紧邻地铁和保护建筑的大型深基坑设计与施工管理

李志明

（上海首创正恒置业有限公司，上海 200000）

0 引言

大型深基坑设计与施工是当前建筑工程建设的重要内容，其能有效改变工程基础支撑环境，提升建筑结构的稳定性、耐久性和安全性。项目施工中，深基坑建设受周围环境干扰较大，容易因地质、水文、人为因素而产生一系列的病害，影响工程的综合效益。基于此，有必要在项目建设初期，进行深基坑支护体系的有效设计，同时在施工中，还应注重土方开挖与支撑施工、专项保护、施工安全的细化管理。本文结合中美信托金融大厦项目建设实际，就紧邻地铁和保护建筑的大型深基坑设计与施工管理要展开分析。

1 工程及环境状况

1.1 工程概况

本项目为中美信托金融大厦项目，建筑总面积122637.47m2，地上23层地下4层。其中基坑开挖区面积约9500m2，基坑最大开挖深度约19m。地下室北侧临近天潼路12号线区间隧道外壁约10.19m。主体采用框架结构体系，地基基础为桩基础。地下深基坑项目建设中，采用连续墙兼围护墙止水帷幕与结构外墙两墙合一维护支撑形式。项目建设区域位于市中心地铁沿线，周边存在优秀历史保护建筑及苏州河，同时基坑内有老工程桩等障碍物，这使得深基坑项目施工难度较大，容易对周围土体造成干扰，综合考虑基坑周边环境保护要求，整个基坑分为4个区进行施工。

1.2 环境概况

项目拟建场地位于虹口区，基坑位于吴淞路、苏州路、乍浦路及天潼路所围之地。就基坑北侧而言，地下室外墙与该侧基地红线最近距离约7.5m，该侧地铁对项目建设影响最为强烈，隧道直径6200mm，与本项目地下室最近距离约为10m；场地西侧、南侧与地下室外墙最近距离均为5.0m，其中南侧存在苏州河河底，河堤与基坑的最近距离约为20.0m，河堤内有双排钻孔灌注桩，钻孔灌注桩桩径为600mm，桩长为18.0m，桩间距为2.0m；东侧与地下室外墙最近距离约5.70m，存在多幢建筑物。此外，工程建设区域附近还存在道路、地下管线等构筑物，不同程度的对项目建设造成影响，增加了工程建设难度。

1.3 工程地质条件

项目场地周围被众多高层建筑所环绕，场地地势平坦，地貌形态单一，属古河道沉积区，地层变化较大，地质条件较为复杂，地层包含人工填土、灰色江滩土、灰色淤泥质黏土、灰色粉质黏土、暗绿～灰绿色粉质粘土、砂质粉土夹粉质砂土、灰色粉砂、含砾细砂夹中粗砂等，整体地层环境较为软弱，基础承载能力交叉。此外，地层中存在一定的潜水和承压水。

2 深基坑支护设计

2.1 围护结构

本工程拟采用顺作法施工，由于基坑北侧为地铁12号线区间隧道，保护要求较高，结合类似面积及开挖深度规模的大量基坑工程实践，基坑围护结构考虑采用分区顺作法施工。基坑周边采用'两墙合一'地下连续墙作为基坑围护体，该围护形势下，地下连续墙在基坑开挖阶段发挥着挡土止水的作用，同时在正常使用阶段，其可作为地下室结构外墙，对建筑物进行支撑保护[1]。项目深基坑分ABCD四个施工区域，如图所1示，设计中，于A区和B区，C区和D区之间分别设置1000mm和800mm的地下连续墙作临时隔断，以此来减少坑开挖对地铁隧道的影响；同时采用ø850@600三轴水泥土搅拌桩槽壁加固对地铁隧道侧地墙两侧进行加固，其他区域设计ø600高压旋喷桩止水构造，减少基坑降水对地铁隧道的影响。

图1 基坑平面

2.2 基坑加固

基坑加固主要是对基坑内部的土体进行加固[2]。在其加固设计中，考虑以下设计要素：①通过采用ø850@600三轴水泥土设计搅拌桩满堂加固形式，对邻近地铁侧的基坑进行加固，其目的在于减少围护体的水平位移，实现周边多层建筑物和市政管线的有效保护。②加固范围设计中，要求对第一道支撑底至基底以下12.0m实施加固，加固过程中，第一道支撑底与第二道支撑水泥掺量控制在10%；而第二道支撑下水泥掺量需控制在20%。③加固强度设计中，要求加固28d后，土体无侧限抗压强度最低保持在0.8MPa。④土体加固采用三轴水泥土搅拌桩，要求搅桩采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥加工而成，加工中使用二喷二搅工艺，加固成型墙体抗渗系数10-6～10-7cm/sec。

2.3 水平支撑体系

水平支撑分区域进行设计，在A区及B区内，采用对称形式布置四道钢筋混凝土进行加固，其中，第一道支撑混凝土强度为C30；后续支撑混凝土强度为C40；确保AB区主筋保护层厚度控制在30mm，并对支撑杆件截面尺寸、强度等级、中心标高等指标进行合理规划，如表1所示。C、D区设计中，采用一道钢筋混凝土水平支撑和两道水平钢管支撑体系。钢管支撑的钢材选用Q345B。

表1 AB区水平支撑体系构件控制标准

2.4 竖向支撑体系

竖向支撑采用钻孔灌注桩内插角钢格构柱的支撑立柱桩的设计，立柱桩包含利用的主体结构工程桩作为立柱桩和增打立柱桩，增打的立柱桩采用ø800的钻孔灌注桩设计，要求桩身混凝土强度保持为C30。钢立柱规格设计中，于A区及B区内使用4L180×16角钢格构柱，而在D区，使用4L125×12角钢格构柱，确保钢材型号均为Q345B钢。待支撑完成后，对支撑效果进行检查，确保其满足设计标准后，按照分区、分块、分层的原则，进行地下土方开挖施工。

