地下水位埋深為 0.90～1.50 m(上海市年平均地下水位離地表面約 0.50 m～0.70 m)。3 降水施工工藝 由于基坑圍護采用明挖法，施工時需及時疏干開挖范圍內土層的地下水，為保證基坑的干開挖施工的順利進行，共布置了 47 口疏干井（按每 240 m2 布一口井）。3.1 井孔施工 （1） 測放井位：根據井位平面布置圖測放井位，當布設的井點受地面障礙物或施工條件的影響時，現場可作適當調整。 （2） 安裝鉆機：機臺應安裝穩固水平，大鉤對準孔中心，大鉤、轉盤與孔的中心三點成一線。 （3） 鉆進成孔：疏干井的開孔孔徑為 φ500 mm，均一徑到底。鉆進開孔時應吊緊大鉤鋼絲繩，輕壓慢轉，以保證開孔鉆進的垂直度，回轉鉆成孔施工采用孔內自然造漿，鉆進過程中泥漿密度控制在 1.10～1.15，當提升鉆具或停工時，孔內必須壓滿泥漿，以防止孔壁坍塌。 （4） 清孔換漿：鉆孔鉆進至設計標高后，在提鉆前將鉆桿提至離孔底 0.50 m，進行沖孔清除孔內雜物，同時將孔內的泥漿密度逐步調至 1.10，至孔底沉淤小于 30 cm、返出的泥漿內不含泥塊為止。 （5） 下井管：下管前必須測量孔深，孔深符合設計要求后，開始下井管。井管焊接要牢固、垂直，下到設計深度后，井口固定居中。 （6） 填礫料 （中粗砂）：填礫料前在井管內下入鉆桿至離孔底 0.30～0.50 m 處，井管上口應加悶頭密封后，從鉆桿內泵送泥漿進行邊沖孔邊逐步調漿，使孔內的泥漿從濾水管內向外由井管與孔壁的環狀間隙內返漿，使孔內的泥漿密度逐步調到 1.05,然后開小泵量按要求填入礫料，并隨填隨測填礫料的高度，直至礫料下入預定位置為止。 （7） 填粘性土：在圍填粘性土時，應將塊狀的粘性土碾碎（粒徑≤3 cm） 后填入，下入速度不宜太快。 （8） 井口封閉：為防止泥漿及地表污水從管外流入井內，在地表以下回填 2.00 m 厚粘性土以止水，或采用水泥漿封孔。 （9） 洗井：在提出鉆桿前利用井管內的鉆桿接上高壓泵，先進行孔內換漿，將孔內泥漿換成清水，同時置換出井管底沉淤,直到水清不含砂為止。 （10） 安泵試抽：成井施工結束后，在疏干井內及時下入潛水泵與接真空管、排設排水管道、地面真空泵安裝、鋪設電纜等，電纜與管道系統在設置時應注意避免在抽水過程中被挖土機、吊車等碾壓、碰撞損壞。抽水與排水系統安裝完畢，即可開始試抽水。先采用真空泵與潛水泵交替抽水，真空抽水時管路系統內的真空度不宜小于0.06 MPa，以確保真空抽水的效果。 （11） 排水: 洗井及降水運行時，用管道將水排至場地四周的明渠內，通過排水渠將水排入場外市政管道中。3.2 疏干井降水運行 （1） 在疏干井的成井施工階段應邊施工邊抽水，即完成一口投入降水運行一口，力爭在基坑開挖前及時降低圍護結構內基坑中的地下水位，做到能及時降至每一層開挖面以下 0.5 m～1.0 m。 （2） 坑內疏干井抽水時，潛水泵的抽水間隔時間由短至長，每次抽水井內水抽干后，應立即停泵，對于出水量較大的井，每天開泵的抽水的次數相應要增多。 （3） 工地現場要備足潛水泵，數量要多于井數的 1～2臺。使用的潛水泵要做好日常保養工作，發現壞泵應立即修復或及時更換。 （4） 降水運行期間，現場實行 24 h 值班制，值班人員應認真做好各項記錄，做到準確齊全。 （5） 降水運行階段應保證電源供給，如遇電網停電，有關單位須提前兩個小時通知降水施工人員，以便及時采取措施，保證降水效果。