地下室跳仓法施工控制基坑围护变形

地下室跳仓法施工控制基坑围护变形黄金星、王守鹏、施浩席江苏南通二建集团有限公司十二事业部摘要：本工程深基坑，地下二层，围护采用灌注桩+五轴止水帷幕，坑内设两道混凝土水平支撑，分三层土方开挖，在开挖第二层土方时，围护桩变形较大，立柱桩也有不同程度的上抬，通过讨论研究以及听取专家意见后，优化了挖土方案，采用跳仓法施工，最终顺利开挖成功，加快了施工进度又确保了基坑安全。关键字：深基坑，围护结构，跳仓法，试开挖、监测1.工程概况1.1结构概况（1）本工程总用地面积24426.6㎡，地上总建筑面积约44403.7㎡，地下建筑面积约30499.1㎡。（2）本场地标高为吴淞高程+4.86m-+5.90m，整平后场地标高为吴淞高程+5.05m，即建筑标高-0.150（建筑标高±0.000=吴淞高程+5.200m）。（3）本工程建筑为2栋14层酒店及办公楼（建筑高度约60m，含3层裙房，建筑高度约25m）。酒店及办公楼及裙房均坐落于2层地下室上。此外，在场地东南角正在建1栋3层办公楼（无地下室）。1.2围护设计概况（1）基坑挖土深度本工程基坑开挖深度详见下表（按整平后场地标高计算）：基坑开挖深度一览表区域底板顶标高底板/承台高度(mm)垫层厚度（mm）坑底标高计算挖深(m)地下车库（南侧）-10.300500/1000100-11.050/-11.40010.90地下车库（北侧）-10.300500/1000100-10.950/-11.40010.80说明：局部落深区，集水井深度为1.7m（按板顶）、消防集水井深度为3.5m（按板顶）。（2）围护形式本工程基坑开挖面积约16704㎡，周长527m。基坑边围护采用Φ800五轴搅拌桩作为止水帷幕，Φ850~900钻孔灌注桩作为围护墙，止水帷幕和围护桩间施工一道压密注浆。坑内采用二道钢筋砼支撑，平面形式为两道南北向对撑和一道东西向对撑，基坑四角布置角撑。第一道支撑中心标高-1.550，第二道支撑中心标高-7.050。在第一道支撑上布置两条南北向栈桥和两条东西向栈桥。支撑、围檩、栈桥砼强度等级均为C30。（3）坑内加固坑内采用双轴搅拌桩作为坑底加固。采用2Φ700@1000两轴水泥土搅拌桩做墩式加固，坑底以下4米水泥掺量13%，坑底以上3.5米水泥掺量8%；搅拌桩坑内加固与灌注桩之间也采用压密注浆加固。围护设计平面图第一道支撑平面图第二道支撑平面图围护剖面图2.工程地质条件(1)由上海岩土工程勘察设计研究院有限公司2014年10月提供的“上海浦东佳程广场岩土工程勘察报告”（2014-G-166）。(2)浅部第①层填土，成分复杂，厚度较大，表层有较多杂草分布，在场地南侧一般有厚约10～30cm水泥地坪，上部混夹碎石、砖块、砼块等建筑垃圾，下部以粘性土为主，夹少量石子等。(3)第②层褐黄～灰黄色粉质粘土，含氧化铁斑点及铁锰质结核，厚度一般为0.90m～2.60m，静探Ps平均值为0.96MPa，呈可塑～软塑状，中等～高等压缩性，填土较厚处缺失该层。(4)第③层灰色淤泥质粉质粘土，含云母、有机质，夹薄层粉性土，一般在深度约5m～6m左右分布有第③夹层粘质粉土。第③层层面埋深一般为3.80m～4.50m，厚度一般为1.80m～3.80m，静探Ps平均值为0.60MPa，呈流塑状态，高等压缩性。第③夹层厚度一般为0.50m～2.20m，静探Ps平均值为1.41MPa，呈松散状态，中等压缩性。(5)第④层灰色淤泥质粘土，含云母、有机质、贝壳碎屑，夹少量薄层粉性土。该层层面埋深一般为7.00m～8.80m，厚度一般为8.00m～10.80m，静探Ps平均值为0.60MPa，呈流塑状态，高等压缩性，分布较稳定。该层在静探C6孔深度11.40m～12.70m处夹多量粉、砂性土。(6)第⑤1-1层灰色粘土，含云母、有机质，夹少量薄层粉性土，夹粉质粘土。