重要结构物附近复杂基坑施工技术

刘国彦

(武汉桥梁建筑工程监理有限公司，湖北 武汉 430063)

0 引言

近年来，随着上海经济的持续快速发展、人口的膨胀及城市功能的拓展，上海的市政建设持续发展，并因此造就了大量的复杂基坑工程。基坑自身的稳定性及对周边环境的保护等问题，使得复杂基坑工程成为我国土木领域中的热点和难点问题之一，正引起广泛的关注。

1 工程概况

嘉闵高架路(南段)新建工程是上海市迎“世博”的重大工程建设项目，该标段东临沪昆铁路，上跨蒲汇塘河道、沪淞公路、地铁九号线、小涞港河道，由主线，P1，P2匝道组成。主线起点桩号:K12+957.00，终点桩号:K14+854.50(不含对应墩及伸缩缝)，总长1 897.5 m，在本标段红线范围内的河道工程与主体工程施工同时实施。

小涞港围护工程属于嘉闵高架路(联明路—徐泾中路)道路新建工程红线范围内的配套河道围护改造工程的一部分，围护体施工完成后对红线两侧的既有沪昆铁路、地铁九号线试车线进行防护，以保证河道基坑施工过程中列车的行车安全。其中小涞港在该范围内为南北走向，改建目标是把小涞港东岸原防汛墙结构拆除，并退后7 m距离施工新防汛墙。河道改建施工与嘉闵高架桥施工同步进行，同时新建防汛墙后10 m～15 m范围内为沪昆铁路线、地铁试车线，如何在围护设计中协调河道改造及保护沪昆铁路线、地铁试车线(见图1)，成为本次河道基坑围护施工中重点考虑的问题。

图1 典型断面图

2 工程难点

新建防汛墙位于老防汛墙后7 m左右，为了施工新防汛墙，需对河道岸边进行围护设计施工。现河道岸边地坪标高为+4.50 m，新建防汛墙底板顶标高为－1.00 m，防汛墙底板厚700 mm，下面铺有100 mm厚素混凝土垫层。由此可知，本次基坑开挖深度为6.3 m，考虑到沪昆铁路线、地铁试车线在基坑开挖两倍范围之内，故按一级基坑设计。

根据有关规定，本次地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要求如下:1)地面最大沉降量不大于0.2%H;2)围护墙最大水平位移不大于0.2%H。

由于河道内部没有可以立支撑的地方，故本次围护考虑采用搅拌桩重力坝的形式。由于基坑开挖深度已经超过了搅拌桩重力坝围护的极限深度，又要严格控制围护墙体的侧向位移值，如何进行基坑围护体的设计成为本项工程的难点。

3 方案选择

由于基坑围护墙体后10 m～15 m范围内为沪昆铁路线、地铁试车线，故现场没有开挖放坡的空间，这种方案被否决。同时为了避免高架承台的移位，围护的支撑体系不能作用在高架桥承台处，这种方案也被否决。通过综合考虑分析，最终采取SMW工法加搅拌桩重力坝的围护形式，并且设置一道钢支撑，支撑一端作用在围护墙体上，另一端作用在原防汛墙底板处。

按照原先的设想，应拆除原防汛墙结构，再施工新建防汛墙处围护，最后施工新防汛墙。但是考虑到基坑施工控制变位的困难性，必须在围护墙体上设置一道支撑，通过现场分析考察，这道支撑作用的最好位置便是原防汛墙底部。接下来的施工工序便是先施工围护墙体，再施工新防汛墙，最后待新防汛墙施工完毕并覆土后再拆除原防汛墙。

