運營(yíng)機場(chǎng)擴建工程與深基坑施工研究論文
摘要：結合上海虹橋東航基地擴建工程，針對特殊道路環(huán)境、鄰近在建基坑、地質(zhì)情況復雜且少棧橋的深基坑施工，確定圍護方案，分析地下水風(fēng)險并制訂應對技術(shù)。通過(guò)針對性的挖土分塊、資源組織及交通組織的優(yōu)化，最終成功地解決了鄰近運營(yíng)機場(chǎng)特殊道路環(huán)境條件下的少棧橋深基坑施工組織難題，可為類(lèi)似工程提供參考。
關(guān)鍵詞：基坑施工；優(yōu)化；地下水；關(guān)鍵技術(shù)
1工程概況
上海虹橋東航基地擴建工程位于上海虹橋機場(chǎng)場(chǎng)區內，基坑北側為作為機場(chǎng)VVIP通道的虹翔三路，虹翔三路北側為在建基坑工程，東側申達六路東側為機場(chǎng)跑道。南側為東方航空公司既有辦公樓，西側為申達五路及高架道路。工程總建筑面積約89789.76m2，其中地上建筑面積53551.49m2，地下建筑面積36238.27m2（圖1）。本工程基坑開(kāi)挖面積約18666m2，周長(cháng)551m，開(kāi)挖深度10.4m�；邮┕げ捎庙樦ㄊ┕�。北側虹翔三路下有較多電力、煤氣、給水等重要的管線(xiàn)，管線(xiàn)距離基坑最近5.4m，管線(xiàn)中心埋深最淺僅為1m。西側申達五路、東側申達六路下有路燈、雨水、污水等較為重要的管線(xiàn)。針對本工程基坑開(kāi)挖深度及周邊環(huán)境保護要求，基坑邊圍護基本采用鉆孔灌注樁＋2道混凝土支撐的形式[1-2]（圖2）。止水帷幕三軸攪拌樁，水泥摻量20%，深度至地下28m；止水帷幕和圍護樁間施工1道壓密注漿。一般位置的圍護樁墻采用鉆孔灌注樁，深度23m；局部基坑邊有較淺深坑位置（集水井）采用鉆孔灌注樁，深度27m；局部靠近基坑邊有電梯深坑位置采用鉆孔灌注樁作為圍護墻，深27m；局部與相鄰基坑預留連通口處采用SMW工法樁圍護，三軸攪拌樁，水泥摻量20%，內插型鋼，長(cháng)度25m�？觾炔捎�2道鋼筋混凝土支撐，平面形式為3道南北向對撐和1道東西向對撐，基坑四角布置角撐。第1道支撐中心標高－2.10m，第2道支撐中心標高－7.60m。在第1道支撐上布置2條南北向棧橋和1道東西向棧橋，棧橋寬度12.9m，其中1條南北向棧橋和1條東西向棧橋對應施工大門(mén)，用于施工交通組織。支撐、圍檁、棧橋混凝土強度等級均為C30�？觾缺粍�(dòng)土體加固為雙軸攪拌樁，水泥摻量13%，深坑側加固為雙軸攪拌樁和高壓旋噴樁，坑底為壓密注漿和高壓旋噴樁封底。
2水文地質(zhì)概況
本工程基坑涉及的土層大致為：①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、④1淤泥質(zhì)黏土（基坑坑底）、④2粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤3-1粉質(zhì)黏土（圍護樁底）。擬建場(chǎng)地局部區域填土厚度較大，局部區域有明浜（塘）分布，且場(chǎng)地內有原建筑物舊基礎等地下障礙物分布�；涌拥孜挥冖�1淤泥質(zhì)黏土層，濕度為飽和狀態(tài)，含水率高，透水性差，呈流塑狀態(tài)。擬建場(chǎng)地地下水類(lèi)型有淺部土層中的潛水、中部④2、⑤3-2層中的微承壓水和深部⑦、⑨層中的承壓水。場(chǎng)地淺部地下水屬潛水類(lèi)型，勘察期間測得地下潛水穩定水位埋深一般在2.64～4.56m之間，平均潛水位標高為3.77m。④2層及⑤3-2層為微承壓水含水層，對工程有影響的主要為④2層中的微承壓水，微承壓水水位埋深的變化幅度一般在3.0～11.0m，勘察期間④2層微承壓水水位埋深約為5.10m，相應水位標高約為0.29m。
3工程難特點(diǎn)分析
3.1基坑周邊環(huán)境復雜、保護要求高
