□中建一局集团第六建筑有限公司 孔德兴 刘爽 马振阳
摘要：本文结合上海长宁区88街坊32/8丘商办综合楼项目（Ⅱ标段）深基坑工程施工过程，分析项目特点和工程施工的重点难点，综合考虑各种因素影响，以变形控制为核心，通过有限元数值模拟方法，分析阐述多区阶次卸载换撑施工技术在城市中心区毗邻地铁和古建筑的深基坑中的应用。
关键词：城市中心；深基坑；多区阶次；卸载；换撑
前言
上海、天津等大型城市中心区，地处冲积平原软土地区，在毗邻运营中的地铁线路和受保护的古建筑附近进行基坑施工，地铁管理单位和文物保护单位对施工过程中的位移和沉降要求较高。在基坑土体卸载过程中如何控制基坑变形，减少对周边环境的影响，如何确保地铁隧道变形安全并满足其运营要求，是施工的最大难点。
1 工程概况
上海长宁区88街坊32/8丘商办综合楼项目（Ⅱ标段）工程总建筑面积约22万m2，建筑高度188m。基坑开挖总面积为18442 m2，最大开挖深度约21m，其中裙房区域普遍开挖深度为19.92m（局部12.27m），T1塔楼普遍开挖深度为21.32m，场地地质条件复杂，开挖深度范围内存在浜填土、淤泥质等较差土，部分土呈流塑状。潜水静止水位埋深一般在 0.30m～2.40m 之间，承压水埋深分别约为7.2m 和 14.8m。基坑支护主要采用地下连续墙作为围护结构，支撑采用钢筋混凝土水平支撑和钢支撑，如图1所示。
图1 基坑围护与支撑体系情况
施工场地处于繁华市区，周边环境非常复杂。轨道交通2号线整体贯穿本工程施工场地，区间隧道距本工程围护结构外边线最近距离仅为10.0m，如图2所示。场地内保留一栋古建筑钟楼“圣玛利亚女子中学”，需要进行保护修复，作为永久保护建筑物，距基坑围护结构外边线最近距离约3.4m 左右。为了保障周边建筑设施在基坑施工过程中正常运行，对基坑变形控制有严格的要求。特别是地铁2号线保护等级为一级，必须符合地铁结构设施绝对沉降量≤20mm。（包括各种加载和卸载的最终位移量），隧道变形曲线的曲率半径R≥15000m。
图2 基坑与地铁位置关系剖面示意图
2 基坑围护支撑体系
工程基坑围护结构均为地下连续墙，墙厚1.0m，局部0.8m，墙深48m，局部24m；其中Ⅶ、Ⅷ基坑内支撑采用钢格构柱立柱与四道钢筋混凝土内支撑梁的形式，首道支撑上设置栈桥板作为施工临时通道，如图3示。Ⅴ、Ⅵ区紧邻地铁2号线隧道，最小距离仅10m，采用一道钢筋混凝土支撑和两道自动应力补偿钢管支撑，如图4所示。
图3 Ⅶ、Ⅷ区基坑水平支撑设计示意
图4 Ⅴ、Ⅵ区基坑水平支撑设计示意
3 土方开挖
土方开挖应将地铁保护放在首位：地铁结构的最终绝对沉降、隆起量和水平位移量<10mm，施工引起的地铁结构变形<0.5mm/天。古建筑物距离基坑较近，基坑开挖前已采用新增基础补强结合锚杆静压钢管桩托换的方式进行基础加固，但在基坑施工过程中，建筑不可避免产生沉降。开挖过程中需要注意沉降的发展变化，特别是控制不均匀沉降，避免古建筑结构破坏。总体上按照“先远后近”分区盆式开挖支撑施工，加强设备投入和现场施工组织，设计合理的出土线路并预留临时堆场，保证出土效率。
Ⅱ标段分为Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ四个基坑，基坑施工原设计方案为：先开挖Ⅶ区，待Ⅶ区基坑出正负零后开挖Ⅵ、Ⅷ区；待Ⅵ、Ⅷ区结构出正负零后开挖Ⅴ区基坑。后依据基坑围护结构设计、变形控制要点以及施工过程的数值模拟结果，重新优化施工方案，拟定待Ⅶ区基坑施工完B3层结构后即开挖Ⅷ区基坑，其他工序不变。
