梅海青

(上海申元巖土工程有限公司,上海 200011)

0 引言

近年來(lái),隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程推進(jìn),我國(guó)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段,并逐漸呈現(xiàn)大規(guī)模趨勢(shì)。與之相應(yīng),基坑工程也取得了飛速的發(fā)展。目前基坑工程愈來(lái)愈呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：①基坑數(shù)量越來(lái)越多；②基坑面積大、基坑深度深；③基坑周邊環(huán)境保護(hù)要求高?；邮┕み^(guò)程中怎樣保證基坑以及周邊保護(hù)對(duì)象的安全成為確定圍護(hù)設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵因素。在地層較好的地區(qū)(如可塑、硬塑黏土地區(qū),中等密實(shí)以上的砂土地區(qū),軟巖地區(qū)),基坑開(kāi)挖所引起的周?chē)貙幼冃屋^小[1]；而軟土地區(qū)(如上海、天津、福州、寧波等沿海地區(qū))工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件相對(duì)較差,土體具有高含水量、高壓縮性、低滲透性及流塑等特性,基坑變形往往較大,基坑施工過(guò)程中變形控制更為困難。

1 基坑變形控制措施

通過(guò)分析軟土地區(qū)多個(gè)基坑工程的實(shí)施情況,控制基坑變形的措施主要通常包括：

(1)合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型往往決定基坑工程的成敗,周邊環(huán)境保護(hù)高的工程應(yīng)選用變形控制能力強(qiáng)的板式圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)支撐體系。

(2)增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度。在周邊環(huán)境保護(hù)要求高的區(qū)域可選用鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻等剛度較大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

(3)支撐布置加強(qiáng)。一般位于地鐵、歷史保護(hù)建筑等重要保護(hù)對(duì)象周邊的基坑工程支撐形式多采用對(duì)撐布置形式,且支撐豎向布置進(jìn)行加密。

(4)被動(dòng)區(qū)加固。土體加固可改善土體的物理力學(xué)性能、提高被動(dòng)區(qū)土體抗力、減小基坑的變形及增強(qiáng)基坑的穩(wěn)定性。土體加固多采用水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁或注漿等措施,少數(shù)變形控制要求高的項(xiàng)目也采用設(shè)置混凝土素墻。

2 工程概況

2.1 結(jié)構(gòu)概況

某商業(yè)辦公項(xiàng)目用地面積9815m2,擬建建筑物包括兩棟9～10層辦公樓,下設(shè)兩層地下室?；有螤畛蔐型,開(kāi)挖面積約7870m2,基坑挖深11.5～13.0m,集水井局部落深1.5m,電梯井局部落深2.5～2.7m。

2.2 環(huán)境概況

本工程位于上海市黃浦區(qū),周邊環(huán)境情況如下：

(1)北側(cè)地下室外墻距離用地紅線約3.0m,紅線外為寬約22m的規(guī)劃會(huì)館街。

(2)東側(cè)地下室外墻距離紅線約3.0m。紅線外為中山南路及南浦大橋引橋。中山南路下有正在運(yùn)行的軌道交通4號(hào)線通過(guò),地鐵隧道埋深約22.3～28.6m,距離本工程地下室約31.4m。紅線外道路下有大量的信息、配水、供電等市政管線,距離地下室約11.4m～21.7m不等。

(3)南側(cè)地下室外墻距離紅線約3.0m,紅線外是寬約16m的規(guī)劃東江陰街。

(4)西側(cè)地下室外墻距離紅線約3.0m,紅線外是寬約16m的規(guī)劃青龍橋街。基坑西南角為一歷史保護(hù)建筑—商船會(huì)館,該建筑始建于1715年,為上海市文物保護(hù)單位。會(huì)館總體分為大殿和戲臺(tái)兩部分,戲臺(tái)為一幢兩層磚木結(jié)構(gòu)房屋,大殿為一幢單層磚木結(jié)構(gòu)房屋。

