趙淵

老港區(qū)復(fù)雜地質(zhì)深基坑工程設(shè)計(jì)實(shí)例分析

趙淵

（上海國際航運(yùn)服務(wù)中心開發(fā)有限公司，上海200082）

以上海國際航運(yùn)服務(wù)中心取排水口及慢滲濾水池深基坑工程為例，介紹了老港區(qū)復(fù)雜地質(zhì)深基坑工程設(shè)計(jì)。首先結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件等比選得出SMW工法樁方案，并采用彈性抗力有限元法進(jìn)行復(fù)核。然后根據(jù)防滲等要求，提出基坑防水及施工方案，最后利用工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該支護(hù)方案技術(shù)可靠且合理，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

老港區(qū)；復(fù)雜地質(zhì)；支護(hù)設(shè)計(jì)；SMW工法樁；監(jiān)測(cè)

0 引言

老港區(qū)的改造有許多模式，但基本都是港口建（構(gòu)）筑物的拆除重建等，例如原上海港運(yùn)大廈加固改造為新航運(yùn)交易所[1]。當(dāng)前已有較多的老港區(qū)建筑物改造方面的研究[2]，但有關(guān)老港區(qū)深基坑開挖的研究還較少，而老港區(qū)臨近水域，地質(zhì)及周邊條件都極為復(fù)雜，深基坑工程危險(xiǎn)性極大。為此，本文以上海國際航運(yùn)服務(wù)中心取排水口及慢滲濾水池深基坑支護(hù)工程為例，介紹了老港區(qū)復(fù)雜地質(zhì)深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合工程監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)其支護(hù)效果進(jìn)行了分析。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

上海國際航運(yùn)服務(wù)中心位于公平路以東，東大名路、楊樹浦路以南，秦皇島路以西約100 m，黃浦江以北（原匯山港內(nèi)）的區(qū)域[3]。由于建設(shè)江水冷卻系統(tǒng)取排水口、慢滲濾水池項(xiàng)目，需要進(jìn)行深基坑工程，詳見圖1。

該基坑長(zhǎng)58.2 m，寬21.1 m，深度約9.4 m，基坑圍護(hù)總面積約1 350 m2，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，基坑開挖深度大于5 m屬深基坑。由于基坑北側(cè)為在建項(xiàng)目，西側(cè)為上海國際航運(yùn)服務(wù)中心辦公區(qū)，東側(cè)現(xiàn)為臨時(shí)工房。南側(cè)距離黃浦江僅7.5 m，場(chǎng)地周邊條件極為復(fù)雜。

圖1 總平面圖Fig.1General plan

1.2 地質(zhì)條件

項(xiàng)目場(chǎng)地下伏為典型第四紀(jì)沖積平原沉積物，具體土層分布見表1。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 支護(hù)方案選擇

結(jié)合場(chǎng)地情況及地質(zhì)條件等，提出了可供比選的支護(hù)方案，如表2所示。

表2 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比較Table 2Comparison of deep foundation pit support structure methods

表1 項(xiàng)目地層分布情況Table 1Distribution of soil layers

表1反映出，場(chǎng)地內(nèi)分布了淤泥質(zhì)黏土等軟弱土層，進(jìn)行深基坑工程危險(xiǎn)性大。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，淺部土層還分布有潛水，潛水與黃浦江有一定的水力聯(lián)系，深部還存在一定的承壓含水層。同時(shí)項(xiàng)目地表還分布一定數(shù)量的拋石、斷樁等，場(chǎng)地條件復(fù)雜，屬典型的臨江復(fù)雜地質(zhì)深基坑工程[4]。

由表2可見，對(duì)于本項(xiàng)目，SMW工法樁同時(shí)具有技術(shù)可行與經(jīng)濟(jì)節(jié)約的特點(diǎn)，故采用φ850 @600SMW工法樁支護(hù)結(jié)構(gòu)（插二跳一）?？紤]到基坑開挖深度9.4 m，設(shè)置2道支撐增加開挖過程的穩(wěn)定性，擬定支撐平面如圖2所示。

圖2 支撐平面布置圖Fig.2Layout of bracing system

2.2 計(jì)算復(fù)核

根據(jù)選擇最不利狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核的原則，取基坑最大開挖深度9.4 m，樁長(zhǎng)20.8 m，進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)核計(jì)算，剖面見圖3。

支護(hù)樁內(nèi)力及位移的計(jì)算采用郎肯土壓力理論，按照水土分算的方法進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。通過計(jì)算，得出最大挖深基坑剖面的位移、彎矩及剪力包絡(luò)圖如圖4。

