近年来, 随着上海城市建设和改造的快速发展, 为满足市民生活日益增长的出行、轨道交通、商业、停车等功能需要, 结合城市建设改造开发大型地下空间已成为一种必然, 也涌现出大量的深基坑工程。这些深基坑工程往往邻近既有建筑物, 地下管网密集, 人流交通繁忙, 施工场地狭小, 环境保护要求高。但深基坑开挖过程涉及对天然地基及既有建筑物地基的扰动、地下水形态的改变, 极易对城市环境造成不可逆转的环境污染和破坏。为解决上述问题, 推广城市深基坑工程的绿色施工不失为一个有效解决方案, 已经成为我国建筑业的发展趋势。

本文以上海浦江镇某深基坑工程为背景, 针对其开挖过程中的地下水资源控制、集约化栈桥设计和环境保护等绿色设计及施工技术进行详细阐述。

浦江镇某商办楼项目位于上海市闵行区浦江镇125-2地块东侧, 占地面积约1.4万m², 包括4幢地上6层单体, 地下室为整体连通的地下2层车库和设备用房, 基坑普遍挖深9.8m, 尺寸约为260m×40m, 总体呈南北狭长形布置。基坑采用钻孔灌注桩排桩结合外侧三轴水泥土搅拌桩止水帷幕作为围护结构, 坑内竖向设置2道钢筋混凝土水平支撑 (见图1) 。

项目基地西侧约12m外为先期竣工交付的商品住宅项目, 包括33幢多高层住宅及配套设施, 已投入使用两年半, 其余三侧均为市政道路, 路面下有若干管线敷设, 最近的为北侧的电力管线, 距基坑边约2.2m。

本工程位于上海软土地区, 地下水位高, 软弱土层深厚, 场地周边敏感建 (构) 筑物较多, 在此条件下开挖深基坑具有一定风险。历年来, 由于降水不当引发地面沉降、管线破坏、周边建筑物倾斜等工程事故时有发生。因此设计和施工中应遵循“按需降水”的原则, 在满足建设工程需求的前提下, 尽可能节约、保护地下水资源。

本工程基坑形状为南北向狭长矩形, 且基坑范围达总占地面积70%以上, 基坑边至工地围墙之间的距离较小 (普遍在2.5~3.0m) , 基坑以外场地不具备车辆设备停泊及作业条件, 且现场可供机械及人员出入的施工大门仅为基坑东侧中部一处。因此本工程基坑施工阶段所有的机械停泊、材料堆场及车辆通行等均需布置在施工栈桥上。项目在基坑挖土正式施工前, 需就挖土流向、机械布置等, 结合栈桥设计对整个施工场地进行合理规划。

本基坑西侧为已建住宅小区, 其防尘、防噪、防污染等文明施工要求高;居住人员结构复杂, 施工区域外来人员较多, 围挡距离基坑较近。如何保证工程现场的安全文明, 尽量减少对西侧已入住居民的影响也是本工程的重点之一。

上海地处长江三角洲东南前缘, 地下水资源丰富, 浅部土层中广泛分布的潜水层一般厚度5~10m, 年平均地下水位埋深在0.5~0.7m, 本工程场地内潜水实测埋深仅为0.3~0.5m, 井口水位照片如图2所示, 地下水位较高。

为确保开挖施工安全、快速进行, 在基坑周边设置了水泥土搅拌桩封闭性止水帷幕, 以阻隔坑内外地下水含水层之间的水力联系, 配合采用坑内降水方案, 能有效降低开挖深度范围内的地下水位标高。此外, 原设计压顶梁截面为常规尺寸1 200mm×700mm, 在其支模浇筑过程中需破除顶部搅拌桩, 如施工不当可能引起止水帷幕局部渗漏, 甚至导致地面沉降。因此, 在实施前对压顶梁截面进行内收优化调整, 截面宽度减少为1 050mm, 既能保护顶部止水帷幕的完整性, 又可利用止水帷幕作为侧模, 调整后的内收压顶梁大样如图3所示。

在基坑降水过程中, 为达到“按需降水”的控制目标, 避免因水位降低过多引起周围土体结构发生变化, 造成周边建筑物基础下沉或倾斜、周边道路、管线沉降变形等, 在基坑外侧周边, 尤其邻近西侧小区, 在基坑监测单位设置常规100mm的坑外水位监测点的基础上, 每隔30m布设一口坑外水位观测井。同时便于及时发现围护体是否渗水, 有利于预先处理。

在观测井设计中将其构造结合回灌井要求进行调整, 即井管直径由100mm加至650mm, 并结合支撑标高布置3段过滤器 (见图4) 。如此, 除了能更为准确地反映降水期间坑外水位的实际情况, 在紧急情况下可直接启动作为回灌井使用, 以最大程度减轻地下水抽降对周边环境的不利影响。