總體來(lái)看,本工程周邊分布有地鐵隧道、歷史保護(hù)建筑等眾多保護(hù)對(duì)象,環(huán)境保護(hù)要求要求高。

周邊環(huán)境概況可參見(jiàn)圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境總圖

2.3 地質(zhì)概況

本工程場(chǎng)地淺層土層為①雜填土、①1粘質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)粉土、⑤1-1粘土、⑤1-2粉質(zhì)粘土及⑥粉質(zhì)粘土層組成。基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)以上部填土及深厚粉土土為主,基坑開(kāi)挖面以下為淤泥質(zhì)土層,場(chǎng)地內(nèi)深厚的粉土層滲透性強(qiáng),易出現(xiàn)滲漏及流砂現(xiàn)象,需重點(diǎn)考慮基坑止水設(shè)計(jì)。相關(guān)物料力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表1。其中φ及c值為勘察報(bào)告提供的固結(jié)快剪峰值指標(biāo)。

場(chǎng)地淺部土層分布有潛水,其補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水及地表水入滲補(bǔ)給,以大氣蒸發(fā)為主要排泄方式,水位埋深一般在0.50～1.00m。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

3 基坑設(shè)計(jì)

3.1 基坑圍護(hù)選型

本工程在圍護(hù)設(shè)計(jì)選型時(shí)有以下幾點(diǎn)需重點(diǎn)考慮：①本工程周邊存在地鐵隧道、歷史保護(hù)建筑等保護(hù)對(duì)象,變形控制要求高；②基坑挖深較深；③淺層地基土為軟弱土層。

按照上海市《基坑工程技術(shù)規(guī)范》[2]要求,本工程安全等級(jí)為二級(jí)；地鐵及商船會(huì)館側(cè)環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí),圍護(hù)體變形控制值為20mm(1.8‰H),其他區(qū)域環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí),圍護(hù)體變形控制值為34mm(3‰H)。

通過(guò)比較分析,本工程圍護(hù)體系選用板式圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合多道內(nèi)支撐。

1)擋土結(jié)構(gòu)可考慮采用Φ900@1100鉆孔灌注樁與800厚地下連續(xù)墻,兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算如圖2。

圖2 鉆孔灌注樁與地墻變形計(jì)算結(jié)果

通過(guò)計(jì)算可知,采用800厚地墻最大變形25.0m,Φ900@1100鉆孔灌注樁最大變形31.0mm,地墻變形為鉆孔灌注樁變形的81%?？紤]周邊保護(hù)要求,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm地下連續(xù)墻。

2)本工程一般區(qū)基坑挖深11.5m,類似工程支撐豎向布置多采用兩～三道水平支撐,兩種支撐布置形式圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算如圖3。

圖3 支撐豎向布置變形計(jì)算結(jié)果

通過(guò)計(jì)算可知,豎向布置三道支撐圍護(hù)體最大變形25.0m,發(fā)生在開(kāi)挖面附近,豎向布置兩道支撐圍護(hù)體最大變形28.8mm,開(kāi)挖面以上圍護(hù)體變形均超過(guò)20mm?？紤]周邊保護(hù)要求,本工程基坑內(nèi)部設(shè)置三道水平支撐。

3.2 擋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程一般區(qū)挖深11.5～13.0m,本工程擋土結(jié)構(gòu)采用800厚地下連續(xù)墻,地墻長(zhǎng)度24.5～30.0m,地墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35(水下)。

本工程場(chǎng)地分布有較厚粉土,該土層滲透性強(qiáng),滲透系數(shù)約2.0E-05cm/s,為保證地墻成墻質(zhì)量,地墻兩側(cè)采用Φ850@600三軸水泥土攪拌樁槽壁加固,外側(cè)攪拌樁套接一孔法施工,內(nèi)側(cè)采用搭接施工,攪拌樁水泥摻量20%,攪拌樁樁長(zhǎng)17.0～25.5m。