4 挖土與支撐施工4.1 第一皮土方開挖和支撐 ( 棧橋) 施工 公寓樓和塔樓部位占地面積各 5 150 m2 和 5 660 m2，此處先挖深 1.80 m~ 1.00 m （天窗區域），土方量約為 7482 m2。施工利用三臺 EX-200 挖土機，由南向北進行表層土開挖。 第一道支撐施工時，按要求鑿除地下連續墻上部分混凝土，要求鑿至圍檁底面以上 5~10 cm。剝出地下連續墻主筋,清除開鑿面松動的混凝土碎塊和殘漿。 混凝土澆搗采用 C30 混凝土 （除四周圍檁均采用C30S6）。 按照設計圖紙放出支撐、圍檁墊層灰線 （每側墊層邊比支撐邊寬 250 mm），并復核鋼構柱位置，根據鋼構柱實際位置在征得設計同意后調整支撐軸線位置，但注意與鋼結構柱位置不能相碰。 支撐底部澆筑 200 mm 厚 C20 混凝土墊層，上鋪油氈隔離層代底模。 側模采用九夾板加 50 mm×100 mm 木方外加穿墻螺栓、扣件管支撐體系。棧橋平臺模采用九夾板。 第一道支撐澆筑時進行分段施工，原則上要求每個施工段內的混凝土一次澆搗完成，分段澆搗必須注意施工縫的留設與處理。施工縫要求留設在跨中的 L /3 內。 施工縫處理：鑿除鋼筋和界面處的松動混凝土和殘漿，用同配比水泥漿接漿后再澆筑新混凝土。 混凝土澆搗采用汽車泵或固定泵進行澆搗。4.2 第二皮挖土及第二道支撐施工 公寓樓部位挖深 5.85 m、土方量約為 30 128 m3、每天按運土量為 3 000 m3 計，工期為 10 d，利用 3 臺EX-300和3 臺 EX-100 挖土機、分 3 條施工作業線，由西向東進行立體接力開挖。 塔樓部位挖深 5.85 m、土方量約為 32 884 m3、每天運土量為 3 200 m3 計，工期為 10 d，利用 2 臺 EX-200 和2臺 EX-100 挖土機、分 2 條施工作業線；由西向東進行立體接力開挖。 挖土按盆式方法進行，挖土不得超挖，開挖面的高差應控制在 3 m 以內，放坡為 1∶1.5； 立柱周邊應對稱掏空，以防止立柱受力不均勻。 針對鋼筋混凝土圍檁、邊桁架及角撐復合支撐的特點，挖土的流向與支撐施工配合，做到分區挖土、分區形成支撐，最大程度地減少基坑無支撐狀態持續的時間。 待挖土到位后，在支撐部位開溝挖槽，槽深為支撐底標高下 10 cm，槽寬為支撐寬度加 1 m （左右各 0.5 m），槽邊坡按 1∶0.75放坡。 在溝槽兩側邊坡處設置 100 mm×150 mm 臨時排水小明溝。 在支撐區挖土時，在通道的支撐旁填土然后鋪上走道板，讓走道板架空，高出支撐面 30 cm。嚴禁在底部掏空的支撐構件上行走與操作。 第二道支撐施工時將圍檁高度部位的地下連續墻表面鑿毛，使圍檁對地墻有一定的嵌固作用，同時剝出與圍檁吊筋相焊接的地下連續墻鋼筋。 施工墊層、方法及要求同第一道支撐，進行立柱樁穿支撐節點施工，焊鋼板及鋼筋。 圍檁、支撐的鋼筋綁扎、支模、插吊筋，模板形式亦同第一道支撐。 考慮到基坑工程結束后的支撐拆除，在澆搗支撐時預埋爆破用紙管。 混凝土標號 C30，摻早強劑，采用 2 臺固定泵接硬管布料。施工縫留設要求同第一道支撐。4.3 第三皮挖土及第三道支撐施工 當第二道支撐的混凝土強度達到設計強度的 80%，進行開挖第三皮土方。 開挖條件同第二次開挖。最底下 30 cm 厚土體采用人工方式開挖，將坑底土平整到標高要求并布置好盲溝。 