多边形基坑开挖施工技术

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上海市轨道交通M8线工程鞍山新村站附属结构基坑呈不规则多边形，基坑为二级保护，采用SMW水泥土搅拌桩围护。在基坑开挖施工中，将原设计的部分支撑改为抛撑，提高了基坑开挖安全系数，有效地控制了基抗变形。

一、工程概况

上海市轨道交通M8线工程鞍山新村站附属结构，主要用途为车站设备管理用房，包括3号出入口、风井及人防通道，其紧邻已施工完毕的主体车站南侧，位于原车站的5＃～20#轴，全长117m，宽度8.8～34.5m不等，平面面积约2200m2，呈不规则多边形状；开挖深度为6.45～8.55m，基坑土方量约为18000m3。基坑为二级保护。

按设计要求，附属结构基坑采用SMW水泥土搅拌桩围护，并采用2～3道钢支撑明挖顺筑施工地下一层结构。按规划要求，在此基础上拟建6层商务楼，以配合地面开发需要。

附属结构的最西端与邻近6层居民楼相距仅8.5m，南端相距工地临时变电站约6m，东端距离控江路36孔通信光缆约2m。由于基坑紧临控江路人行道，控江路北侧有高压架空线，所以开挖时只能利用原车站顶板上的便道进行单边施工，由此给施工带来诸多不便；而基坑开挖又将直接关系到周边居民的正常生活及邻近的管线，因此必须确保基坑开挖的绝对安全。

深度6.45m的基坑设2道钢支撑，深度8.55m的基坑设3道钢支撑；由钢支撑、钢围檩和格构柱等组成支撑体系，支撑为φ580钢支撑，围檩为组合型钢。

二、地质条件

土层性质见表1。

三、基坑开挖施工

基坑开挖的土层主要是②3a层的灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土，由于地下水位高，该土层湿度为饱和，呈流塑状态，井点降水虽能排除土体的游离水，但要排除结合水较为困难，因此土体一经扰动就会造成水土离析，对基坑开挖极其不利。

1.施工方案

(1)支撑体系

附属结构基坑钢支撑按设计要求均采用φ580钢支撑，第1道钢支撑架设在顶圈梁上，第2、3道钢支撑采用双榀400×400H型钢作为围檩(变更设计后采用60#双榀工字钢)；在支撑跨度较大处设置钢联系梁，采用3道单榀400×400工字钢，联系梁施工与钢支撑同步施工，以确保支撑及时和体系完整。

(2)开挖流程

由西向东沿纵坡方向逐层、逐段开挖，纵坡比始终保持在1∶2.5(雨天适当放置到1∶3)，一层挖尽后及时架设钢支撑并施加预应力，待钢支撑达到设计要求的预应力后再开挖下层，一般应连续作业，不允许停顿。

(3)支撑轴力及预应力

设计轴力及施加的预应力见表2，按设计要求可作相应调整。

表2支撑设计轴力及施加的预应力值

2.施工要求

(1)设置2道支撑的部分基坑，当底板达到设计强度后，拆除第2道支撑；当顶板达到设计强度后，再拆除第1道支撑；

(2)设置3道支撑的部分基坑，当底板达到设计强度后，拆除第3道支撑；当顶板达到设计强度后，拆除第1、2道支撑；

(3)预应力分别按设计轴力60%、80%、90%的应力施加(见表2)；

(4)基坑内设10个井点降水井。开挖前必须提前20d进行预降水，降水后基坑内水位应在坑底以下1m；根据开挖深度，做到按需降水，随挖随降，保证基坑开挖需要。

3.施工措施

(1)运用时空效应

在软土地基基坑开挖过程中，科学地利用土体自身控制位移的潜力，尽量减少每步开挖无支撑的暴露时间，解决基坑的位移和变形。为减少开挖过程中的土体扰动范围，最大限度减少坑周边土体位移量和差异位移量，在临近坑底时，使用小型挖掘机结合人工修土方式，分块、对称、平衡地开挖；加强对支撑体系轴力和墙体测斜管的观测，及时调整开挖进度及作业面，从而保证地表沉降及墙体水平位移变化值均在允许范围内。挖至坑底后分段挖土、修土，及时浇注素混凝土垫层，俗称"随挖随浇"，并适当提高垫层混凝土强度等级，控制基坑变形。

(2)特殊情况处理

在发现DW17(17.5m深度)测斜变形值短时间内达到20mm以上时，为确保基坑的安全，立即对原有的支撑体系进行加固，在部分夹角过大的斜撑增设槽钢斜撑，同时对钢围檩对接处进行补强焊接，并向基坑内回填300余吨黄砂，防止坑底土体隆起，进一步增加基坑的安全系数，同时调整总体开挖流程，改为由东向西依次进行，并在变形异常处增设2个测斜监测点，加强观察。

经过一阶段的跟踪监测，基坑围护基本处于稳定状态，为了确保基坑开挖在接近坑底时，避免再次引起过大的变形，在与设计和监理协商后，采取了以下几项措施：

①结构底板混凝土浇筑由东向西依次进行，在17＃轴西1.5m增设1条施工缝，并在底板上设置5根抛撑，对原有的第3道5根水平斜撑进行换撑。

②同时调整施工段Ⅰ、Ⅱ侧墙混凝土浇注流程，第1次浇筑高度至第2道支撑底(约3.0m)，并且每隔5m设置1道200mm厚混凝土剪力墙，在其达到强度要求后，拆除第2道钢支撑。

③在拆除支撑的同时，加强对围护水平位移的监测工作，缩短各工序之间的衔接时间，使结构施工与支撑拆除有条不紊地进行。

④最后一段墙身与顶板一起浇筑。

四、小结

1.在施工段Ⅰ(17#～20#轴范围)采用抛撑结构体系，虽较原设计支撑体系的施工进度慢，还增加了部分支撑的租赁费用，并且内部结构施工也较为繁琐，但提高了安全系数，有效地控制变形，确保了周边建筑物和控江路地下管线的安全，详见表3的监测数据。

表3监测数据汇总表

2.由于设计要求第2道支撑需在顶板封顶之后方可拆除，为此将延长施工周期，后经调整侧墙混凝土浇注流程，优化设计支撑体系，避免设置支撑预留孔，提高了侧墙混凝土整体外观质量，由此节省了支撑及起重设备租赁等费用近10余万元。

3.围护采用SMW水泥土搅拌桩，侧墙内衬为600mm厚的现浇钢筋混凝土，在两者之间加设1层塑料薄膜，可以减少水泥土对混凝土早期水化热及收缩的影响，与以往类似工程相比，墙面裂缝明显减少，从而节省了堵漏费用。

4.以往地下工程的衬墙混凝土养护采用带模养护或施涂养护液，由此增加了材料使用费，并且带来模板周转不便等困难。本次施工采用PVC管(按一定间隔钻孔)接上地面水源，安置于衬墙顶部，对墙身进行24h不间断喷淋养护，确保抗渗混凝土达到强制性标准14d养护要求；同时，避免高温季节对地下工程施工带来诸多不利因素，并节约了间接费用支出。