圖3 基坑支護(hù)剖面圖Fig.3Profile of foundation excavation bracing

圖4 基坑最大挖深剖面計(jì)算結(jié)果Fig.4Calculation results of maximum dredging depth of foundation pit

同時(shí)采用考慮支護(hù)樁、支撐結(jié)構(gòu)及空間整體協(xié)同作用的有限單元法，對(duì)該基坑典型剖面進(jìn)行計(jì)算后，進(jìn)行相應(yīng)的最不利荷載組合，得到基坑支撐體系內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 支撐體系內(nèi)力計(jì)算結(jié)果Table 3Calculation results of internal force of bracing system

根據(jù)上述組合與計(jì)算，得出該斷面圍護(hù)最大側(cè)移13.3 mm，地表最大沉降18 mm，兩者均分別小于0.30%H、0.25%H（H為開挖深度）的要求，符合相關(guān)規(guī)范的要求[5]。

2.3 基坑防水

由于基坑緊鄰黃浦江，水源補(bǔ)給充分，基坑防水是重中之重。本圍護(hù)設(shè)計(jì)主要通過兩方面達(dá)到止水目標(biāo)：

1）將三軸水泥攪拌樁設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)方式，搭接形式為全斷面套打，充分發(fā)揮SMW工法樁自身具有的防水帷幕效果。

2）采用真空射流泵的降水系統(tǒng)進(jìn)行降水。上海地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)一般是單井有效降水面積為210 m2[6]，為確保效果，本項(xiàng)目取130 m2/口。

3 基坑施工

基坑開挖及施工順序依次為：1）進(jìn)行場(chǎng)區(qū)障礙物的清除和平整；2）基坑開挖前采用井點(diǎn)降水對(duì)基坑內(nèi)土體進(jìn)行分層預(yù)降水疏干，以加固坑內(nèi)土體；3）施工圍護(hù)樁，待三軸水泥攪拌樁強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求，開挖表層土至壓頂混凝土底，澆筑壓頂混凝土、混凝土圍檁、架設(shè)鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力；4）混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開挖至第二道支撐面；5）架設(shè)第二道圍檁及支撐并施加預(yù)應(yīng)力；6）分層分區(qū)向下開挖至坑底；澆筑基礎(chǔ)底板及其傳力帶：7）待底板及混凝土傳力帶混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，拆除第二道鋼管支撐；8）順序施工地下室結(jié)構(gòu)（保留第一道支撐，待地下室結(jié)構(gòu)施工至±0.000后拆除）。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.1 監(jiān)測(cè)方案

為確保安全，本項(xiàng)目制訂了詳細(xì)監(jiān)測(cè)方案對(duì)支護(hù)樁位移、樁體側(cè)斜、鄰近碼頭位移、坑外地下水水位、支撐體系應(yīng)力位移及撓度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本文選取部分監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

4.2 圍護(hù)樁側(cè)斜監(jiān)測(cè)

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從基坑施工開始到回填完成，所有測(cè)點(diǎn)均未超過報(bào)警值，部分測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)見圖5。

圖5 樁頂水平位移曲線圖Fig.5Horizontal displacement curves of bracing pile head

由圖5可以看出，WS5~WS10在11月27日左右出現(xiàn)了一個(gè)明顯的往坑內(nèi)位移的現(xiàn)象，究其原因是由于未能按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)第一道支撐進(jìn)行應(yīng)力釋放。正是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了存在的安全隱患并進(jìn)行整改，保證了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.3 支撐軸力監(jiān)測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，得到支撐軸力隨開挖時(shí)間的變化曲線，部分測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)見圖6。

圖6 支撐軸力變化曲線Fig.6Changing curves of bracing axial force

圖6顯示，軸力隨著坑內(nèi)土方開挖的進(jìn)行逐步增加，且下一道支撐開始工作會(huì)影響上一道支撐的受力，一般會(huì)有所減小。對(duì)應(yīng)位置的土體向坑內(nèi)位移，但是由于土體的非彈性滯后效應(yīng)，與軸力的變化不同步。隨著基坑開挖至坑底，各道支撐經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)整，支撐與土體的耦合狀態(tài)逐步顯示一致性。各道支撐軸力值變化也趨于一致。挖至坑底標(biāo)高后，基坑完全暴露時(shí)支撐軸力達(dá)最大值，之后保持穩(wěn)定直至拆除。

4.4 坑外地下水位監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，由于基坑?xùn)|南西三側(cè)地下水與黃浦江相通，該側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坑外水位與黃浦江水位基本一致，且隨潮漲潮落變化。而北側(cè)由于存在地下通道工程的圍護(hù)，坑外水位觀測(cè)點(diǎn)水位基本不變。通過技術(shù)研究與調(diào)整，改為在每個(gè)高潮位對(duì)坑外水位觀測(cè)點(diǎn)與坑內(nèi)降水井同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，最終得出坑內(nèi)和黃浦江的水位差約為10 m，圍護(hù)未見明顯的滲水現(xiàn)象。

