陳 皞 （中建港務建設有限公司，上海 200433）

1 概況

1.1 工程概況

上海市某商品住宅擴建工程位于松江區(qū)九亭鎮(zhèn)，由3幢18層住宅樓及2層地下車庫組成，主體結構采用剪力墻結合樁筏基礎的形式?；有螤畛室?guī)則L型，圍護周長約450m，開挖面積約7135m2。普遍區(qū)域開挖深度10.50m，集水井、電梯井等局部落深1.25～2.65m。

1.2 周邊環(huán)境

工程場地東側北段為項目6-4期規(guī)劃用地，基坑開挖邊線距離2、4期分界線最近約1.5m，分界線外分布有一條市政道路，道路外為多棟待拆遷兩層住宅樓（淺基礎），距離邊線最近約14.5m；東側南段緊鄰九亭公交站，距離邊線最近處約2.5m；南側鄰近一條直徑1.4m的原水管，埋深約5.9m，距離開挖邊線約5.0m～8.0m；西側為6-2期用地，已建成地上2～3層聯(lián)排別墅（樁基），距離開挖邊線最近約6.8m；北側鄰近港欣小區(qū)6層住宅樓（淺基礎），距離開挖邊線最近約10.8m。基坑周邊緊鄰建（構）筑物、道路及市政管線，環(huán)境保護要求相對較高，尤其是對南側原水管線以及北側6層住宅樓的保護。場地周邊環(huán)境如圖1所示。

2 工程地質與水文地質

圖1 周邊環(huán)境圖

2.1 工程地質

工程場地地貌類型屬濱海平原，地基土屬軟弱場地土，基坑開挖深度影響范圍內土層以粘性土、粉性土和砂土為主。第③層淤泥質粉質粘土層具有高壓縮性、高觸變及流變特性，土層力學性質差，并且厚度達到12.0m。場地土的物理力學指標如表1 所示。

場地土的物理力學指標 表1

2.2 水文地質

本場地的地下潛水主要接受大氣降水的豎向入滲補給，水位隨季節(jié)變化而變化，水位埋深為1.0～2.0m。圍護設計時，地下水位按室外自然地坪下0.5m進行選取。另外，場地內⑦層為微承壓含水層，易產生流砂、管涌等不良地質條件。本基坑主要開挖深度為10.5m，按最不利考慮C7孔第⑦層層面埋深28.0m，承壓含水層埋深水頭按照3.0m計算，根據(jù)上海市工程建設規(guī)范《巖土工程勘察規(guī)范》（DGJ08-37-2012） 第 12.3.3 條 驗 算：PCZ/PWY=（5.48 ×17.8+5 ×17.4+5 ×18.0+2.02 ×19.4）/[（28.0-3.0）×10.0]=1.26＞1.05，不存在承壓水突涌問題。

3 基坑工程設計

3.1 總體方案設計

基坑支護結構是個系統(tǒng)工程，在保證受力合理的同時需盡可能達到施工方便、工期節(jié)省的要求。本基坑鄰近已有建（構）筑物及市政管線。在保證基坑安全的前提下，變形控制為本工程總體方案的主要準則。根據(jù)基坑開挖深度及規(guī)模，結合周邊環(huán)境、地質條件等，從安全、經濟的角度出發(fā)，結合施工工藝、施工周期等因素，本工程采用鉆孔灌注樁結合混凝土水平支撐的支護形式，排樁外側采用水泥土攪拌樁止水。鉆孔灌注樁排樁具有側向剛度大，抵抗變形能力強的優(yōu)點，能盡可能的減小對周邊重要保護建（構）筑物的影響。

基坑南側近原水管區(qū)域，設計從以下幾點考慮。

①會同業(yè)主及結構協(xié)商主體結構邊線距原水管后退1.5m；②以環(huán)境保護等級一級控制該側變形；③增大原水管側圍護樁樁徑和樁長；④增設一排止水攪拌樁；⑤基坑南側采用裙邊加固，加固體加寬加長；⑥支撐以對撐為主。

圖2 圍護剖面圖

一般區(qū)域位移采用Φ900@1100鉆孔灌注樁，基坑北側鄰近6層住宅樓區(qū)域采用Φ950@1150鉆孔灌注樁，基坑南側緊鄰原水管區(qū)域采用Φ1000@1200鉆孔灌注樁，有效樁長21.5m～24.0m，三軸水泥土攪拌樁止水帷幕有效樁長17.5m/18.5m，可滿足強度、變形及穩(wěn)定性要求。圍護剖面圖如圖2所示。