该层层面埋深一般为16.50m～18.40m，厚度一般为5.10m～6.70m，静探Ps平均值为0.83MPa，呈流塑～软塑状态，高等压缩性，分布较稳定。第⑤1-2层灰色粉质粘土，含云母、有机质，夹较多薄层粉性土，局部夹粘土，土质不均。该层层面埋深一般为23.00m～24.00m，厚度一般为2.30m～3.50m，静探Ps平均值为1.41MPa，呈软塑状态，高等～中等压缩性，分布较稳定。(7)第⑥层暗绿色～草黄色粉质粘土，含氧化铁斑点及铁锰质结核，该层层面埋深一般为26.00m～27.30m，厚度一般为1.90m～3.80m，静探Ps平均值为2.60MPa，呈可塑～硬塑状态，中等压缩性，土质较好。(8)根据本工程的岩土工程勘察报告（详勘），场地土层性质参数见下表：土层名称渗透系数K（cm/s）重度γ（kN/m3）五轴固结不排水固结快剪Ccu（kPa）Φcu（°）C（kPa）Φ（°）①填土//////②粉质粘土4.0E-618.52223.51816③淤泥质粉质粘土3.0E-517.41119.21114③夹粘质粉土2.0E-418.4//522④淤泥质粘土4.0E-616.61214.31311⑤-1-1粘土6.0E-617.41519.01213⑤-1-2粉质粘土2.0E-517.61719.51315.5⑥粉质粘土2.0E-619.24522.638143.工程施工及变形情况本工程基坑土方开挖前，施工方案已通过上海市科技委专家评审通过（编号：工字2015-09-0641号）。第一层土方从西往东开挖，从自然地坪-0.150挖至第一道支撑底标高-1.900，挖土深度1.75m，挖出的土方直接外运，挖出一定工作面后开始第一道支撑施工。第二层土方开挖采取“盆式开挖”，从第一道支撑底标高-1.900挖至第二道支撑底-7.450，挖土深度5.55m，将基坑划分成12块，按照顺序分块施工，第二层开挖分块见下图：集坑监测点平面布置图施工过程中严格按照开挖分块顺序开挖施工，在开挖中间1-1区域时无任何单日报警情况，唯有立柱桩稍有上台趋势；在开挖南北两侧1-2区域时，尤其是在挖至围护桩边时，围护桩测斜开始报警，报警值延续2至3天，随后趋于稳定，立柱桩也有上台报警现象；下表为在开挖南北两侧1-2区域时围护测斜单日报警情况：孔号日期2015.12.112015.12.122015.12.132015.12.142015.12.15CX4（当日）4.25.015.72.32.7CX5（当日）1.01.64.54.71.8CX11（当日）1.24.52.85.22.7CX12（当日）2.87.29.04.21.7下表为南北两侧1-2对撑形成后围护测斜累计变形情况（截止至2015.12.18变形数据）：孔号CX1CX2CX3CX4CX5CX6CX7CX8CX9CX10CX11CX12累计值8.710.08.236.738.610.5////28.232.1在开挖南北两侧2-2区域时，围护桩测斜以及围护桩顶沉降较大，连续3天当日报警，随后变形数据减缓趋于稳定；下表为在开挖南北两侧2-2区域时围护测斜单日报警情况：孔号日期2015.12.182015.12.192015.12.202015.12.212015.12.22CX5（当日）22.422.18.53.92.4CX6（当日）16.326.310.95.33.1CX10（当日）/17.420.04.21.4CX11（当日）6.517.612.23.51.7下表为南北两侧2-2对撑形成后围护测斜累计变形情况（截止至2015.12.24变形数据）：孔号CX1CX2CX3CX4CX5CX6CX7CX8CX9CX10CX11CX12累计值11.514.39.943.579.961.26.95.97.155.467.336.5在开挖东