摘要：本文以上海龙华街道161项目中1a和1b基坑为例，在1a和1b南侧约12～15米范围内有5栋5层居民楼，基础为条形基础，由于房屋距离基坑较近，因此施工势必会对基坑及周边建筑变形带来影响，本文结合本工程施工过程中的监测数据，分析了同一地块两相邻深基坑采用不同施工工艺，对基坑及周边建筑物的变形影响，并针对现场不同施工工艺应用对比，得出了相应的使用结果，可为今后类似工程的施工和监管提供参考。
关键词：深基坑；施工工艺；周边建筑物；变形影响；分析
一、工程概况
龙华161项目基坑占地面积4.15万m2，建筑面积12.5万m2。为地下室3层，基础埋深约16米。运营的轨道交通11号线龙华路站横穿基坑南部，施工的轨道交通12号线龙华路站紧贴基坑西北侧。基坑周边保护建筑较多，西侧的龙华塔、北侧的盛大花园小学、南侧的90弄居民楼，东侧的龙华港防汛墙。本工程由于地铁施工以及道路翻交原因，共分为13个基坑，施工流程为：1a、6号、AB换乘通道→2号、4a、9号、11a→1b、4b、7号、11b→3号、5号、10号。本文所涉及的是１a、1b基坑开挖后对５幅居民住宅的沉降变形影响。
二、1a基坑概况
（1）1a基坑施工概况
1a基坑占地面积720m2，建筑面积2160 m2，地下三层，于2012年11月24日开始挖土，2013年1月9日挖土完成，2013年1月20日底板浇筑完成，共计施工55天。
1）1a号基坑南侧为90弄居民楼，小区围墙离1a号基坑外侧仅有4～8米。
2）1a号基坑开挖深度16.245米，为了保护房屋，设计在地下墙与小区之间施工了一排Φ550深20米的隔离桩。
3）1a号基坑地下连续墙共有12幅，幅宽分别为1米和0.8米，深度分别为31米、33米，主筋采用Φ28、Φ25，混凝土强度为C35，抗渗等级为P8。
4）在地下墙两侧采用了三轴搅拌桩作为止水帷幕以及槽壁加固（外侧43米三轴搅拌桩套打、内侧19米三轴搅拌桩搭接）。
5）1a号基坑西侧25米处为现龙华翻交道路，路下有1根煤气管线、1根合流管、1根电力电缆管线，均已布监测点。
6）由于1a号基坑为本工程最先开挖基坑，且外侧有多幢居民楼，虽有43米三轴搅拌桩作为止水帷幕，但出于安全考虑，在此基坑布置了承压水井2口（J1、J2）、观测井1口（J3）。同时布置有3口疏干井（S1、S2、S3）和2口坑外观测井（G1、G2）。
7）1a号基坑钻孔灌注桩27根，桩长47m，桩径Φ700mm，都是抗拔桩，主筋为8、16Φ 28，加强筋为Φ16@1500，混凝土强度为C40。
8）坑内加固分为三轴搅拌桩加固和高压旋喷桩加固，三轴搅拌桩加固303根，强度≥1.2Mpa，水泥掺量强加固≥20%，弱加固≥10%，高压旋喷桩加固共73根，强度≥1.2Mpa，水泥掺量强加固≥30%.
9）1a支撑体系为2道混凝土支撑 3道普通钢支撑（其中第四道混凝土支撑施工完成达到强度后将第三道钢支撑进行换撑到第五道）。
（2）1a底板浇筑完成后累计变形量（累计变形量较大点位）
（3）不均匀沉降对周边建筑的影响
由于1a基坑施工，对龙华西路90弄房屋产生了不均匀沉降和变形，导致3号楼从中间部位整体开裂，多家居民房屋不同部位出现裂缝，居民将此事告到区里，区里在接到居民投诉后，责令其他相邻基坑暂停施工，先后安排重大办、市、区质检站以及建设、施工、设计、勘察单位及第三方入户调查，向居民介绍了项目的相关情况，并将项目规划许可、施工许可、基坑审查意见等在小区公示。同时，建设单位聘请上海市房屋质量检测站和上海市岩土工程检测中心进行房屋检测工作。经现场检测，结论为：
1）龙华西路90弄1-3号房屋存在自然老化引起的混凝土梁板锈胀漏筋，（施工前已存在）和因受相邻工程施工影响引起的南北外墙开裂现象，局部开裂严重，其中3号01室处（底层~五层）墙体多处开裂严重，楼板搁置处脱开等损坏已构成危险点，房屋等级为局部严重损坏，存在安全隐患。
2）经测量，房屋各测量点倾斜率均小于《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-99，2004年版）规定的10‰。
