谷 雪

(上海地礦工程勘察有限公司 上海 200072)

1 工程概況

項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)前灘國際商務(wù)區(qū)西部，南至翠溪路、北至前灘大道。擬建共含4個(gè)地塊，均為大底盤地下室上多塔建(構(gòu))筑類型，包括地下車庫、多幢住宅主樓及配套公建用房。地下設(shè)置2層地下室，地上部分主要為8～13層。主樓基礎(chǔ)形式采用鉆孔灌注樁-筏板基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)類型采用剪力墻結(jié)構(gòu)。

4個(gè)地塊基坑開挖深度較為接近，除D基坑相較面積更大，其余3個(gè)基坑面積較為近似，形狀均較規(guī)則，屬深大型基坑工程。環(huán)境位置示意圖如圖1所示，各地塊基坑基本信息如表1所示。

表1 各地塊基坑信息一覽表

2 環(huán)境特點(diǎn)與工程地質(zhì)概況

2.1 環(huán)境特點(diǎn)

(1)4個(gè)地塊場(chǎng)地內(nèi)均為空地，周邊臨近已建市政道路，部分道路施工時(shí)尚未通車，場(chǎng)地周邊均存在已建圍墻，圍護(hù)空間較緊張。

(2)場(chǎng)地西側(cè)較為空曠，但C基坑西南側(cè)靠近法華學(xué)問寺，寺廟保護(hù)要求較高；南側(cè)靠近在建地下二層工程(該工程施工同時(shí)南側(cè)地塊地下結(jié)構(gòu)已施工完成)，D基坑南、北均為已建地塊，影響較小。

(3)各地塊鄰近道路市政管線分布密集，距離較近，部分管線進(jìn)入紅線內(nèi)，重點(diǎn)種類包括給水管線、電力管線等，需采取措施搬遷、保護(hù)。

(4)4個(gè)地塊位置平面分布呈現(xiàn)“橫T”形狀，基坑間距離較近，約18m，施工時(shí)需重點(diǎn)考慮各基坑間相互影響。

2.2 工程地質(zhì)概況

場(chǎng)地地貌屬于濱海平原類型，地形較平坦?；娱_挖范圍內(nèi)土層包括②、③、④層，其中④層淤泥質(zhì)粘土在場(chǎng)地中廣泛分布，厚度可達(dá)10m，各基坑基底開挖面均位于該土層。④層為上海地區(qū)典型軟弱地基土，呈流塑狀、高壓縮性，具有觸變、流變等特性。下部⑤層、⑦層土質(zhì)不均勻，起伏較大，⑦層部分亞層在A、D基坑所在區(qū)域缺失。⑤2-1為微承壓水層，⑦1-1為承壓水層，水頭較高，場(chǎng)地潛水降水之外需評(píng)估承壓水突涌風(fēng)險(xiǎn)，確定是否需要減壓。

參照上海市工程建設(shè)規(guī)范《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DG/TJ08-61-2018)，該工程4個(gè)地塊基坑安全等級(jí)均屬二級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)均為二級(jí)[1]。土層物理力學(xué)參數(shù)信息如表2所示。

3 圍護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.1 圍護(hù)體系設(shè)計(jì)

3.1.1圍護(hù)選型對(duì)比

4個(gè)基坑的規(guī)模及深度、工程地質(zhì)、環(huán)境條件差異不大，圍護(hù)體系選型可統(tǒng)一?；舆吘€距離紅線不到3m，僅能考慮單排樁的圍護(hù)形式。可選擇的圍護(hù)體系類型包括SMW工法、鉆孔灌注樁排樁結(jié)合內(nèi)支撐的形式。SMW工法樁占用施工空間小，施工快捷，且型鋼可回收利用，工期短于半年情況下造價(jià)更為經(jīng)濟(jì)。該工程4個(gè)基坑均為地下二層，深度較深，體量較大，從圍護(hù)開始施工至地下室施工完成，型鋼租賃期預(yù)計(jì)大于8個(gè)月，工期較長則不具備造價(jià)優(yōu)勢(shì)；且該圍護(hù)形式側(cè)向剛度幾乎完全取決于型鋼，對(duì)于軟土地區(qū)開挖深度近于10m的深基坑工程，目前常規(guī)SMW工法的側(cè)向變形控制能力已較接近極限[2]。并且，該工程周邊市政管線分布密集，型鋼回收易產(chǎn)生基坑二次變形，且與地面振動(dòng)造成環(huán)境影響較大。