西两侧2-3区域时，变形情况和南北两侧大致相同，同样是挖至围护桩边时测斜开始报警，报警延续2至3天后就趋于稳定，下表为在开挖东西两侧2-3区域时围护测斜单日报警情况：孔号日期2015.12.272015.12.282015.12.292015.12.30CX2（当日）0.917.48.31.7CX7（当日）5.84.11.71.4CX8（当日）2.412.28.81.7CX9（当日）1.74.71.81.0下表为东西两侧2-3对撑形成后围护测斜累计变形情况（截止至2016.1.1变形数据）：孔号CX1CX2CX3CX4CX5CX6CX7CX8CX9CX10CX11CX12累计值18.543.819.647.883.565.923.634.421.059.271.039.2在开挖最后四个角时，也有单日报警情况，但报警持续时间不长，很快就趋于稳定，下表为在开挖最后四个角时围护测斜单日报警情况：孔号日期2016.1.32016.1.42016.1.52016.1.62016.1.72016.1.8CX1（当日）0.40.81.10.90.87.1CX3（当日）2.17.79.91.61.41.1CX7（当日）4.14.41.60.30.50.6CX9（当日）0.61.29.11.51.71.3下表为第二道支撑全部形成后围护测斜累计变形情况（截止至2016.1.14变形数据）：孔号CX1CX2CX3CX4CX5CX6CX7CX8CX9CX10CX11CX12累计值34.749.645.554.285.071.637.039.041.663.072.142.4从2016年1月13日第二道支撑全部完成至今，已有二个多月，从目前的监测数据来看，第二道支撑形成后已基本趋于稳定，两个多月变形量在5mm左右，详见下表：日期孔号CX1CX2CX3CX4CX5CX6CX7CX8CX9CX10CX11CX122016.1.1434.749.645.554.285.071.637.039.041.663.072.142.42016.3.2841.457.351.161.693.376.444.045.546.368.576.245.4变形量(mm)6.77.75.67.48.34.87.06.54.75.54.13.0其余监测数据如下（截止2016年3月28日）：土体测斜位移累计变形量最大达到98.6mm（监测点TJ1）围护测斜位移累计量最大达到93.3mm围护桩顶最大沉降达到80.55mm（监测点Q11，其他监测点也出现20mm以上的沉降量）立柱桩最大隆起达到27.69mm（监测点LZ24）、基坑周边地表沉降量最大达到93.79mm（监测点DB2-1）基坑西侧市政管线不变出现累计沉降报警，其中电力管最大沉降量36.15mm（监测点D4）、燃气管最大沉降量18.03mm（监测点M1）、其余管线监测点也出现不同程度报警基坑北侧河道护岸受工程桩压桩影响，监测测点水平累计变形量仍以向外（被挤出）变形为主，累计沉降量暂未报警；基坑东侧、南侧在建建筑物监测点暂未超过报警值。4.针对控制变形围护设计提出的加固措施由于基坑变形较大，引起各参建单位对第三层土方开挖安全的格外重视，分别于2015年12月21、25日以及2016年1月21日、3月1日四次对基坑变形问题进行专题研讨会，并在2016年3月13日又召开了一次专家咨询会，为寻找变形原因，按围护设计提出的要求对围护实体进行检测，检测结果基本符合设计要求，还对坑内外地质情况重新进行了勘查，补勘报告结果显示Ps值比原来均有所降低，设计单位根据数据制定以下加固措施：加厚配筋垫层；考虑到目前基坑已经变形较大，为了尽量减小开挖到坑底时基坑的新增变形量，建议沿基坑四周12m范围内（包括承台）设置配筋垫层，厚200mm，C35混凝土，且须直接浇筑至围护桩边，垫层内配Ø8@200mm钢筋，单层双向。