3）建议立即对房屋目前出现的局部损坏进行加固修复处理，因其他相邻基坑开挖还未完成，房屋墙体的开裂可能还未稳定，应加强对沉降和墙体裂缝的检测。根据检测相关内容，建设单位请专业维修单位对3号楼外墙及17户居民房屋进行加固修缮。
三、1b基坑概况
1b基坑占地面积1039m2，建筑面积3117m2，地下三层，，1b号基坑于2015年12月12日进行底板浇筑，共计施工51天。
1、1b基坑施工前数据分析
1b基坑距离90弄居民楼（5层条形基础）最近距离为12m，该居民楼已受1a和2号基坑施工影响产生了不均匀沉降，到1b施工前产生沉降最大的（1a基坑施工范围内）两幢居民楼累计沉降为-113.1mm和-127.4mm。原龙华旅游城拆迁时未对其地下室结构进行拆除，并有大量建筑垃圾回填其内。故施工前需对地下障碍物进行清障处理。原地下室结构板板厚800mm，垫层200mm，共1m厚，埋深约5m。原地下室外侧围护结构为深约12m的双轴水泥土搅拌桩重力式挡墙。
2、1b施工前请科技委专家论证
由于1a基坑采用的施工工艺对周边建筑产生了较大影响，故1b施工前分别二次请科技委专家对1b基坑设计方案和施工方案进行论证，与会专家仔细审阅了所提交的资料，会上听取了进一步介绍，并认真进行了讨论，形成技术咨询意见，拟对原方案作了调整。
3、1b基坑根据专家意见调整施工工艺及现场实践应用后结果分析
3.1 意见一：基坑与居民楼之间原拟设置的双排Φ550mm钻孔灌注隔离桩几乎全部位于原旅游城地下室围护重力式挡墙范围内，拟调整为采用Φ800mm旋挖设备一次清障成孔施工隔离桩，桩中心间距为1000mm。隔离桩顶部设1道1000mm×800mm的连梁，以提高隔离桩的整体性；共56根，深度为20米
3.1.1旋挖机的特点：
旋挖钻机施工是近几年出现的一种较为先进的桩基施工方法，其主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧的工程项目。旋挖钻机施工工艺具有施工质量可靠、成孔速度快、适应性强、环保的优点。由于旋挖钻机所形成的孔壁较粗糙，增加了桩侧摩阻力，克服了回旋钻机桩侧摩阻力低，以及孔底沉渣多，泥浆管理差的缺点。
3.1.2隔离桩的作用机理：根据基坑开挖卸载后坑外土体的滑移位移的特点，在基坑与保护建筑间设置隔离桩，桩体穿过土体滑动区嵌入下部土层。当土体产生滑移变形时，隔离桩通过提高滑移面的抗剪能力以及桩深提供的桩侧阻力以限制桩后土体的变形发展，减小桩后保护建筑的沉降。隔离桩“主要承受开挖施工引起的侧向土压力和低级差异沉降产生的摩阻力”。另一方面，隔离桩在一定的程度上可以减少作用在维护结构上的土压力。
3.1.3隔离桩现场应用结果：通过对隔离桩的数值分析，以及工程的应用实践，可以得到以下结论：
（1）基坑前期工程周边地表土层扰动较大，因此宜最先施工隔离桩，以减小前期的施工扰动；
（2）隔离桩必须达到一定的深度，穿越主要的土层滑移面才能发挥减小底层变形的作用；
（3）上海地区④层、⑤1-1层、⑤2层土性较差，而⑥层及⑦层土性相对较好。由于市区内各区域土层起伏，设计时也需要考虑不同地质条件下隔离桩的效果，一般认为，隔离桩下段若能嵌入较好的土层，则控制桩后土体变形的效果也更好。
（4）根据监测数据可知，虽然该工程周边房屋累计沉降量较大，但从监测数据
可以看出，隔离桩施工后，桩后建筑沉降速率得到了控制，隔离桩发挥
了一定的效果。
3.2 意见二：1b号基坑区域，钻孔桩、立柱桩、地下连续墙位置采用全回转进行清障，回填后再施工。
3.2.1根据本工程的情况，现场采用全回转机360度全套管清障工法施工。全回转机360度全套管清障工法采用由国际上先进的RT-200H全回转套管机驱动钢套管360度旋转切割沉入，进行地下室底板切割并有效分离，用大型起重设备辅以专用抓斗进行排障。
3.2.2 现场应用结果：通过对本工程使用全回转对地下障碍物清障实例分析：
在地下施工环境复杂、且存在敏感管线和建筑物时，常规的地下障碍物清理方法受到了很大的制约，现场采用全回转施工效果明显，工序简单、容易操作、工期短；工序相对安全，工艺可靠，可较好的处理此类问题。
3.3 意见三：为减小清障可能对居民楼造成的影响，取消原1b基坑在旅游城地下室范围内的地下连续墙两侧的槽壁加固，但需加深地下连续墙墙深度至43m，以隔断微承压水含水层，同时地下连续墙改用十字钢板接头。