表2 土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

鉆孔灌注樁也是一種成熟的工藝，在軟土地區(qū)基坑支護(hù)工程中已有大量成功案例，具有施工工藝簡單、縮短工期優(yōu)點(diǎn)，并且施工時(shí)基本無噪音、無振動(dòng)、無地面隆起或側(cè)移，對(duì)周邊環(huán)境影響小[3]。對(duì)于該工程可根據(jù)局部深度、周邊荷載及變形控制要求設(shè)計(jì)樁徑、樁長，保證圍護(hù)剛度滿足需求的前提下造價(jià)亦可達(dá)到最優(yōu)。

經(jīng)對(duì)比分析，該工程4個(gè)基坑均宜采用鉆孔灌注樁結(jié)合止水帷幕的圍護(hù)形式。

3.1.2圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

由于各基坑貼近市政道路，圍護(hù)計(jì)算深度從道路路面標(biāo)高始算。A、B基坑普遍深度為8.50～9.90m，采用Φ800@1000、Φ850@1050鉆孔灌注樁，樁長19～20m，插入基底以下約11.35～11.80m，部分緊鄰道路側(cè)路面較高，圍護(hù)樁樁徑加大至Φ900，樁長增長至21m。C、D基坑普遍深度約為9.50～10.65m，鉆孔灌注樁采用Φ900@1100，樁長為20m，插入基底以下11.60～12.00m。④層土質(zhì)較差，各基坑圍護(hù)樁底穿過④層進(jìn)入⑤2-1層土2m以上。⑤2-1透水性強(qiáng)，且為微承壓水層，圍護(hù)止水需隔斷該層坑內(nèi)外水力聯(lián)系，采用單排Φ850@600三軸水泥土攪拌樁，樁長25.0m，穿過⑤2-1層進(jìn)入不透水層，從而有效降低坑內(nèi)降水對(duì)坑外水位的影響，減少基坑降水引起的地面沉降量。典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示。

圖2 典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖(A基坑)

3.2 內(nèi)支撐體系設(shè)計(jì)

3.2.1支撐體系選擇

支撐根據(jù)材料類型，分為鋼支撐及混凝土支撐兩類。鋼支撐安裝拆除方便，施工便捷，且安裝完畢便可立即發(fā)揮作用，該工程4個(gè)基坑均為地下二層，深度較深，需設(shè)置兩道支撐，支撐體量較大，且場(chǎng)地空間狹小，為留有一定施工場(chǎng)地、材料堆放場(chǎng)地，且便于土方開挖，4個(gè)基坑均需設(shè)置一定量棧橋。其次，鋼支撐體系節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及安裝處理較為復(fù)雜，對(duì)于較大型的支撐系統(tǒng)，施工要求較高，如若出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)變形或傳力不當(dāng)?shù)龋自斐芍误w系的失穩(wěn)，而且鋼支撐硬度較高但剛度較小，無法承受較大的施工荷載[4]。因此，剛度更大、整體性更好的混凝土支撐體系更適合該工程，基坑穩(wěn)定性、施工質(zhì)量更能得以保證。

3.2.2支撐布置

該工程4個(gè)基坑面積適中，環(huán)境保護(hù)要求不苛刻，支撐可整體布置，無需分區(qū)，采取對(duì)撐角撐結(jié)合邊桁架的布置形式。

A、B基坑近似于正方形，單邊邊長約94m，四角采用角撐保護(hù)邊角，增加各角支撐剛度的同時(shí)減少跨度，南北、東西向均只需采用一道對(duì)撐為中部提供傳力；D基坑?xùn)|西向約130m，南北向設(shè)置兩道對(duì)撐，受力桿件間距不大于10m；C基坑西側(cè)圍護(hù)邊線設(shè)計(jì)為圓拱形，相比于直線形結(jié)構(gòu)，拱形結(jié)構(gòu)可利用土拱效應(yīng)減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力，并有較強(qiáng)空間結(jié)構(gòu)性，減少開挖引起的側(cè)壓力荷載，發(fā)揮混凝土材料的抗壓性能，減少圍護(hù)側(cè)向變形，優(yōu)化支撐布置，節(jié)約造價(jià)[5]。棧橋依據(jù)各基坑出土口位置及行車走向方位進(jìn)行布置，運(yùn)行土方車輛按照滿載60t限制荷載。支撐桿件信息如表3所示，支撐及棧橋平面布置如圖3所示。