制定土方开挖原则如下：
1）围护体系全部施工完毕后，基坑开挖前提前三周进行坑内降水，降水深度应低于基坑开挖底面以下1.0m。
2）地下墙、支撑、围檩、地基加固达到设计强度，且基坑降水符合设计要求后，才能开挖。
3）具体开挖工序应严格按照土方开挖示意步骤进行开挖，开挖阶段遵循分层、分块、留土护壁、对称、限时开挖支撑的总原则，利用时空效应原理，减少基坑无支撑的暴露时间，严格控制基坑变形。
4）开挖时基坑周边20m范围内堆载不得大于10kN/ m2,施工总荷载（包括堆载）不得大于20kN/ m2 。
5）底层机械挖土时，坑底应保留200-300mm厚土层用人工挖除修整，防止扰动坑底土体，保护好桩头。
6）每区土方开挖具体要求
a.远离地铁中间部位采用盆式开挖，先开挖中部土方，形成中部支撑，再限时对称开挖邻近围护结构的土方。边坡留土，留土宽度为开挖深度（坡底）的4倍，高宽比1:1.5。基坑开挖时应分层开挖，要求随挖随撑。
b.地铁一侧采用抽条开挖，编号相同的分块，从边坡土方开挖到支撑浇筑并与已形成的支撑对接完毕须控制在24小时内。
c.每层土方开挖底面不得大于相应混凝土支撑中心线以下600mm。
d.最后一层土方从分块开挖到垫层浇筑完毕须控制在12-24小时内，随挖随浇垫层，各分块垫层面积应控制在200 ～ 300 m2内。
4 换撑施工
各区基坑之间设置分割地下连续墙，为保证地下结构梁板的正常贯通及基坑内水平支撑的传力稳定，分隔墙间中层楼板及底板传力带采取临时混凝土换撑至分隔墙，换撑设计采用在地墙上增做倒牛腿的方法，如图5所示。
深基坑地墙分隔墙两侧梁板相交处，预设置倒牛腿，待拆除分隔墙阶段，通过预留钢筋连接、浇筑高一等级的混凝土使两侧梁板结构顺利贯通。换撑处结构梁板处于悬臂状态，模板及排架拆除时此范围内不拆除，梁板（靠近地墙）跨度方向保留4根承重立杆（3米范围内），待相邻基坑一层结构与此范围结构贯通补缺后且混凝土达到100%设计强度后拆除模板、脚手架，如图6所示。
图5 楼层位置换撑做法
图6 分隔墙拆除、楼层板补浇流程
工程地下B4、B3及B2层结构梁板后浇带位置设置临时换撑结构。结构主、次梁内临时换撑采用型钢，临时换撑通过预埋件与结构梁连接，型钢伸入后浇带两侧各300mm，临时换撑与预埋件满焊连接。
5 基坑监测
（1）监测内容
1）基坑围护体系监测
围护墙墙顶位移、沉降；围护墙墙体测斜；钢筋混凝土支撑轴力监测；立柱沉降、位移监测；坑外土体测斜；坑外地下潜水位监测；
2）周边环境监测
地表（道路）沉降、位移监测；周围建筑物沉降、倾斜以及裂缝监测；地下管线沉降、位移监测；地铁高架立柱沉降监测。
3）特别要求的选测内容
坑底隆起；坑外土体分层沉降监测；坑外土压力监测；坑内外承压水监测。
（2）Ⅷ区基坑开挖期间监测点布置
1）墙顶垂直水平位移监测点（QD44-QD45/QD63-QD71/QD88-QD92）
2）墙体测斜孔（QX52-QX54/QX76-QX90）
3）支撑轴力监测（ZL26-ZL41）
4）立柱沉降点（LZ22-LZ30）
5）基坑隆起监测点（HT10-HT11）
6）土体测斜孔（无）
7）坑外水位监测孔（SW21-SW25）
8）土体分层沉降观测点（无）
9）土压力监测（无）
10）地铁主轴线深层沉降点（DT01-DT13，DT21-DT33）
12）地面沉降点（无）