圍護(hù)剖面如圖4所示。

圖4 支護(hù)剖面圖

3.3 加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)計(jì)算可知,一般區(qū)圍護(hù)體變形約31.0mm,被動(dòng)區(qū)加固后圍護(hù)體變形減小至約25.0mm,變形減小約20%。兩種形式圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算結(jié)果如下圖所示：

圖5 圍護(hù)變形計(jì)算結(jié)果

本工程?hào)|側(cè)為地鐵4號(hào)線區(qū)間隧道,西北角為商船會(huì)館。鄰近上述保護(hù)對(duì)象側(cè)采用被動(dòng)區(qū)裙邊加固,加固樁采用Φ850@600三軸水泥土攪拌樁,加固自第二道支撐至坑底以下5m,水泥摻量20%。第一道支撐至第二道支撐采用10%水泥回?fù)?以保證加固空攪土體的強(qiáng)度不低于原狀土。

此外,考慮平行于地鐵隧道邊長(zhǎng)約130m,為減小基坑跨中變形,本工程基坑中部設(shè)置一道800mm厚素地墻,自第一道支撐至坑底以下5m范圍設(shè)置,素地墻隨著基坑開(kāi)挖鑿除。

加固平面布置如圖6所示。

圖6 加固平面圖

3.4 支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程基坑面積約7870m2,呈L形,東西長(zhǎng)約114m,南北長(zhǎng)約130m。結(jié)合基坑形狀,支撐平面布置形式可采取角撐、對(duì)撐結(jié)合邊桁架以及對(duì)撐為主布置形式。兩種支撐形式計(jì)算對(duì)比分析如下(圖7，圖8)。

圖7 支撐平面布置圖

圖8 第二道支撐變形計(jì)算圖

支撐平面位移計(jì)算采用平面桿系有限元法,將圍護(hù)剖面在支撐點(diǎn)的計(jì)算軸力作為荷載施加在支撐四周的圍檁上。從計(jì)算結(jié)果可以看出,角撐+對(duì)撐布置形式支撐變形最大值約27.5mm,第二道支撐采用對(duì)撐為主布置形式變形最大計(jì)算值約20.0mm,變形可減少27%。

4 工程監(jiān)測(cè)結(jié)果

本工程面積大,開(kāi)挖深度較深,周邊環(huán)境保護(hù)要求較高,為充分了解基坑施工過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形情況以及對(duì)周邊環(huán)境的影響,根據(jù)規(guī)范[2]要求,在基坑施工過(guò)程中進(jìn)行了大量的信息化監(jiān)測(cè)。本文主要選取代表性測(cè)斜變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比,分析不同條件下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)。

表2 典型測(cè)斜孔變形表

根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果：①圍護(hù)墻測(cè)斜孔最大水平變形為56.5mm,最大變形發(fā)生在南側(cè)西部,與計(jì)算位置基本吻合。②測(cè)斜孔最小變形為CP04監(jiān)測(cè)孔,變形為30.0mm,最小變形在東

北角。③裙邊加固區(qū)變形約40.0mm,墩式加固區(qū)變形約50.0mm,被動(dòng)區(qū)加固效果明顯。④基坑跨中變形大于角部變形。⑤素地墻設(shè)置可有效控制跨中區(qū)測(cè)斜變形。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以軟土地區(qū)具體工程為背景,通過(guò)計(jì)算分析及監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：

(1)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)周邊保護(hù)要求確定針對(duì)性的選型,增大圍護(hù)體剛度可有效減小基坑變形；

(2)被動(dòng)區(qū)加固是控制基坑變形的有效措施；

(3)合理的支撐布置形式也可有效減小基坑變形。

(4)基坑跨中易出現(xiàn)變形過(guò)大情況,進(jìn)行圍護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮變形控制。

[1]劉國(guó)斌,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].第二版,北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[2]DG/TJ08-61-2010.基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].2010．