本工程開(kāi)挖面積約18700m2，開(kāi)挖深度主要為10～12m。開(kāi)挖深度3倍范圍內管線(xiàn)較多，尤其北側虹翔三路下1根φ200mm煤氣管線(xiàn)距離坑邊約9.7m，1根電力管線(xiàn)距離坑邊約5.4m。所以開(kāi)挖前做好圍護和支撐工作，開(kāi)挖時(shí)做好監測工作，減小基坑變形非常重要�；颖眰�，虹翔三路以北為同期開(kāi)發(fā)的深基坑項目（地下2層，局部1層），對北側道路保護提出更高要求。而施工場(chǎng)地位于虹橋國際機場(chǎng)2號航站樓南側，東北側即為機場(chǎng)停機坪。施工場(chǎng)地北側的虹翔三路直通機場(chǎng)VIP出入口，虹翔三路和申達五路均為機場(chǎng)VVIP通行道路，故北側和西側場(chǎng)外道路的保護尤顯重要。
3.2基坑底部局部落深深坑多樣復雜、坑底土質(zhì)差、突涌風(fēng)險高
本工程基坑周長(cháng)551m，大面開(kāi)挖標高至－11.0m。工程上部建筑造型奇特，數棟單體呈扇形布置，且與虹翔三路北側建筑通過(guò)地下連通道及上部連廊連為一體�？舆吋�、靠近基坑邊的電梯井、預留非開(kāi)挖施工使用的工作井等功能要求造成該工程的基坑底部落深坑眾多、落深深度多樣，特別是靠近VVIP通道一側，圍護設計與施工情況復雜，且基坑坑底位于④1層，濕度為飽和狀態(tài)，含水率高，透水性差，呈流塑狀態(tài)，非常不利于開(kāi)挖施工及基坑安全。④2層中微承壓水對基坑有突涌可能。
3.3基坑撐滿(mǎn)場(chǎng)地紅線(xiàn)內范圍，棧橋面積有限，可利用場(chǎng)地較小
根據圍護邊界線(xiàn)與圍墻邊界線(xiàn)，本工程北側圍墻距離圍護邊2.9m，南側圍墻距圍護邊4.4m，東側圍墻距圍護邊2.8m，西側圍墻距圍護邊3.4m，整個(gè)基坑幾乎撐滿(mǎn)施工用地，這對于地下階段現場(chǎng)臨設、堆場(chǎng)布置帶來(lái)了很大困難。北側的大門(mén)作為唯一的施工出入口，棧橋面積有限且未形成環(huán)路，也難以滿(mǎn)足施工運輸需要。
4施工關(guān)鍵技術(shù)
4.1地下水風(fēng)險應對技術(shù)
針對本工程④2層中的微承壓水突涌的風(fēng)險及基坑底部土質(zhì)含水量大、滲透性差的特點(diǎn)，圍護樁選型與設計時(shí)考慮基坑止水帷幕將開(kāi)挖深度范圍內①～④層的潛水和④2層的微承壓含水層完全隔斷，用分別均勻布置疏干井降水和深坑部位附近均設置降壓井的方式來(lái)應對地下水風(fēng)險。疏干井布置按200m2左右布1口井來(lái)計算，基坑去除加固面積確定實(shí)際總需疏干面積，采用多級濾水管以確保每口井的出水量（第1級濾頭標高－7.0～－4.0m，第2級濾頭標高－16.0～－12.0m，井孔徑為650mm，井管直徑為273mm，井深16.4m）。降壓井布置根據④2層的微承壓含水量及深坑位置計算確定，共布置15口，深度24m，濾頭位于④2層，標高根據地質(zhì)報告確定。為觀(guān)察坑內降水對外界的影響，在坑外設置潛水觀(guān)測井8口，④2層微承壓水位觀(guān)測孔8個(gè)，監測該層的止水帷幕是否滲漏，保證基坑安全。地下水控制實(shí)施過(guò)程中，為加快施工速度，原計劃在第1層土方開(kāi)挖前降水改為在第1道支撐施工時(shí)進(jìn)行降水，第1層土方開(kāi)挖采用臨時(shí)明溝排水。疏干井運行過(guò)程嚴格執行適時(shí)適量，疏干井降水應在基坑開(kāi)挖前15～20d，以保證有效降低開(kāi)挖土體中的含水量至開(kāi)挖面以下0.5～1.0m，確�；娱_(kāi)挖施工的順利進(jìn)行。降壓井嚴格執行按需抽水，保證在深坑部位承壓水層上方所覆蓋土層能承受壓力水頭的管涌，防止過(guò)度抽水導致周邊地下水流失，使周邊土體沉降。
4.2基坑變形風(fēng)險控制技術(shù)
1）針對基坑一路之隔的相鄰基坑施工問(wèn)題，在本工程地下室完成回填前，鄰近基坑位于本基坑40m范圍內區域保持未開(kāi)挖狀態(tài)，并在北區基坑設計階段將局部1層設置在近虹翔三路一側，在保證滿(mǎn)足上述施工搭接原則的前提下，既避免2個(gè)基坑同時(shí)在VVIP通道兩側施工所帶來(lái)的風(fēng)險，又將對工期的影響降到最低。