電梯井等深坑部位在機械挖到坑周圍標高時，同時挖除并將土帶走，并配合人工挖土成型。拔除深井降水管。 混凝土墊層施工緊隨挖土分塊進行，不使坑底長時間暴露。其間用水準儀測量，嚴格控制墊層標高。 支撐施工同第二道支撐施工。4.4 辦公樓電梯井挖深部位鋼支撐施工 操作工藝：溝槽成型→焊接立柱牛腿→拼接安裝 H 型鋼支撐形成支撐體系→補加綴板→焊接固定部分節點→全部焊接→檢查驗收。 根據設計圖紙和交底要求放出支撐軸線，檢驗支撐位置、立柱樁及圍護樁位置。 鋼支撐檢查內容：節點焊縫質量、橫向聯系桿設置情況、支撐軸線與標高。嚴格控制支撐軸線、標高偏差，要求水平向、垂直向沿軸線偏差控制在 30 mm 以內。5 結 語 整個基坑工程從降水、開挖到地下室結構出地面各項質量指標均符合設計和規范要求，沒有出現大的位移和沉降，保證了附近高架和地鐵 2 號線的正常運營以及 M7 號線地鐵車站的順利施工，取得了較好的經濟和社會效益。
Ⅰ區圍護結構采用地下連續墻形式，地下連續墻深約30 m，寬度為 800 mm （局部 1000 mm）。北側與Ⅱ區結合部采用鉆孔灌注樁和三頭攪拌樁形式作為臨時隔斷。 本工程采用“兩墻合一”形式，即地下連續墻將同時作為結構地下室外墻。 基坑支撐體系采用 3 道鋼筋混凝土支撐和圍檁。 為了加強支撐間的整體作用，在支撐間設置聯系桿。第一道支撐中心標高 -2.10 m，截面為 1 000 mm×800 mm，局部結合棧橋處為 1 000 mm ×1 000 mm，圍檁截面為1 200 mm×800 mm；第二道支撐中心標高 -7.9 m，截面為1 200 mm×800 mm，圍檁截面為 1 300 mm×800 mm；第三道支撐中心標高 -12.95 m，截面為 1 300 mm×800 mm；圍檁截面為 1 400 mm×800 mm。 辦公樓電梯井挖深部位設置一道鋼支撐，即，中心標高-19.65 m 處設置第四道鋼支撐 （H700 mm ×300 mm ×13 mm×24 mm）。 由于基坑周邊沒有施工道路，因此沿基坑中間部位及大門附近支撐上設置混凝土棧橋，以利土方施工順利進行。2 水文地質條件 本工程地層以淤泥質粘土和粉質粘土為主，按其水文地質特性，場地開挖范圍內的地下水類為潛水。 潛水含水層：場地潛水主要在②、③及④層土中，其補給來源主要為大氣降水，排泄方式主要為蒸發，潛水與地表水體也有較強的水力聯系。勘探期間實測場地淺部地下水位埋深為 0.90～1.50 m(上海市年平均地下水位離地表面約 0.50 m～0.70 m)。3 降水施工工藝 由于基坑圍護采用明挖法，施工時需及時疏干開挖范圍內土層的地下水，為保證基坑的干開挖施工的順利進行，共布置了 47 口疏干井（按每 240 m2 布一口井）。3.1 井孔施工 （1） 測放井位：根據井位平面布置圖測放井位，當布設的井點受地面障礙物或施工條件的影響時，現場可作適當調整。 （2） 安裝鉆機：機臺應安裝穩固水平，大鉤對準孔中心，大鉤、轉盤與孔的中心三點成一線。 （3） 鉆進成孔：疏干井的開孔孔徑為 φ500 mm，均一徑到底。鉆進開孔時應吊緊大鉤鋼絲繩，輕壓慢轉，以保證開孔鉆進的垂直度，回轉鉆成孔施工采用孔內自然造漿，鉆進過程中泥漿密度控制在 1.10～1.15，當提升鉆具或停工時，孔內必須壓滿泥漿，以防止孔壁坍塌。 （4） 清孔換漿：鉆孔鉆進至設計標高后，在提鉆前將鉆桿提至離孔底 0.50 m，進行沖孔清除孔內雜物，同時將孔內的泥漿密度逐步調至 1.10，至孔底沉淤小于 30 cm、返出的泥漿內不含泥塊為止。 （5） 下井管：下管前必須測量孔深，孔深符合設計要求后，開始下井管。井管焊接要牢固、垂直，下到設計深度后，井口固定居中。 （6） 填礫料 （中粗砂）：填礫料前在井管內下入鉆桿至離孔底 0.30～0.50 m 處，井管上口應加悶頭密封后，從鉆桿內泵送泥漿進行邊沖孔邊逐步調漿，使孔內的泥漿從濾水管內向外由井管與孔壁的環狀間隙內返漿，使孔內的泥漿密度逐步調到 1.05,然后開小泵量按要求填入礫料，并隨填隨測填礫料的高度，直至礫料下入預定位置為止。 （7） 填粘性土：在圍填粘性土時，應將塊狀的粘性土碾碎（粒徑≤3 cm） 后填入，下入速度不宜太快。 （8） 井口封閉：為防止泥漿及地表污水從管外流入井內，在地表以下回填 2.00 m 厚粘性土以止水，或采用水泥漿封孔。 （9） 洗井：在提出鉆桿前利用井管內的鉆桿接上高壓泵，先進行孔內換漿，將孔內泥漿換成清水，同時置換出井管底沉淤,直到水清不含砂為止。 （10） 安泵試抽：成井施工結束后，在疏干井內及時下入潛水泵與接真空管、排設排水管道、地面真空泵安裝、鋪設電纜等，電纜與管道系統在設置時應注意避免在抽水過程中被挖土機、吊車等碾壓、碰撞損壞。抽水與排水系統安裝完畢，即可開始試抽水。先采用真空泵與潛水泵交替抽水，真空抽水時管路系統內的真空度不宜小于0.06 MPa，以確保真空抽水的效果。 （11） 排水: 洗井及降水運行時，用管道將水排至場地四周的明渠內，通過排水渠將水排入場外市政管道中。3.2 疏干井降水運行 （1） 在疏干井的成井施工階段應邊施工邊抽水，即完成一口投入降水運行一口，力爭在基坑開挖前及時降低圍護結構內基坑中的地下水位，做到能及時降至每一層開挖面以下 0.5 m～1.0 m。 （2） 坑內疏干井抽水時，潛水泵的抽水間隔時間由短至長，每次抽水井內水抽干后，應立即停泵，對于出水量較大的井，每天開泵的抽水的次數相應要增多。 （3） 工地現場要備足潛水泵，數量要多于井數的 1～2臺。使用的潛水泵要做好日常保養工作，發現壞泵應立即修復或及時更換。 （4） 降水運行期間，現場實行 24 h 值班制，值班人員應認真做好各項記錄，做到準確齊全。 （5） 降水運行階段應保證電源供給，如遇電網停電，有關單位須提前兩個小時通知降水施工人員，以便及時采取措施，保證降水效果。4 挖土與支撐施工4.1 第一皮土方開挖和支撐 ( 棧橋) 施工 公寓樓和塔樓部位占地面積各 5 150 m2 和 5 660 m2，此處先挖深 1.80 m~ 1.00 m （天窗區域），土方量約為 7482 m2。施工利用三臺 EX-200 挖土機，由南向北進行表層土開挖。 第一道支撐施工時，按要求鑿除地下連續墻上部分混凝土，要求鑿至圍檁底面以上 5~10 cm。剝出地下連續墻主筋,清除開鑿面松動的混凝土碎塊和殘漿。 混凝土澆搗采用 C30 混凝土 （除四周圍檁均采用C30S6）。 按照設計圖紙放出支撐、圍檁墊層灰線 （每側墊層邊比支撐邊寬 250 mm），并復核鋼構柱位置，根據鋼構柱實際位置在征得設計同意后調整支撐軸線位置，但注意與鋼結構柱位置不能相碰。 支撐底部澆筑 200 mm 厚 C20 混凝土墊層，上鋪油氈隔離層代底模。 側模采用九夾板加 50 mm×100 mm 木方外加穿墻螺栓、扣件管支撐體系。