3.3.1地下连续墙接头特点、难点分析：
在地连墙施工中，槽段接头和结构节点一直是令人头疼的事情，但是，又常常出现问题，有时还会造成不可弥补的缺憾。当前地连墙施工技术已经比较成熟，但接头存在的施工质量问题总是难以克服，特别是接头绕流、松散、夹泥、裂缝等问题总是出现，所以对地连墙施工接头的质量控制是地连墙施工成败的关键点之一。
3.3.2十字钢板止水接头的施工工序与锁口管接头类似，只是在制作、沉放钢筋笼时，增加了十字止水钢板和接头箱（反力箱）。
3.3.3接头箱为对称的两榀钢结构，主要作用为：
（1）对防渗流和抗剪作用的纵向钢板起到有效保护作用；
（2）和封头钢板一起承受浇灌混凝土向端头外侧的扩张应力；
（3）防止浇筑混凝土时向后施工相邻幅的绕灌；
3.3.4现场应用结果：地下连续墙由于刚度大、强度高、抗渗性能好的特点，因此在我国地下围护施工中已获得越来越多的运用，本工程超深地下连续墙采用十字钢板接头形式制作，基坑开挖以后连续墙接缝处基本无渗漏现象，满足设计及规范要求。
3.4 意见四：1b号基坑加固将原三轴水泥土搅拌桩调整为高压旋喷桩旋喷桩加固范围为坑底以下3m和坑底以上10.4m（第二道支撑底），水泥掺量为25%。坑内加固由原来的抽条加固，改为满堂加固。由于存在乐购超市底板，加固开孔采用阿特拉斯引孔。
3.4.1旋喷桩引孔：（1）混凝土底板引孔深度5m，引孔数为971孔；
（2）围护桩部位引孔深度14m，引孔数为167孔。
3.4.2 1b基坑加固采用满堂加固，槽壁保护采用高压旋喷止水帷幕，满堂加固区域坑下3米，坑内集水井加固坑下4.75米，水泥掺量30%，水泥掺量450kg/m3。喷桩28天后平均无侧限抗压强度不得小于1.2MPa。
3.4.3现场加固监理控制方法：
（1）根据图纸对加固区域进行桩位编号，编号后经设计签字确认，每根桩完成后进度图上进行标注；
（2）施工前根据图纸计算出每根水泥用量，即：截面积×体积×深度×水泥掺量；
（3）施工前根据参数计算每根桩需要浆液桶数：水泥量+水泥掺量+水灰比+每桶浆液总重量=总桶数。后台控制室监理人员根据上料数据进行桶数核对；
（4）总时间控制：根据桩长度和下沉速度和提升速度计算出总时间；
（5）过程中对泥浆比重多次抽查；
（6）水泥车进场地磅称重监理核对。
3.4.4施工完成后，建设单位、施工单位以及地铁监护对工程进行了取芯检测，结果符合相关要求。通过亲身参与，感觉优良的工程设计、合理的施工方案以及科学的工程质量控制，对整体工程质量提升都有很大帮助。
3.5 意见五：1b基坑内原乐购超市底板清障，为了减少振动和噪音，采用排孔打断乐购超市底板，并将其分成小块。采用大吨位汽车吊外运后破碎。
3.5.1利用钻孔机机械在原乐购超市底板上钻孔，将底板分成了246块。分块后利用叉车对混凝土块进行水平平移，利用汽车吊将混凝土块吊运至基坑外。
3.5.2混凝土重量按照2.5T/m3。根据150T汽车吊性能表，汽车吊14m施工半径内吊装混凝土块不得超过15T，汽车吊18m施工半径内吊装混凝土块不得超过10T，超过18m施工半径汽车吊吊装施工不得超过5T。栈桥下部吊车无法吊运的混凝土块利用叉车、挖机、卷扬机或手拉葫芦等设备，吊运至汽车吊可吊运范围内进行吊运施。
3.6 意见六：1b号基坑第2～4道钢支撑调整为应力补偿钢支撑。为了配合乐购超市清障，增加一道临时钢支撑，从而控制在清障时的基坑变形。
3.6.1临时钢支撑与三道轴力自动补偿钢支撑均为φ609钢管支撑，壁厚16mm。下三道钢支撑每层除了西侧4根斜度较大支撑外，其余每道16根均采用轴力自动补偿系统。
3.6.2钢支撑轴力自动补偿系统介绍
钢支撑轴力自动补偿系统是结合了现代机电液一体化自动控制技术、计算机信息处理技术以及可视化监控系统等高新技术手段，其特点在于24小时实时监控，低压自动补偿、高压自动报警，全方位多重安全保障，并根据高精度传感器所测参数值对支撑轴力进行适时的自动或手动补偿来达到控制基坑变形目的的支撑系统，解决常规施工方法无法控制的苛刻变形要求和技术难题，使工程始终处于可控和可知的状态，具有良好的社会效益、经济效益和环境保护效益。
