特殊环境下超大超深基坑施工技术

1 工程概况

星港国际中心工程位于上海市虹口区北外滩核心区域，用地总面积40577.40㎡，总建筑面积445000㎡,地上为2幢高263m、50层的超高层办公楼和1座3层的商业中心，地下为6层总建筑面积190000㎡的地下车库及商业街。

基坑长约220m、宽约140m，基坑面积30440㎡。大部分为地下6层，主楼区域挖土深度29.6 m (最深处35.3m)，裙房区域挖士深度27.3m;邻近地铁侧地下5层，挖士深度23.2m，总土方量逾80000m³，为当时上海民用建筑的最深基坑。

2 深基坑施工所面临的问题

2.1 周边环境复杂

基坑东、南、西三侧紧邻市政道路，各类管线密集，基坑围护结构距最近管线仅4m.北侧与地铁代建的地下3层结构外墙(地下连续墙)共墙，距离轨道交通12号线提篮桥站19~25m.东、南侧有高层办公楼、老式砖木结构民居等建筑物。

2.2 受多层承压含水层影响

根据勘察报告，场地深155m范围内地层均为第四系松散沉积物，主要由饱和黏性土、粉性土和砂土组成。场地内承压水主要有:⑤3t、 ⑧2 (微承压水)，⑦、⑨层(承压水)。基坑开挖深度范围内直接影响的为⑤3t、⑧2 (微承压水)及⑦层承压水，并接近⑨层临界开挖深度。

2.3 施工场地狭小

工程用地面积40577m’，基坑面积30440m’, 地下连续墙边距围墙仅8~10m.现场在搭建必要的办公等大临后，基坑周边已无堆场和道路布置条件。

2.4 进度要求高

对于地下6层的规模，施工周期较长，塔楼的地下室部分若与整体地下室同步回筑，则势必影响上部结构最终封顶的施工节点。因此，在基坑施工策划阶段就需提前考虑塔楼与围护的相互关系，为塔楼提前进入地上结构施工创造条件。

针对基坑工程的上述特点，围绕基坑与地铁安全，兼顾进度控制要求，须本着设计、施工的一体化的目标，统筹策划，开展深基础施工”。

3 围护设计的选型及优化

3.1 选型原则

1)分坑施工:由于紧邻地铁，为减少基坑施工对地铁的影响，故将基坑划分为若千小型基坑，通过设置开挖前置条件实施分坑施工，各坑之间采用地下连续墙作挡土墙以形成临时分隔。

2)减小基坑变形、防止水土流失:基坑围护能提供足够的刚度，挡土墙须具备良好的阻水性能。

3)塔楼能提前施工:一旦基础底板形成，围护支撑布局就应不影响或少影响塔楼施工。

3.2 优化方案

将基坑分为A-1、A-2. B、C. D-1、D-2三大三小共6个基坑(图1)，

基坑开挖工况为:先同时开挖A-1、A-2区;待A-1、A-2区回筑至B5层板并达到强度后，开挖B区;待B区底板完成浇筑后，开挖C区:待B区B5层板达到强度，且C区底板完成浇筑后，B区与C区同步拆撑回筑;待A-1、A-2区出±0.00m后，开挖D-1，D- 2区。各坑之间以地下连续墙进行分隔(北侧利用已建地铁代建区原有围护结构)。

基坑外围采用地下连续墙“两墙合一”形式，墙厚1200mm，深度55~58m; 分坑中隔墙厚度1200mm，深度52~55m;北侧邻近地铁代建区，围护利用原有地下连续墙(墙厚1200mm，深度50m)。

地下连续墙两侧采用3种不同方式进行槽壁加固，基坑北侧靠地铁侧的中隔墙两侧采用三轴搅拌桩φ850mm@600mm，桩深41m; 基坑东、西、南三侧的地下连续墙外侧采用厚700mm的TRD工法搅拌墙，内侧采用φ850mm@600mm三轴搅拌桩，深度均为41m；基坑东北角邻近地铁无原有地下连续墙的局部区域，地下连续墙外侧采用φ2000mm @1200mm的MJS旋喷桩，内侧采用φ850mm@600mm三轴搅拌桩，深度41m.

土体加固分别采用水泥土搅拌桩加固，三轴水泥土搅拌桩裙边、抽条加固”。深坑封底设计:针对基坑下部承压水层，对深坑部位果取高压旋喷桩满堂加固，提高坑底土抗承压水的安全储备。根据塔楼的布局特点，A区摒弃传统的支撑正交方式，优化布置成斜交形式，避开塔楼核心简和外围立柱，采用6道混凝土支撑。B区为地下室及裙房，支撑与地下连续墙正交，采用6道混凝土支撑。C、D-1、D-2区采用钢管支撑与混凝士支撑结合的形式，上下6道。此外，根据现场交通组织和施工场地需求，将A、B区首道支撑(图2)的局部设置成栈桥。