棧橋平臺模采用九夾板。 第一道支撐澆筑時進行分段施工，原則上要求每個施工段內的混凝土一次澆搗完成，分段澆搗必須注意施工縫的留設與處理。施工縫要求留設在跨中的 L /3 內。 施工縫處理：鑿除鋼筋和界面處的松動混凝土和殘漿，用同配比水泥漿接漿后再澆筑新混凝土。 混凝土澆搗采用汽車泵或固定泵進行澆搗。4.2 第二皮挖土及第二道支撐施工 公寓樓部位挖深 5.85 m、土方量約為 30 128 m3、每天按運土量為 3 000 m3 計，工期為 10 d，利用 3 臺EX-300和3 臺 EX-100 挖土機、分 3 條施工作業線，由西向東進行立體接力開挖。 塔樓部位挖深 5.85 m、土方量約為 32 884 m3、每天運土量為 3 200 m3 計，工期為 10 d，利用 2 臺 EX-200 和2臺 EX-100 挖土機、分 2 條施工作業線；由西向東進行立體接力開挖。 挖土按盆式方法進行，挖土不得超挖，開挖面的高差應控制在 3 m 以內，放坡為 1∶1.5； 立柱周邊應對稱掏空，以防止立柱受力不均勻。 針對鋼筋混凝土圍檁、邊桁架及角撐復合支撐的特點，挖土的流向與支撐施工配合，做到分區挖土、分區形成支撐，最大程度地減少基坑無支撐狀態持續的時間。 待挖土到位后，在支撐部位開溝挖槽，槽深為支撐底標高下 10 cm，槽寬為支撐寬度加 1 m （左右各 0.5 m），槽邊坡按 1∶0.75放坡。 在溝槽兩側邊坡處設置 100 mm×150 mm 臨時排水小明溝。 在支撐區挖土時，在通道的支撐旁填土然后鋪上走道板，讓走道板架空，高出支撐面 30 cm。嚴禁在底部掏空的支撐構件上行走與操作。 第二道支撐施工時將圍檁高度部位的地下連續墻表面鑿毛，使圍檁對地墻有一定的嵌固作用，同時剝出與圍檁吊筋相焊接的地下連續墻鋼筋。 施工墊層、方法及要求同第一道支撐，進行立柱樁穿支撐節點施工，焊鋼板及鋼筋。 圍檁、支撐的鋼筋綁扎、支模、插吊筋，模板形式亦同第一道支撐。 考慮到基坑工程結束后的支撐拆除，在澆搗支撐時預埋爆破用紙管。 混凝土標號 C30，摻早強劑，采用 2 臺固定泵接硬管布料。施工縫留設要求同第一道支撐。4.3 第三皮挖土及第三道支撐施工 當第二道支撐的混凝土強度達到設計強度的 80%，進行開挖第三皮土方。 開挖條件同第二次開挖。最底下 30 cm 厚土體采用人工方式開挖，將坑底土平整到標高要求并布置好盲溝。 電梯井等深坑部位在機械挖到坑周圍標高時，同時挖除并將土帶走，并配合人工挖土成型。拔除深井降水管。 混凝土墊層施工緊隨挖土分塊進行，不使坑底長時間暴露。其間用水準儀測量，嚴格控制墊層標高。 支撐施工同第二道支撐施工。4.4 辦公樓電梯井挖深部位鋼支撐施工 操作工藝：溝槽成型→焊接立柱牛腿→拼接安裝 H 型鋼支撐形成支撐體系→補加綴板→焊接固定部分節點→全部焊接→檢查驗收。 根據設計圖紙和交底要求放出支撐軸線，檢驗支撐位置、立柱樁及圍護樁位置。 鋼支撐檢查內容：節點焊縫質量、橫向聯系桿設置情況、支撐軸線與標高。嚴格控制支撐軸線、標高偏差，要求水平向、垂直向沿軸線偏差控制在 30 mm 以內。5 結 語 整個基坑工程從降水、開挖到地下室結構出地面各項質量指標均符合設計和規范要求，沒有出現大的位移和沉降，保證了附近高架和地鐵 2 號線的正常運營以及 M7 號線地鐵車站的順利施工，取得了較好的經濟和社會效益。