利用“时空效应”，分块开挖、分块施工底板；5.第三层土方的分块开挖顺序及说明5.1原第三层土方开挖顺序原施工方案第三层土开挖顺序根据地下室后浇带分块（见下图），开挖深度3.5m，局部深坑落深，从北向南和东开挖。现由于基坑变形较大，根据各方意见重新调整开挖顺序。原方案第三层土方开挖顺序图5.2调整后第三层土方开挖顺序（1）本工程第三层土结合后浇带并增加施工缝，将基坑分为12个小块，采取跳仓法进行施工。（详见附图）（2）结合本工程监测数据情况及咨询各方建议，第三层土方不适宜大面积开挖，故本工程底板采用分块跳仓施工，根据跳仓法施工原理，取消施工后浇带，改为施工缝（沉降后浇带保留，详见附图），这样能使大底板连成一个整体，减小围护的变形。（3）开挖的顺序为A1、A2、B3可同时开挖，B1待A1混凝土浇筑以后开挖，B2待A2混凝土浇筑以后开挖，A3待A1、A2混凝土浇筑以后开挖，D2、D3待B1浇筑完成后可同时开挖，D1、D4待B2浇筑完成后可同时开挖，最后开挖E1、E2。（注：若基坑变形都在可控范围内可采用跳仓同时开挖；在人、料、机都充足的情况下可同时开挖两块及以上分块）（4）由于现阶段变形数据较大，首先对A1分块进行试开挖，在施工过程中围护桩或土体测斜日变形量连续3天超过3mm，且没有收敛趋势，应采取应急措施，防止险情发生；若日变量较小或刚开始日变量有当日报警现象，随后变形速率减缓，则视为基坑变形趋势稳定。（5）基坑各分块开挖出部分区域后，立即浇筑混凝土垫层，减少围护变形。（6）每分块土方开挖完成后，相邻分块土方需留置1:2的斜坡，以免塌方造成安全隐患。基坑开挖顺序及分块示意图6.试开挖分块及说明为确保基坑安全，摸清三层土方开挖后的具体变形情况以及变形趋势，对可能发生一些不利情况如何处理，经2016年4月6日设计单位在开挖前对各参见单位进行专项技术交底，最终达成一致意见，根据会议精神，编制了以下试开挖施工方案。6.1试开挖区域划分根据会议协商讨论，最终确定试开挖区域选择在A1分块区域里面的一个角，开挖尺寸为30米×20米，南侧围护桩边开挖长度约为30米，西侧围护桩边开挖长度约为20米，这样能将两侧围护测斜孔CX1和CX12全部开挖在内，能更有效直观的分析变形情况，监测数据各有代表性，试开挖区域详见附图。6.2试开挖区域施工说明试开挖区域挖完后，立即组织人员铺设聚苯板、绑扎钢筋，该区域全部浇筑200mm厚配筋垫层（其余部位配筋垫层设置还是按照设计加固方案，桩边出12米范围内设置），考虑配筋垫层传力情况，对于配筋垫层范围内的承台，原设计图纸开挖角度为600，现全部修改为450，且承台内以及斜坡上均设置配筋垫层，以利于控制基坑变形（12m区域配筋垫层内承台均这样施工，12米区域配筋垫层以外按原图施工）。在配筋垫层及混凝土传力带浇筑完成后，然后组织专家现场评审加固方案，对施工过程中可能产生的一些问题以及变形数据情况反馈给专家，望专家能够提出一些更好的建议，再按照专家的建议完善施工方案组织施工。6.3试开挖阶段应急预案考虑现阶段基坑变形较大，在各方都不清楚下部开挖到底变形如何的情况下，只能先行试开挖，开挖面积尽量缩小，且具有代表性，考虑倘若发生一些特殊情况，范围较小可以妥善处理。在开挖过程中，要求监测单位每天2次监测，及时提供监测数据给各方，让各方能及时分析判断基坑变形情况；以及在开挖施工过程中，我方加强对周边环境巡视，一旦有特殊情况，及时采取有效措施。我方根据监测单位在圈梁上布的沉降点，对圈梁沉降进行复核，测量频率一周2次，测量数据与监测单位数据相对应，这样能更加直观反映监测数据的情况，监测数据同样也发送至各方。在施工过程中人员、材料、机械及时跟上，采取24小时不间断施工，各道工序环环紧扣，及时与各个部门协调沟通，尽最大的努力、最快的速度将大底板安全施工完成。