表3 支撐桿件信息一覽表 m

圖3 第一道支撐及棧橋平面布置圖

支撐立柱樁采用鉆孔灌注樁內(nèi)插角鋼格構(gòu)柱，立柱樁局部采用加大灌注樁，部分利用工程樁。樁徑為Φ650～800，立柱樁長度為26m～30m。

3.3 地基加固

4個(gè)基坑基底均位于④層淤泥質(zhì)粘土，強(qiáng)度低，開挖過程中被動(dòng)區(qū)提供的抗力不足，圍護(hù)結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生滑移、踢腳等失穩(wěn)破壞，側(cè)向位移不易控制，且該層土厚度較厚，集水井等深坑區(qū)域基底仍位于該軟弱土中。各基坑在單邊跨度15m～20m處及貼邊集水井區(qū)域采用深層攪拌法加固，加固寬度為4.70m，加固樁為Φ700@500雙軸水泥土攪拌樁，水泥摻量為13%。基坑內(nèi)部深度大于1.40m的集水井采用攪拌樁加固并封底，壩體寬度、樁長結(jié)合深坑深度確定，滿足插入比需求。該工程設(shè)計(jì)與施工過程中對(duì)加固攪拌樁施工時(shí)提升下降速度均做嚴(yán)格控制。

3.4 降水處理措施

止水帷幕已發(fā)揮基坑“隔水”作用，阻擋基坑內(nèi)部與外部的水動(dòng)力聯(lián)系，基坑內(nèi)部于開挖前采取真空深井對(duì)地下潛水降水，需降至開挖面以下1m～2m。⑤2-1砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土為微承壓水層，位于基底以下5.0m～6.5m，各基坑普遍區(qū)域經(jīng)承壓水穩(wěn)定性計(jì)算，開挖至基底有產(chǎn)生坑底突涌的風(fēng)險(xiǎn)，需預(yù)先降低承壓水水位，但由于止水帷幕已將該層隔斷，降壓井?dāng)?shù)量可適當(dāng)優(yōu)化。

該工程4個(gè)基坑均勻布置一定數(shù)量的降壓井，但實(shí)地需結(jié)合測(cè)得承壓水水頭高度確定是否需要降壓，按需降水，以盡量減少降壓抽水引發(fā)地面沉降。

4 土方開挖

坑靠坑基坑群分布形式是指多個(gè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)互不相連，但間距較近，從而同時(shí)開挖時(shí)具有明顯耦合效應(yīng)的特點(diǎn)。

該工程包含4個(gè)基坑，按照建設(shè)單位要求，4個(gè)地塊開發(fā)時(shí)間安排較緊張，需盡量同時(shí)施工。B與A、C及D基坑相互距離約20m，近于2倍開挖深度，距離較近，屬于典型的坑靠坑基坑分布形式。對(duì)于單一基坑，上海軟土地區(qū)基坑開挖后周邊地表沉降影響范圍約為4倍開挖深度[1]?？涌靠娱_挖的注意重點(diǎn)在于，后開挖基坑對(duì)先開挖基坑圍護(hù)及支撐體系的影響，以及基坑相鄰區(qū)域產(chǎn)生的土體沉降變形、環(huán)境建筑物沉降的疊加效應(yīng)。

B基坑位于A、C基坑之間，東側(cè)靠近D基坑，與周邊3個(gè)基坑距離均較近，若該基坑先行與其他任一基坑同步開挖則會(huì)產(chǎn)生較明顯的耦合效應(yīng)，因此不宜與其他基坑同步施工；A與C基坑邊線距離約130m，大于十倍開挖深度，一般開挖原則認(rèn)為當(dāng)基坑間距大于十倍開挖深度時(shí)則不用考慮基坑開挖耦合效應(yīng)[6]，基坑可按照單一坑實(shí)施，且兩個(gè)基坑面積、開挖深度相差不大，工期時(shí)長較為接近；D基坑規(guī)模相較更大，單獨(dú)施工時(shí)間較長，從節(jié)省整體工期的角度應(yīng)盡量早施工；其位置相對(duì)獨(dú)立，與西北角A、西南角C基坑間距約38m，約4倍處開挖深度范圍，若同時(shí)開挖則仍應(yīng)存在一定的影響，但產(chǎn)生的不良效應(yīng)較為可控。在盡量減少基坑間耦合效應(yīng)的前提下，施工工期需最優(yōu)化，避免基坑隨時(shí)空效應(yīng)產(chǎn)生不利情況，同時(shí)節(jié)約造價(jià)。最終，開挖工況整體安排如下：