4 设计深化

方案确定以后，接下来便是深化设计。本次设计的思路是大部分墙后土压力由搅拌桩重力坝承担，其余部分由前端支撑来承担。显而易见，围护墙体的厚度与深度和支撑的轴力大小成反比，即围护墙体宽度越小，深度越浅，传到支撑上的力就越大，反之亦然。而根据现场调查可知，原防汛墙底板顶标高为1.40 m，底板厚500 mm，下有两排300×300×10 000@1 000 mm的钢筋混凝土方桩，底板上部的覆土已经挖除，即防汛墙底板上的侧向推力只能靠底板下的方桩来承担。一旦支撑传递的轴力过大，可能导致防汛墙发生侧向位移，从而导致围护墙体发生侧移，围护效果将会很不理想。所以必须在两者之间选择一个合理点，既能保证支撑轴力不引起原防汛墙发生过大的侧移，又能有效的减小围护墙体的宽度和深度，从而达到既安全又经济的效果。

通过计算分析，原防汛墙在承受小于200 kN/m推力的前提下可以满足较小的变位。以控制此数据为依据，采用相关基坑软件对基坑围护进行模拟分析，计算得出本次围护重力坝墙体宽度为4.7 m，深度为14.3 m，通过计算结果可知:

围护墙顶的最大水平位移为11.7 mm，小于规定的开挖深度的0.2%限值，即12.6 mm，满足要求，同时计算轴力为175 kN/m，小于先前规定的200 kN/m的限值。墙后地表最大沉降值为16.8 mm，由于沪昆铁路线离开围护墙体的距离在10 m～15 m之间，基坑开挖对铁路线的影响较小。

如果没有前端支撑，同样搅拌桩宽度为4.7 m，墙体水平位移将达到61.7 mm;搅拌桩宽度增加至6.3 m时，墙体水平位移还是大于40.0 mm。由此可知，前端支撑(即使是弱支撑)对于控制围护墙体水平位移的作用非常明显。

除此之外，基坑围护的所有其他参数均满足规范要求。同时为了保证围护墙体有更好的整体稳定性，在第一排搅拌桩内插入H型钢，隔一插一，顶部用钢筋混凝土顶圈梁连接。

5 基坑围护施工

原防汛墙驳岸的稳定对本工程的变位控制非常关键，必须保证原防汛墙不发生大的位移，所以在项目施工前，必须对原防汛墙的抗侧移能力进行试验分析，可以利用千斤顶等仪器对原防汛墙底板施加推力，推力大小可取为支撑的计算轴力，并设置观测点进行观察，观测的结果可以作为施工的依据，为接下来的工作提供安全保障。

施工工艺流程如下:

测量放样→平整施工场地→搅拌桩加固基坑周围土体→间隔插打H型钢→钢筋混凝土顶圈梁施工→轻型井点降水至设计水位→第一阶段挖土→施工钢管支撑→分层开挖基坑至基坑底→钢筋混凝土方桩施工→新建防汛墙施工→灌浆回填拆除钢支撑→拆除原防汛墙。

本工程采用“SMW工法桩+水泥搅拌桩”作为围护的主要受力结构，同时利用钢支撑将围护体与既有驳岸连接在一起，保证了整个围护体的刚度，在施工过程中实测水平变形为3 mm～10 mm＜12 mm(2%H)，地面沉降为5 mm＜12 mm(2%H)。

6 结语

本工程场地条件非常恶劣，首先，基坑两倍开挖深度范围内有沪昆铁路线、地铁试车线，属于重点保护对象;其次，要同时破除原防汛墙，施工新防汛墙以及高架桥承台，施工情况较为复杂;最后，基坑内部为小涞港河道，较难设置支撑作用点。本次施工综合考虑上述情况，通过改变施工工况，并把基坑内支撑作用点设置在原防汛墙底板上的办法，较好地控制了基坑的变位值，确保了沪昆铁路线和地铁试车线的安全运营。同时又能有效地减小围护墙体的宽度和深度，从而达到既安全又经济的效果。

[1] JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S].

[2] DBJ 08-61-97，基坑工程设计规程[S].

[3] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1998.

[4] 王洪新.基坑施工对紧邻的正在运营的地铁车站的影响及其相应的变形控制技术研究[D].上海:同济大学，2003.

[5] 曾 远，李志高，王毅斌.基坑开挖对邻近地铁车站影响因素研究[J].地下空间与工程学报，2005，8(4):642-645.