3.3 围护施工控制重点

地下连续墙埋深超过50m并隔断⑦层承压水，作为围护体，需要发挥止水帷幕作用。除控制地下连续墙垂直度、墙身混凝士密实度外，重点控制地下连续墙接缝处质量，通过自制强制式刷璧机、制订刷壁工艺、防绕流措施等加强现场质量管控。TRD工法搅拌墙作为基坑外围的槽壁加固和止水帷幕，可基本隔断微承压水层，施工的关键过程为垂直度控制、施工冷缝处理、基坑拐角处墙体搭接和搅拌桩的均匀性控制。考虑到封底加固深度超深，普通旋喷桩压力不够等因素，裙房电梯井、集水坑等满堂加固采用φ1000 mm@600mm三重管高压旋喷桩，塔楼最深部位的电梯井、集水坑等采用φ2000mm@1300 m的RJP高压旋喷桩进行加固””。

4 深基坑开挖

4.1 降水控制

由于地下连续墙底进入⑧1黏土层，隔断⑤3t层微承压水、⑦层承压水基坑内外的联通，所以设计了79口疏干井、42口联合井进行潜水和微承压水层的降水。在第⑦层承压含水层布置49口泄压井直接将其压力释放、泄压。对于第⑧2层微承压水，布置11口降压井和备用井随开挖深度加深逐步开启，达到按需降水的要求。对于第⑨层承压水，布置观测备用井，加强水位观测，必要时进行减压降水，防止基坑突涌的发生。开挖期间，针对不同的挖土工况，制订降水井运行方案(表1)。在泄压井运行前，须完成抽水试验、落实双电源的应急措施，确保排水系统的排水能力。

4.2 土方开挖及支撑施工

4.2.1 A区基坑

表层土按现场维护加固施工流程，由南往北进行施工。

第2层土方开挖按“盆式开挖”原则进行，同时结合栈桥布局及出土难易度进行坑边分块(图3)。由于支撑布局为斜交，故以先形成斜角对撑为原则进行挖土及支撑施工。每个分块要求在挖士完成后48 h内完成支撑浇筑，北侧支撑因紧邻地铁，故要求在24h内完成浇筑。A区2个基坑同步开挖，基坑面积各约10000m’，栈桥面积占基坑面积的50%以上.经第2层土方开挖发现，栈桥面积大，便于交通组织，但同时土方的垂直运输出现了局部盲区，需通过大量的平面驳运来进行，挖士效率低，增加了卸土后基坑边坡的暴露时间。因此在第3层~第6层土方开挖中，与设计沟通，并经地铁运营方同意，以控制基坑变形、加快基坑施工为原则，不断调整挖土和支撑的施工流程。

以A-1区第6层挖土为例(图4)，挖土深度从-21.9m到- 25.5m，挖深3.6m，土方量约40 000m’。考虑垂直运输工效降低，计划20d内完成挖士及支撑施工，通过优化调整挖土流程，最终提前3d完成全部工作量。

A区基坑从第2层士方开挖到基础底板浇筑，在跨越一个春节的基础上，用168d的时间全部完成，开创了“半月撑”记录。

4.2.2 B区基坑

B区在A区地下5层结构浇筑完成后，开始第2层以下的土方及支撑施工。

B区支撑与围护地下连续墙正交，且布局较为简单，按“盆式开挖”分块进行挖土及支撑施工，优先形成南北向对撑，最终历时122d完成基坑开挖、底板施工。

4.2.3 C、D区基坑

C、D区为狭长形基坑，设计采用2道混凝土支撑、4道钢支撑。

B区底板完成后，开挖C区;待A-1. A-2区出士0.00m后，开挖D-1、D- 2区。

实际施工中，为避开春节的停工影响，C区基坑在征得设计和地铁运营方许可的情况下，在B区靠地铁侧底板完成后，提前开始第2层以下的土方开挖，在春节前完成了底板施工及地下5层的结构回筑。

5 实施效果与小结

从A区第2层土方开挖到D区底板施工完成，整个基坑施工历时511d，到所有地下室回筑完成，历时696d，施工期间对地铁运营没有产生影响。基坑分块开挖对地铁车站运营的保护作用是明显的，邻近地铁侧的基坑最后开挖，暴露时间最短，基坑变形最小。

从基坑周边环境来看，基坑施工对周边地面、地下管线的沉降影响较大，人行道有不同程度的凹陷与隆起。基坑西侧的煤气管线(埋深0.7m, 1961年埋设)，在A区基坑施工阶段，累计沉降166mm，到D区底板完成时，累计沉降达206mm.

从围护体系的变形看，A区地下连续墙最大测斜累计为81.4mm，B区为76.5mm, C区与地铁共墙处为9.9mm,D区中隔墙处为26.6mm.虽然A区支撑体系为斜交，相较B区支撑的正交，在传力体系上存在削弱，但从实际的基坑变形来看，没有明显差距”。

地下连续墙外围TRD工法搅拌墙作为止水帷幕，有效隔断潜水和第⑤3t层微承压水，地下连续墙底进入⑧1點土层，隔离⑦层承压水基坑内外的联通，落深基坑采用RJP封底加固方案代替降⑧2层承压水的方案，有效减少了降压井的运行时间。

主楼区域支撑斜交，为塔楼提前出零施工创造了有利条件。挖士与支撑施工组织时，应考虑斜交体系的挖士分块和支撑分段对施工效率的影响。在栈桥布局时，不仅要考虑为平面运输提供便利，而且要减少“斜交死角”对垂直运输的影响。