(1)場(chǎng)地整平后，施工4個(gè)地塊工程樁、圍護(hù)樁等，進(jìn)行基坑降水；

(2)4個(gè)基坑均開挖至第一道支撐底標(biāo)高，施工鋼筋混凝土壓頂梁、支撐構(gòu)件，如圖4(a)所示；

(3)待第一道支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開挖A、C及D基坑，如圖4(b)所示；

(4)待A、C和D基坑地下一層中樓板及中樓板換撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開挖B基坑，如圖4(c)所示；

(5)各個(gè)基坑地下結(jié)構(gòu)施工完畢后，施工基坑間連通道，如圖4(d)所示。

A、C與D基坑開挖時(shí)，除遵照分層、分塊、間隔開挖的基本原則之外，應(yīng)盡量相對(duì)平衡開挖，每層開挖的時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格保持同步。

(a) (b) (c) (d)

圖4 施工工況順序示意圖

5 監(jiān)測(cè)情況分析

為確保4個(gè)基坑施工與土方開挖安全高效進(jìn)行，對(duì)基坑圍護(hù)墻頂及墻體位移、周邊地面沉降等項(xiàng)目采取全程信息化監(jiān)測(cè)。

5.1 整體施工效果與監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

A、C、D基坑于2019年1月施工圍護(hù)樁，3月3日開始土方開挖，4月20日左右開挖至基底，于5月22日第二道支撐拆除，中樓板施工完成，B地塊同步施工完第一道支撐開挖第二層土。所有基坑于2019年9月地下結(jié)構(gòu)全部施工完成。

5.1.1A、C、D基坑

截至2019年6月12日，A、C基坑第一道支撐拆除完畢，A基坑圍護(hù)墻頂水平位移最大累計(jì)值為14.9mm，豎向位移最大值為23.5mm，C基坑圍護(hù)墻頂水平位移最大累計(jì)值為15.1mm，豎向位移累計(jì)最大為20.8mm；D與A、C基坑同時(shí)開挖，但規(guī)模相較稍大，支撐拆除時(shí)間較晚于兩地塊。截止A、C第一道支撐拆除時(shí)，D基坑處于地下一層施工階段，圍護(hù)墻頂水平位移累計(jì)最大為14.2mm，豎向位移累計(jì)最大為21.14mm，以上監(jiān)測(cè)結(jié)果均在報(bào)警值范圍以內(nèi)。

A基坑各測(cè)點(diǎn)圍護(hù)深層水平位移普遍最大約為26mm～29mm，變形峰值對(duì)應(yīng)深度在9m～10.5m范圍區(qū)間，對(duì)應(yīng)基底所在深度，部分測(cè)點(diǎn)深層水平位移累計(jì)最大值達(dá)到54mm～71mm，超出報(bào)警值；C基坑個(gè)別點(diǎn)位深層水平位移累計(jì)達(dá)到39mm～53mm，超過報(bào)警值，但普遍最大約為30mm，由其西側(cè)圍護(hù)深層水平位移均較小，最大約29mm，體現(xiàn)圓拱形圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制能力。

D基坑各點(diǎn)位深層水平位移累計(jì)最大約為28～40mm(圖5)。據(jù)分析，3個(gè)基坑圍護(hù)側(cè)向位移較大的點(diǎn)位，主要分布于角撐與對(duì)撐中間支撐較薄弱區(qū)域，以及施工出土口行車動(dòng)荷載最大區(qū)域，普遍區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移處于正常變化水平。

圖5 基坑圍護(hù)體深層水平位移曲線圖(2019.06.12)