2）針對基坑土質(zhì)差、周邊環(huán)境復雜、保護要求高等一系列關(guān)于基坑變形控制的難題，從基坑施工平衡對稱(chēng)分塊、限時(shí)形成支撐等方面來(lái)解決。①基坑北側為重點(diǎn)保護區域，確定基坑開(kāi)挖分塊如下：第1層由于土開(kāi)挖較淺，將基坑開(kāi)挖分成3塊，從南向北依次開(kāi)挖。先棧橋部位，兩側區域跟進(jìn)抽條開(kāi)挖。南部2塊施工階段對北側環(huán)境影響較小，最后施工北部又可最大限度縮短支撐形成對撐前的暴露時(shí)間。第2層土開(kāi)挖采取盆式開(kāi)挖。各分塊邊塊長(cháng)度30m左右，寬度大于3倍開(kāi)挖深度；靠近重點(diǎn)保護區域的北部分塊適當減小，以此減少北部圍護暴露時(shí)間；北部每一分塊完成后，確保南北向的對撐的`形成，從而減少北部圍護的變形；棧橋區域分塊跨越棧橋兩側，以利于棧橋下方的土方、支撐施工速度。根據上述重點(diǎn)保護北側圍護及環(huán)境的原則，將基坑劃分成15塊（圖3），按編號順序同時(shí)或依次組織開(kāi)挖[3-4]。第3層土（底板層）開(kāi)挖：根據地下室后澆帶分塊開(kāi)挖，施工順序考慮優(yōu)先確保北側的圍護變形控制，同時(shí)減少挖土對底板施工的交叉影響，先施工南側，后開(kāi)挖北側，先施工遠離場(chǎng)地出口處，最后施工靠近出口處分塊。②基坑北側圍護變形控制的重點(diǎn)：第2層土邊塊土方限時(shí)開(kāi)挖后48h完成支撐。根據每一層、每一分塊的土方、鋼筋、模板、混凝土的工作量及限時(shí)要求，制訂設備、勞動(dòng)力等資源配置計劃，臨時(shí)坡度控制在1∶2.5，土方開(kāi)挖分層進(jìn)行，分層厚度不超過(guò)2.5m，開(kāi)挖時(shí)形成踏步式階梯并后退。第3層土開(kāi)挖時(shí)，墊層每200mm完成一次澆搗，限時(shí)18h完成每一塊的開(kāi)挖與墊層。
4.3場(chǎng)地優(yōu)化與交通組織技術(shù)
針對基坑撐滿(mǎn)場(chǎng)地紅線(xiàn)內范圍，棧橋面積有限，VVIP通道上道口開(kāi)設限制等不利因素，現場(chǎng)制訂應對方案：1）保持北側虹翔三路大門(mén)數量不增加等的限制條件下，將北側大門(mén)移至與棧橋位置對準，在申達六路設置2#大門(mén)，使場(chǎng)地內道路環(huán)通，提高場(chǎng)地利用率。2）在棧橋面積無(wú)法增加的限制條件下，調整棧橋布局，保證基坑內棧橋連通，且基坑中部、北側、東側、西側基坑邊緣區域與最近棧橋的距離在30m以?xún)�，控制基坑土方駁運次數，提高挖土效率。3）在棧橋末端設置鋼筋加工棚和堆場(chǎng)，不影響施工車(chē)輛通行，南側支撐通過(guò)加強措施后設置臨時(shí)木工堆場(chǎng)。4）基坑南側無(wú)棧橋部位挖土，施工車(chē)輛利用坑外南側道路組織施工交通，從東南角大門(mén)出入施工現場(chǎng)。場(chǎng)地內交通設置流向控制線(xiàn)，確保組織有序，安排專(zhuān)人指揮協(xié)調施工車(chē)輛交通（圖4）。4.4基坑風(fēng)險控制實(shí)施與管控效果通過(guò)上述針對地下室控制、基坑變形控制、場(chǎng)布交通組織的關(guān)鍵技術(shù)分析與執行，本工程基坑挖土效率顯著(zhù)提高：第2層土方出土效率從計劃的6100m3/d提高至7100m3/d，第3層土方出土效率從計劃的5300m3/d提高至6300m3/d，從而大大縮短每一分塊施工速度，總工期提前。最終，圍護及周?chē)芫�(xiàn)的變形得到有效控制。
5結語(yǔ)
本工程圍護施工開(kāi)始至地下結構施工完成，現場(chǎng)平穩有序地開(kāi)展，其中地下室底板全部澆筑完成時(shí)間比原計劃時(shí)間提前27d。圍護及周邊環(huán)境的變形得到了很好的控制。北側虹翔三路道路路面有較小的沉降變形，主要原因為施工車(chē)輛行駛導致，但未影響道路使用，管線(xiàn)未發(fā)生破壞，機場(chǎng)VVIP通道均正常使用，未發(fā)生任何影響機場(chǎng)運營(yíng)的事件。因前期難點(diǎn)的分析準備，應對措施和方案的詳細策劃、過(guò)程的監控和及時(shí)的糾偏，很好地完成了該特殊地理位置的深基坑施工，為類(lèi)似工程提供參考。
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