13）圣玛利亚女中（JM01-JM12）
14）长峰高层（JC01-JC18）
15）三泾北宅（JN01-JN09/JB01-JB14/JL01-JL15）
（3）监测报警值
监测报警值与精度
|
监测项目 |
预警值（一级） |
监测精度 |
||
|
累计值（mm） |
速率（mm/d） |
|||
|
围护墙顶垂直、水平位移 |
20（靠近地铁侧22） |
2（连续两天） |
±1.0mm |
|
|
墙体侧斜 |
0.18%H×80%（29） |
2 |
±1.0mm |
|
|
支撑轴力 |
80%设计控制值 |
≤1/100（F·S） |
||
|
立柱位移 |
15 |
2 |
±1.0mm |
|
|
基坑隆起 |
70%设计控制值 |
±1.0mm |
||
|
土体测斜 |
0.18H%（36.5） |
2 |
±1.0mm |
|
|
土体分层沉降 |
70%设计控制值 |
≤1/100（F·S） |
||
|
坑外潜水位水位 |
500 |
300 |
±10mm |
|
|
承压水监测 |
70%设计控制值 |
≤1/100（F·S） |
||
|
土压力监测 |
70%设计控制值 |
≤1/100（F·S） |
||
|
地表沉降 |
0.15H%×80%（24） |
2（连续两天） |
±1.0mm |
|
|
地下管线 |
10 |
2 |
±1.0mm |
|
|
建（构）筑物 |
30 |
3 |
±1.0mm |
|
|
保护建筑物 |
20 |
2 |
||
注：H为基坑开挖深度。
（4）监测频率
|
监测项目 |
围护结构施工 |
坑内降水 |
基坑开挖至底板浇筑 |
底板浇筑完成后至±0.00 |
±0.00完成至稳定 |
|||||||
|
≤5m |
5~10m |
﹥10m |
≤7天 |
7~14天 |
14~28天 |
﹥28天 |
≤1个月 |
1~3个月 |
﹥3个月 |
|||
|
市政管线、地表 |
1次/3天 |
1次/3天 |
1次/2天 |
1次/天 |
2次/天 |
2次/天 |
1次/天 |
1次/2天 |
1次/3天 |
1次/周 |
1次/2周 |
1次/月 |
|
邻近建筑物 |
1次/3天 |
1次/3天 |
1次/2天 |
1次/天 |
2次/天 |
2次/天 |
1次/天 |
1次/2天 |
1次/3天 |
1次/周 |
1次/2周 |
1次/月 |
|
土体、水位、承压水土压力 |
—— |
1次/3天 |
1次/2天 |
1次/天 |
2次/天 |
2次/天 |
1次/天 |
1次/2天 |
1次/3天 |
1次/周 |
1次/2周 |
1次/月 |
|
基坑内监测点 |
—— |
—— |
1次/2天 |
1次/天 |
2次/天 |
1次/天 |
1次/天 |
1次/2天 |
1次/3天 |
—— |
||
|
近地铁侧 相关监测点 |
—— |
埋设、初始值测量 |
1次/周 |
1次/周 |
2次/周 |
2次/周 |
1次/周 |
1次/2周 |
—— |
—— |
||
6 结语
在城市中心区深基坑的施工过程中，通常考虑利用“时空效应”，采取分区域、分阶段的开挖方法控制基坑变形。通过该方法在上海长宁来福士广场项目中的应用，可以获得到以下几点认识：
参考文献
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