從日變量變化趨勢(shì)來看，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形速率與工況密切相關(guān)，隨著基坑的開挖，圍護(hù)變形速率加快，開挖至基底時(shí)位移增量最明顯，但處于警戒值范圍內(nèi)，為正常變化趨勢(shì)。此外，對(duì)基坑周邊地面沉降、管線沉降、地下水水位、支撐軸力及立柱沉降等監(jiān)測(cè)結(jié)果均較穩(wěn)定。

5.1.2B基坑

B基坑于5月22日左右開挖第二層土，此時(shí)其他3個(gè)基坑中樓板換撐已達(dá)到強(qiáng)度。7月2日部分區(qū)域已開挖至基底，8月1日開始拆除第二道支撐。截至8月21日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，B基坑圍護(hù)墻頂水平位移累計(jì)最大約16.8mm，豎向位移累計(jì)最大為26.0mm，未超過報(bào)警值。

但由于開挖至基底期間部分區(qū)域底板澆筑工作未及時(shí)跟進(jìn)土方開挖，部分圍護(hù)體側(cè)向位移變化較大，且正處雨季，B基坑部分圍護(hù)體此間側(cè)向位移增量較大，通過加快地下結(jié)構(gòu)施工速度，底板澆筑完成后，深層側(cè)向位移即趨于穩(wěn)定，累計(jì)最大達(dá)到49mm，而此后日變量均不超過0.5mm(圖6)。

圖6 基坑圍護(hù)體深層水平位移曲線圖(2019.08.21)

5.2 基坑間影響分析

為比較B基坑實(shí)際開挖時(shí)對(duì)A、C、D基坑的影響，選取5月21日(B基坑開始開挖)與7月8日(B基坑普遍開挖至基底)兩個(gè)典型時(shí)間點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。在A、C、D 3個(gè)基坑靠近及遠(yuǎn)離B基坑的兩條圍護(hù)邊各選取2個(gè)圍護(hù)體深層水平位移點(diǎn)位，計(jì)算各點(diǎn)位各深度側(cè)向位移變化百分比，可見：

A、C基坑于B基坑開挖后圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移無增加，呈收斂趨勢(shì)。A、C基坑靠近B基坑一側(cè)的CX5、CX6、CX27、CX28點(diǎn)位各深度處水平位移收斂程度均比遠(yuǎn)離B基坑一側(cè)CX1、CX2、CX31、CX32更顯著，曲線中上段基本平直，約15m深度處收斂程度加大(圖7～圖8)。

圖7 A基坑圍護(hù)體深層水平位移變化百分比曲線圖

圖8 C基坑圍護(hù)體深層水平位移變化百分比曲線圖

D基坑于B基坑開挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體仍為向坑內(nèi)側(cè)移的趨勢(shì)，但距離B基坑較遠(yuǎn)一側(cè)的圍護(hù)體內(nèi)移量更大，較近一側(cè)圍護(hù)體的位移則較小，且受深度變化的影響微弱(圖9)。

由于B基坑開挖后對(duì)于其余3個(gè)基坑相當(dāng)于坑外土體卸載，土壓力大大減少，理論上3個(gè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受坑外擠壓應(yīng)減少。實(shí)際結(jié)果顯示，已開挖基坑圍護(hù)體變形的確在后開挖基坑影響下呈現(xiàn)向坑外側(cè)收斂的趨勢(shì)，且距離越近，收斂作用越明顯。

圖9 D基坑圍護(hù)體深層水平位移變化百分比曲線圖

6 結(jié)語

該工程包含多個(gè)基坑，位置相距較近，屬于典型坑靠坑基坑群，除結(jié)合工程地質(zhì)條件及環(huán)境條件合理設(shè)計(jì)圍護(hù)支撐方案之外，土方開挖工況安排尤為重要。通過對(duì)4個(gè)基坑開挖順序進(jìn)行調(diào)整，盡量避免了鄰邊基坑同時(shí)開挖時(shí)產(chǎn)生的顯著耦合效應(yīng)，后開挖基坑至少在先開挖基坑中樓板達(dá)到強(qiáng)度后再開挖。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證該工況設(shè)計(jì)的合理性，先開挖基坑在后開挖基坑土方開挖之時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受影響較微弱，達(dá)到保證各基坑安全穩(wěn)定目的。