开挖过程中若基坑监测数据日益增大，无减缓趋势，且从周边环境看出有异常情况，必须立即停止挖土，召集各参建方召开紧急会议，根据各方意见在规定的时间内进行土方回填。若在基坑开挖过程中，西侧道路管线出现大的沉降，采取设计加固方案中的跟踪注浆处理。若基坑渗水：①如渗水量极小，为轻微滴水，且监测结果也未反映周边环境有险兆，则只在坑底设排水沟，暂不作进一步修补。②如渗水量逐步增大，但没有泥沙带出，而周边环境尚无险兆，可采用引流修补的方法。③如渗水量较大，呈流线状，或者接缝渗水时，应立即采用钻孔双液注浆进行堵漏。④当围护墙渗漏水量为喷涌状时，应立即采用沙包、水泥封堵，必要时土方回填后再行处理。7.开挖前的准备工作（1）协调土方单位，将机械、土方车辆以及人员全部安排到位，准备24小时开挖。（2）协调桩基检测单位，及时对开挖出来的底板分块进行桩基检测，及时出具检测速报。（3）协调防水施工班组，对底板使用的材料提前进场检测，确保基坑中能顺利使用。（4）协调钢筋、泥工、木工施工班组，配备足够的施工人员，准备24小时轮班作业。（5）协调监理单位人员，及时对每道工序进行验收。（6）协调人防质监站以及闵行区质监站，及时进行底板工程验收。（7）做好材料准备工作，包括钢筋的原材料、底板钢筋的加工制作、桩芯钢筋笼的制作、换撑型钢、后浇带（施工缝）止水钢板、格构柱止水钢板、聚苯板、防水等材料的提前进场，在挖土前对所有材料复试完成，确保随时可以使用。（8）严格按照开挖分块顺序进行施工，必须在确保人、料、机都充裕的情况下才可同时施工两块及以上的底板分块。（9）底板浇筑前预先通知混凝土供应商，做好混凝土供应准备，并告知混凝土供应商，底板混凝土中采用低收缩性水泥，优化混凝土配合比，减少混凝土收缩变形量。（10）开挖前水位降至开挖面以下至少0.5米。（11）基坑东西两侧地表有不同程度的裂缝，避免雨水等渗入土体内对基坑变形不利，将所有裂缝进行封堵。（12）做好坑内外的排水工作，确保排水畅通。8.技术管理措施（1）施工开挖顺序必须经过各参建单位同意认可。（2）在底板增加施工缝代替原有温度后浇带已得到主体设计单位同意。（3）施工缝做法参见08BJ6-1《地下工程防水》，第55页，节点1；附图做法为外墙竖向施工缝参照做法（注：外墙板水平施工缝还是按照原设计施工），应用于底板施工缝时，注意构造方向，图中迎水面方向即为底板下方。止水钢板宽度共为800mm，其中斜边长度50mm，钢板厚度3mm；腻子型膨胀条规格采用20mm*30mm。（4）按照原各方确定的基坑施工方案进行坑内部分降水井封堵，基础底板施工时保留35%的降水井（即25口），基坑内均匀分布。（5）南北侧深坑位置，根据变形情况，若基坑变形较小，可一次挖出成形，若变形较大，考虑分两次进行开挖。（6）加强施工期间的监测及现场巡视工作，及时反馈至各参建方，能让各参建方及时了解基坑的变形情况，若产生当天报警情况，及时电话联系，有相应的应急准备。（7）完成各项方案审批以及安全技术交底工作。（8）各分块在开挖出部分区域土方后，混凝土垫层立即跟上，距桩边12米范围内有配筋垫层要求的，提前安排人员进行钢筋绑扎；对于配筋垫层范围内的承台，原设计图纸开挖角度为600，现全部修改为450，且承台内以及斜坡上均设置配筋垫层，以利于控制基坑变形。（9）及时对桩基检测结果以及桩位偏差情况上报给参见各方。（10）挖土完成后必须在5天内最迟7天内完成底板混凝土的浇筑。（11）施工期间和参建各方多沟通，对于有利于基坑施工和加快施工速度好的方法应及时采纳和调整。（12）根据设计要求，垫层浇筑完成后，对底板素混凝土传力带先行施工、浇筑，混凝土强度C35，高度同底板高度，详见附图。9.施工工艺开挖预定的底板分块（同时凿除垫层以上立柱桩上的混凝土，焊接格构柱止水钢板）—防水筏板区域铺设聚苯板—配筋垫层区域钢筋绑扎—垫层浇