3.6.3本基坑共有48根钢支撑需要安装轴力补偿装置，每根钢支撑设置一个带回锁功能压力量程达3000kN的油压缸。按设计要求对第二道、第三道、第四道钢支撑施加轴力，每道钢支撑分步施加到设计轴力值。
3.6.4钢支撑预应力加压：钢支撑安装结束必须按设计要求及时对支撑施加预应力，以形成一个整体稳定的围护支撑体系，本工程自动补偿系统调差范围为150T±5；报警范围为10T。
3.6.5现场实践数据：我们选取二、三、四层钢支撑采用传统钢支撑和轴力补偿钢支撑系统进行分析比较；根据监测报告，选取中部ＣＸ3点深度9.0m处进行分析，自11月14日起的变形监测结果如下：
在开挖第二层土体时，由于采用传统钢支撑工艺，地连墙变形最大变化速率达到-1.82mm/d，超过了设定的报警值，且随后若干天内的最大变化速率均保持在-1 mm/d左右，变形发展迅速。自11月20日第三层的第3、4号支撑开启轴力补偿装置，地连墙的变形发展得到了有效控制，从之前的-1.1mm/d降低至-0.41mm/d。随后11月26日安装第四层第3、4号支撑的轴力补偿装置，效果同样十分显著，最大变化速率从之前的-0.89mm/d降低至-0.52mm/d，且在随后的三天内，最大变化速率基本控制在-0.5mm/d以内。
3.6.6通过以上分析，可以得出如下结论：
（1）轴力自动补偿支撑系统可以有效控制地连墙的最大变形，完全能够保证地连墙最大累计变形值在25mm以下；
（2）截止12月12日（底板浇筑完成）地连墙最大变形为18.53mm；
（3）与传统钢支撑相比，自动补偿支撑可以明显降低地连墙的最大变化速率；
（4）轴力自动补偿支撑安装完毕后3天左右，地连墙的变形基本趋于稳定，最大变化速率控制在-0.5mm/d以内。
（5）轴力自动补偿支撑系统具有精度高、安全、可靠、性能稳定、操作方便、维护方便等特点。
（6）基坑使用自动补偿支撑的道数越多，控制基坑地连墙水平位移变形的能力越强，控制变形的效果越佳。
（7）可以有效防止和杜绝深基坑施工由于支撑等各种因素引起的施工事故，确保施工安全。
（8）施工中，做到随挖、随撑和随补，可以极大提高控制效果，减少位移变形。
3.6.7现场应用结果：在整个施工过程中，轴力自动补偿系统对基坑变形发挥了重要作用，基坑变形小于设计及地铁公司等的变形控制要求，对基坑地连墙及地铁的位移变形控制起到了很好的作用，确保了深基坑开挖施工的安全与质量。
3.7 意见七：开挖至基坑底标高后，垫层施工前，立即架设H型钢，每幅地下墙中间架设一根。
3.7.1现场应用结果：垫层中H型钢增设，弥补了垫层混凝土初凝至设计强度期间的支撑作用，以及辅助增强垫层混凝土强度及支撑等级。
四、1A、1B施工工艺对比
五、1a、1b基坑变形数据对比
六、结论与展望
近些年来，基坑开挖工程增多，施工中的各种不确定因素也增多，要建立信息化施工体系。将工程中的监测数据能够及时传输给监测人员，能够及时发现隐患，采取相应的补救措施，确保基坑的安全。在对深基坑工程施工前，应该对其可能产生的时空效应、环境效应等应做好认识和预测，对于基坑周围环境复杂情况，严格按照审查的施工组织设计进行。控制好挖土顺序、挖土速度和支撑速度，并且及时安装钢支撑，及时分段、分块浇筑垫层和底板，严禁超挖。在对深基坑围护结构设计时，应确保设计的围护结构方便施工，同时要确保深基坑工程有合理的工期。切忌赶工。
针对有多道内支撑的基坑围护体系，在施工过程中，应加强支撑体系整体稳定性。通常而言，在基坑施工过程中，第一道支撑可能产生拉应力，所以第一道支撑采用钢筋混凝土支撑。应明确钢支撑的质量检查及安装验收要求，加强对检查和验收工作的监督管理。
近些年，随着超深超大基坑工程的不断增多，在基坑工程施工中应做好风险管理，建立基坑工程风险管理制度，落实风险管理责任。每个环节都要重视工程风险管理，要加强技术培训、安全教育和考核，严格执行基坑工程风险管理制度，确保基坑工程安全。
论文作者:程海明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/30
标签：基坑论文; 混凝土论文; 工程论文; 底板论文; 地下论文; 房屋论文; 水泥论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;