本工程中的洗车池 (见图5) 采用了三级沉淀循环系统, 将车辆冲洗的污水经沉淀处理后, 可重新用于绿化、降尘、冲洗、混凝土养护、砌筑抹灰和消防用水等 (见图6) 。

本基坑形状为南北向狭长矩形, 且正式的出入口仅东侧中部1处, 为方便各区域开挖, 在施工栈桥设计时, 布置了东西向、南北向各1路的施工主栈桥。同时, 为解决材料运输及堆放困难, 在南北向栈桥适当位置增加4处次栈桥。栈桥平面布置如图7所示。

在挖土阶段, 为使土方开挖速率达到最快, 需对施工栈桥及土方的水平运输路径进行合理优化。对于南北向的栈桥, 将其有效使用宽度设计到12.7m。保证一侧机械操作或零星材料堆放外, 仍有7m宽的双向2车道。同时, 在混凝土泵车占据8~10m路宽进行混凝土浇捣的最不利情况下, 仍留有1条单向行车道。可大大减少各工种之间作业的相互影响。

为加强车辆的有序通行, 在场地中部连接施工大门设置了宽27m的东西向主栈桥, 共计3车道, 其中2车道为车辆进出的车道, 1车道为带有冲洗设备的出行车道。同时, 在东西向栈桥西侧布置1块27m×22m的车辆回转场地, 集中解决建材及土方运输车辆倒车、掉头的回转空间需求, 其东部场地可作为材料堆放或临时蓄车使用。

为进一步提高栈桥的利用率, 将现场辅助设施与施工栈桥进行有效结合。诸如, 在东西向主出入口的出行车道上布置冲洗设备, 在中央回转场地的西北角布置称重设备, 降板空间设置草坪休息区 (见图8) 。

基坑西侧邻近已建住宅小区, 保护要求较高, 为进一步加强变形控制, 该侧的被动区墩式加固体根据住宅楼的位置进行对应布置, 以增强定向保护效果。

基坑施工中的最大变形往往发生在基础底板换撑完成后的拆撑工况下。在本基坑工程中, 该工况下第1道支撑与基础底板之间的自由高度达7.35m。为控制围护变形, 在基础底板与围护结构之间, 增设1道总高1.55m的钢筋混凝土上翻梁, 以减少围护桩无支撑高度, 改善整体变形 (见图9) 。

深基坑土方开挖施工阶段, 挖土机械及运土车辆会产生较大扬尘, 且本工程西侧邻近居民小区, 为降低施工灰尘污染, 现场设置了水雾喷淋系统, 避免大风天气扬尘;配备了栈桥喷淋系统, 定期对栈桥进行洒水作业;还购置了多台新型160°喷雾炮, 在土方开挖区域进行定点除尘抑尘。

为降低施工期间现场噪声污染, 在基坑西侧施工了隔声屏, 并配备了多个检测仪, 力求将施工噪声对西侧住宅区的影响控制在合理范围内。此外, 为降低支撑拆除阶段的环境污染, 本项目拟采用低噪、少尘、微振的静力切割设备实施分段切割及吊离。

夜间施工时, 现场照明灯配备定型灯罩, 能有效控制灯光方向和范围, 同时灯光照射方向均朝向东面, 在保证施工现场施工作业面有足够光照的条件下, 减少对周围居民生活的干扰。

上海浦江镇某商办楼基坑工程处于滨海软土地层中, 施工场地狭小, 且周边有敏感建 (构) 筑物分布, 深基坑支护施工有较大难度。工程实施中, 将方案设计、施工筹划、现场管控等环节有机结合, 施工过程中周边地面无开裂、沉降, 基坑内无渗漏现象, 侧壁平整, 观感良好, 各项监测数据均在正常范围内, 达到了安全可控, 实现了绿色环保。开挖现场如图10所示。

通过本项目的绿色实践有几点结论如下。

1) 地下水资源保护措施的实施, 直接降低了工程的风险性, 最大程度减轻了地下水抽降对周边环境的影响, 产生了较好的社会、经济效益。

2) 通过对施工场地的科学布置及水平运输路径的合理设计, 有效提高了土方开挖速度, 较好地解决了场地紧张难题。

3) 结合方案设计、扬尘控制、噪声隔断及光污染截源等环境保护措施, 保证了施工期间周边居民的正常生活, 实现了建筑与环境的和谐。

4) 实行绿色深基坑施工是实现可持续发展的必要手段, 对建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义, 是社会发展的大势所趋。