4.5 周邊地表沉降監(jiān)測(cè)

為確保安全，基坑周邊布設(shè)了P1~P4共4個(gè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)周邊地表沉降，具體結(jié)果見圖7。

圖7周邊地表沉降曲線Fig.7Curves of surrounding surface subsidence

圖7 反映出，從施工開始到結(jié)束，沉降量控制比較好，所有測(cè)點(diǎn)均遠(yuǎn)小于報(bào)警值。在基坑區(qū)域，地表無明顯沉降現(xiàn)象，基坑開挖對(duì)周邊地表影響較小，本支護(hù)設(shè)計(jì)取得了較好結(jié)果。

5 結(jié)語

1）本工程基坑開挖深度大，位于老港區(qū)復(fù)雜地質(zhì)且緊鄰黃浦江，對(duì)基坑的防水有較高要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選與分析，因地制宜采用SMW工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

2）通過采用彈性抗力有限元計(jì)算，得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁的內(nèi)力與位移，計(jì)算結(jié)果較好地反映了工程實(shí)際，可為其他類似工程提供應(yīng)用參考。

3）SMW工法樁能夠有效地減少了圍護(hù)墻體及土體深層位移，并能有效止水，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠，取得了較好的支護(hù)效果。

4）監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，基坑支護(hù)體系的變形與內(nèi)力在可控范圍，實(shí)現(xiàn)了對(duì)周邊環(huán)境的有效保護(hù)，支護(hù)設(shè)計(jì)取得了較滿意的結(jié)果。

[1]吳鵬程，李亞東，王學(xué)知.高層建筑結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建及加固施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2012（9）：95-97. WU Peng-cheng,LI Ya-dong,WANG Xue-zhi.Construction technology of reconstruction and reinforcement for high-rise building structure[J].Construction Technology,2012(9):95-97.

[2]曹宇.基于可持續(xù)發(fā)展理念的老港口更新改造設(shè)計(jì)研究[D].廈門：廈門大學(xué)，2014. CAO Yu.Updating and reforming of old port based on the concept of sustainable development[D].Xiamen:Xiamen University,2014.

[3]吳鵬程，童志華.上海國際航運(yùn)服務(wù)中心項(xiàng)目濱水景觀系統(tǒng)工程研究設(shè)計(jì)綜述[J].水運(yùn)工程，2012（2）：85-89. WU Peng-cheng,TONG Zhi-hua.Design of onshore scenic system engineering of Shanghai international shipping service center[J]. Port&Waterway Engineering,2012(2):85-89.

[4]馮翠霞.臨江復(fù)雜條件下超大深基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（1）：77-85. FENG Cui-xia.Study of super-Large deep foundation pit support under complicated conditions along Huangpu River shoreline[J]. Journal of Shanghai Institute of Technology:Natural Science,2011 (1):77-85.

[5]DG/TJ 08-61—2010，基坑工程技術(shù)規(guī)范[S]. DG/TJ 08-61—2010,Technical code for excavation engineering [S].

[6]楊光云.臨江復(fù)雜地質(zhì)條件下的建筑深基坑降水施工技術(shù)[J].建筑施工，2014（7）：787-790. YANG Guang-yun.Dewatering construction technology for deep foundation pit under dewatering under complicated geological conditions adjacent to riverside[J].Building Construction,2014(7): 787-790.

Design example analysis of complex geological deep foundation pit engineering in old harbor zone

ZHAO Yuan
（Shanghai International Shipping Service Center Development Co.,Ltd.,Shanghai 200082,China）

Taking the deep foundation pit engineering project of the intake and slow infiltration tanks of Shanghai Shipping International Shipping Service Center as an example,we introduced the project design of complex geological deep foundation pit in old harbor zone.The Soil Mixing Wall(SMW)was first selected after the comparison based on the site geology,and the structure was validated by the elastic finite elements method.Then the dewatering method and construction sequence was advocated based on the waterproof requirements.And the effect of this design was checked by the site monitoring data in this project.The results show that the support scheme is reliable and reasonable,and has good economic and social benefits.

old harbor zone;complex geology;bracing design;SMW methods;monitoring

U655.543

A

2095-7874（2017）08-0028-05

10.7640/zggwjs201708007

2016-12-22

2017-05-01

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2014科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃（2014-S1A-003）

趙淵（1988—），男，浙江紹興人，碩士，工程師，港航工程專業(yè)。E-mail：13764460007@126.com