3.2 支撐體系

基坑規(guī)模較大，開挖較深，且環(huán)境保護要求較高，對支撐的安全性、穩(wěn)定性提出了較高的要求。結合基坑形狀，支撐體系采用“角撐+對撐+邊桁架”的平面布置形式。該形式安全可靠，經濟性較好，且有較大的出土空間，便于施工?；幽媳毕蚩缍容^大，東側北段以及北側東段設有場地出入口。支撐平面布置圖如圖3所示，陰影區(qū)域為棧橋區(qū)域，以滿足挖土機、運土車、混凝土泵車、運輸車等施工設備運作，也可作為施工堆場，以解決場地狹小用地空間的問題。

圖3 支撐平面布置圖

3.3 降水設計

本工程坑底位于③層淤泥質粉質粘土中，開挖深度影響范圍內土層含水量較大，處于飽和狀態(tài)，需有一定時段的預降水方可保證土體達到基坑開挖要求。本降水設計采用真空管井進行疏干及深層降水。

4 環(huán)境影響分析

工程南側緊鄰直徑為1.4m的原水管，北側鄰近6層住宅樓，在基坑開挖過程中，易受到開挖引起土體位移產生的附加內力與變形。因此，為確保建（構）筑物的安全，對建（構）筑物在基坑開挖工況下位移變化分析具有重要意義。

4.1 計算模型及工況模擬

采用平面應變有限元法，土體本構模型采用摩爾-庫倫模型，采用15節(jié)點三角形單元模擬；圍護樁采用梁單元，支撐采用點錨式桿件單元模擬；結構與土體的相互作用采用接觸面來模擬。豎直向影響深度一般≥2H（H為基坑開挖深度），本模型取為地表以下40m；水平向影響范圍一般大于≥3H，本模型水平向距離取為距基坑邊為60m。左右兩側邊界約束水平位移，底邊界約束水平和豎向位移。土體參數(shù)根據(jù)巖土工程勘察資料和類似工程取值。圍護樁的計算參數(shù)根據(jù)實際選取，支撐計算參數(shù)抗壓剛度根據(jù)混凝土支撐的實際剛度計算。北側住宅樓區(qū)域以及南側原水管區(qū)域的計算模型及網格劃分如圖4、圖5所示。

對基坑開挖各施工工況進行模擬，分析整個支護系統(tǒng)的整體變形情況。

①計算初始地應力場；

②施工圍護樁、施加地面超載；

③降水至基底以下0.5m；

④開挖第一層土至第一道支撐底面；

⑤施工第一道支撐，后開挖土層至第二道支撐底面；

⑥施工第二道支撐，后開挖土層至坑底；

⑦施工底板，后拆除第二道支撐；

⑧施工地下一層樓板，后拆除第一道支撐；

圖4 計算模型及網格劃分圖（6層住宅樓）

圖5 計算模型及網格劃分圖（原水管）

4.2 數(shù)值計算分析

圖6、圖7分別為第二道支撐施工完成后開挖至坑底時北側住宅樓區(qū)域與南側原水管區(qū)域的水平位移圖，該工況為開挖過程最不利工況。圖中橙色區(qū)域顯示水平位移值較大區(qū)域，可以看出該區(qū)域主要分布在坑底附近。圖8、圖9為南北兩側建筑物樁身水平位移變化圖。具體數(shù)值見表2。

圖6 水平位移云圖（6層住宅樓）

圖7 水平位移云圖 （原水管）

圖8 建筑物樁身水平位移變化圖（6層住宅樓）

圖9 建筑物樁身水平位移變化圖（原水管）

計算結果匯總 表2

通過數(shù)值模擬手段的分析，可見圍護樁的水平變形越大，導致的建（構）筑物的變形也越大。該工程基坑開挖對鄰近住宅樓以及原水管有一定的影響，但變形仍處于工程允許的范圍內。及科學的信息化監(jiān)測，是保證工程順利進行的重要因素，降低攪拌樁的施工速率，降低攪拌樁下沉抬升速率，合理定制土方分區(qū)分塊分層開挖組織設計。

5 結語

上海市某商品住宅擴建工程基坑規(guī)模較大，開挖深度較深，且周邊環(huán)境較為復雜。通過選取合理的支護方式和受力良好的支撐布置形式，可以保證基坑在開挖期間的安全性及周邊環(huán)境的變形控制要求。

通過數(shù)值模擬手段的分析，可以發(fā)現(xiàn)控制圍護墻的側向變形可間接減少基坑開挖對鄰近建筑的影響，將變形控制在工程允許的范圍內。

基坑施工期間嚴格的施工工藝、合理施工工序以