3 土方开挖与支撑施工

3.1 预降水

本项目土方开挖中，分四个小坑逐个施工，同时施工区域地质环境较为复杂，土层内含水量丰富，存在承压水问题。项目中，承压水容易对基坑底板的稳定性产生不利影响，故而需要进行预降水施工的有效处理。施工中，项目采用泄压井进行降低承压水的工作。在降水经设计中，进行真空深井和泄压管井的系统计算，然后以此为基础，进行降水井布设。就降水井位置而言，要求其避开支撑、工程桩、立柱桩和坑底的抽条加固区，同时尽量靠近支撑以便井口固定。泄压井还须避开主体结构墙柱、支撑栈桥；此外按照设计标准进行降水井构造的合理施工，该环节中，要求井口高出地面0.5m，避免污水流入其中，同时井深不小于2m，井管壁采用焊接钢管的建设形式，确保井壁厚度满足项目设计要求；此外，进行过滤器、沉淀管、填滤料的有效处理，确保降水井满足项目建设需要，实现地层富水的有效处理[3]。

3.2 挖土与支撑

土方开挖按照分区、分层开挖的施工方式，并且在单层开挖中，按照“先远后近”分区盆式开挖支撑施工，边挖边浇捣钢混凝土支撑。在开挖过程中，为避免对周围构筑物、管线和环境造成影响，严格按照施工方案的规定进行施工，在开挖前，进行定位控制线、标高控制桩的再次复核，采用混凝土支撑时，只有当混凝土支撑强度达到设计标准的80%后，才可进行下层开挖；开挖施工中，对定位桩、轴线桩、水准基桩等要素进行重点监测，避免土方超挖，同时当距坑底开挖完成面标高300mm时，采取人工修土至设计标高的方式，此外，在开挖时，严禁基坑周边堆放重物，需将基坑边物体荷载控制在20kN/m2以内。

本项目支护包含混凝土支护和钢支护良好总形态。就混凝土支护施工面而言，需进行其模板、混凝土支撑钢筋、混凝土浇筑工程的有效管理。就混凝土浇筑模板施工，要求设计图尺寸现场定位放样，同时做好底模、支撑截面宽的有效管理，底模宽度须大于支撑截面宽每边150～200mm，同时标高一致，表面平整；而在钢筋工程建设中，要求采用机械连接方式，接头在同一断面处数量不超过50%，同时钢筋遇到立柱时，应尽量穿过去；混凝土浇筑施工需做好试块强度测试，要求混凝土强度达到80%后，开始进行下层土方开挖。钢支撑按照分次施加轴力的方式进行施工，结合项目建设需要，单次轴力施加需控制在500kN或1000kN[4]。

4 历史建筑的专项保护措施

由于项目位于虹口区市中心地段，周边存在优秀历史保护建筑及苏州河。深基坑项目施工存在一定振动，容易对周围建筑物造成影响，要求施工人员详细阅读、熟悉掌握建设单位提供的图纸资料，并召开施工会议，探讨对历史建筑的保护方法。对历史建筑进行专项保护。

例如：基坑北侧地下室外墙与该侧基地红线最近距离约7.5m，该侧项目建设对地铁影响强烈，对此，将临近地铁的基坑监测作为项目专项施工的重点，实现水平位移、沉降及应力状况的有效监测，避免项目施工对临近建筑物形成影响。

同时还根据不同建筑物的结构特征，汇总单体建筑不同位置处的沉降变形资料和信息，及时提交施工方，以便迅速采取针对措施，当建筑物沉降速率较大或不均匀沉降比率较大时，通知业主并加大监测频率，或者增加其他监测手段，如在裂缝处补贴石膏饼、安装裂缝监测仪等，针对四个小基坑，分批按顺序一个一个坑地施工至正负零。同样还要求在施工过程中，对现场施工技术负责人，工地主管，班组长的责任进行划分，同时建立“保护公共事业管线责任制”，明确管理人员责任，进行施工过程的全面追踪和监测，要求在各监测项目测点布设位置及密度管理中，要进行围护结构类型、基坑开挖顺序、被保护对象特性的有效分析，同时当达到报警值时，查找原因，调整施工顺序和流程或报设计、监理等单位共同研究处理方案，减少施工过程对周围环境的影响。

5 施工安全控制措施

基于工程建设的复杂性，需进行施工安全的有效管理。本项目建设中，为进一步提升安全施工水平，在项目建设初期，系统设置安全文明生产管理目标，然后进行施工过程的全程监管，主要监管内容包含强围护墙体的水平位移及沉降位移、支撑轴力、坑外地下水位、基坑周围土体地表沉降及基坑内立柱桩沉降、苏州河防汛墙沉降等诸多要素，同时结合工艺要点，系统化的进行沉降和位移处理，同时系统设置安全管理机构，明确机构职责，并就人员、设备、电气、环境等要素进行全面管理，有效的提升了施工安全控制管理质量，促进了项目建设工作的有序开展。

6 结论

大型深基坑项目建设受周围环境影响明显。在中美信托金融大厦项目建设中，紧邻地铁和保护建筑对于项目施工造成诸多阻碍。项目建设基于工程环境，不仅进行围护结构、基坑加固、水平支撑体系、竖向支撑的系统设计，而且统筹土方开挖与支撑施工过程，并进行历史建筑的专项保护和安全管理，有效的提升了工程建设质量。

针对复地质环境下的深基坑项目建设，充分考虑工程就建设环境和建设特征，进行项目设计、施工的全过程管理，有效的提升深基坑建设质量，进而促进建筑工程行业的有序发展。