田全紅

上海市建工設(shè)計(jì)研究總院有限公司 上海 200235

隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速的發(fā)展，城市更新建設(shè)的步伐也隨之加快。焦騫歐[1]對(duì)天津地區(qū)緊鄰既有地鐵車站的深基坑開挖工程進(jìn)行了總結(jié)，并提出了應(yīng)急措施。徐騰飛[2]對(duì)緊鄰南昌地鐵線的深基坑工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)量化，并且對(duì)各影響因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。宋曉鳳等[3]以北京某深基坑為背景，對(duì)相互位置關(guān)系、結(jié)構(gòu)圍護(hù)形式等進(jìn)行研究。李明等[4]利用有限元軟件研究深基坑開挖在不同施工工序和支護(hù)形式等參數(shù)下對(duì)高架橋墩的影響。孫明祥[5]結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)深基坑周邊的建筑物、地下水等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得出基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境影響較小。田衛(wèi)明等[6]針對(duì)不同圍護(hù)形式的基坑開挖對(duì)鄰近地鐵車站結(jié)構(gòu)的印象程度進(jìn)行比較，均滿足設(shè)計(jì)要求。筆者以上海虹口區(qū)某鄰近地鐵的深基坑為例，對(duì)其基坑開挖對(duì)鄰近地鐵高架橋墩的影響進(jìn)行了計(jì)算，分析設(shè)計(jì)方案的可行性及安全性，以指導(dǎo)工程的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工及滿足工程的實(shí)施要求。

1 工程概況

背景項(xiàng)目位于上海市虹口區(qū)江灣鎮(zhèn)，用地范圍東至軌交3號(hào)線，西至三觀堂、南至萬安路、北至仁德路（圖1）。該項(xiàng)目包括1幢13層辦公塔樓和5層商業(yè)裙房，1幢4～5層商業(yè)樓，及地下3層汽車庫。

圖1 周邊環(huán)境示意

建筑±0 m相當(dāng)于絕對(duì)高程＋4.60 m，平整后場(chǎng)地地面標(biāo)高－0.70 m，基坑形狀呈規(guī)則多邊形，基坑開挖面積約7 630 m2，周長(zhǎng)約360 m（東西向長(zhǎng)86.6 m，南北向長(zhǎng)116.0 m）。地下車庫區(qū)域基坑開挖深度15.9 m，基坑內(nèi)集水井、電梯井局部落深1.5、3.0 m。因基坑大面積開挖深度為15.9 m，根據(jù)上海市地方標(biāo)準(zhǔn)，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。

2 地質(zhì)條件及周邊環(huán)境

2.1 土層分布情況

擬建場(chǎng)地原為工業(yè)廠房，后改為輕紡市場(chǎng)，勘察外業(yè)進(jìn)場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，淺部填土存在較多混凝土地坪、基礎(chǔ)承臺(tái)和塊石等障礙物。擬建場(chǎng)地地勢(shì)較平坦，勘察期間測(cè)得的場(chǎng)地地面高程一般為3.58～4.23 m；平均高程為3.95 m。

本工程基坑開挖深度范圍內(nèi)涉及①雜填土、②1粉質(zhì)黏土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③2黏質(zhì)粉土、④灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤1層黏土、⑤2層砂質(zhì)粉土、⑤3層粉質(zhì)黏土、⑧1層粉質(zhì)黏土等土層，如基坑坑底主要位于④層。

2.2 地下水分布情況

上海淺部潛水位埋深一般為0.3～1.5 m，年平均地下水位埋深0.5～0.7 m。建議本場(chǎng)地高水位埋深可采用0.50 m，低水位埋深可采用1.50 m。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可根據(jù)安全需要選擇相應(yīng)的水位值。

場(chǎng)地內(nèi)微承壓水賦存于⑤2層，該層夾較多薄層粉砂，滲透性相對(duì)較好，水平滲透系數(shù)一般為2.03×10-4cm/s，屬中等透水層，水位埋深為地面下3.45～4.11 m。承壓水主要含水層為⑨1粉砂，為上海市第二承壓含水層，屬良好含水層，富水性好，滲透性好，水位埋深的變化幅度一般在3.0～11.0 m。

2.3 周邊環(huán)境概況

本項(xiàng)目基坑?xùn)|側(cè)鄰近軌交3號(hào)線大柏樹站—江灣鎮(zhèn)站區(qū)間高架橋墩、淞滬鐵路鐵軌路基?；娱_挖邊線距建筑用地紅線最近6.7 m，距鐵路鐵軌邊線最近11.1 m，位于1倍基坑挖深范圍以內(nèi)。

基坑開挖邊線距軌交3號(hào)線高架橋墩基礎(chǔ)邊線最近18.0 m，位于兩倍基坑挖深范圍以內(nèi)，處于地鐵30 m保護(hù)區(qū)范圍以內(nèi)，高架橋墩基礎(chǔ)形式為樁基＋承臺(tái)，φ800 mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)47.0～55.5 m。

3 基坑圍護(hù)方案

3.1 圍護(hù)方案的總體思路

圍護(hù)墻采用地下連續(xù)墻擋土兼止水的結(jié)構(gòu)形式，鄰近軌交側(cè)的墻厚1 000 mm，其他側(cè)的墻厚800 mm?？紤]到本項(xiàng)目周邊環(huán)境較復(fù)雜，為了減小基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，同時(shí)保證成墻質(zhì)量，地下連續(xù)墻施工前采取槽壁加固措施，采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁加固處理，坑外套打施工，坑內(nèi)搭接施工。鄰近地鐵側(cè)的典型剖面如圖2所示。

3.2 基坑開挖施工工序

為了減小基坑開挖對(duì)周邊地鐵的不利影響，考慮到基坑開挖的時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)，將本工程基坑分為2個(gè)區(qū)先后施工（圖3）。先進(jìn)行1區(qū)開挖施工，待1區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工出±0 m后，施工2區(qū)。具體施工工序如下：

圖2 鄰近軌交側(cè)典型剖面

圖3 基坑分區(qū)示意

1）施工準(zhǔn)備、機(jī)械進(jìn)場(chǎng)、場(chǎng)地內(nèi)障礙物處理。

2）三軸攪拌樁槽壁加固，導(dǎo)墻、地下連續(xù)墻、高壓旋噴樁、立柱樁施工，養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，管井施工降水。

3）第1層土方開挖至－2.55 m，施工圈梁及第1道支撐并養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開挖第2層土方。

4）第2層土方開挖至－7.90 m，施工腰梁及第2道支撐并養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開挖第3層土方。

5）第3層土方開挖至－12.90 m，施工腰梁及第3道支撐并養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開挖第4層土方。

6）第4層土方開挖至基底、施工墊層、底板及傳力帶并養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，方可拆除第3道支撐（集水井、電梯井等落深區(qū)必須在大底板墊層施工結(jié)束，并且養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后才能開挖土方并進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工）。

4 基坑開挖對(duì)既有地鐵車站的影響分析

4.1 數(shù)值模型建立

綜合考慮分析問題的合理性和計(jì)算速度，采取二維平面應(yīng)變有限元模型進(jìn)行分析。

基坑圍護(hù)分析過程中，針對(duì)不同分析對(duì)象采用不同的單元類型和本構(gòu)關(guān)系，具體如表1所示，分析模型的豎向底部采用全自由度約束，側(cè)面采用法向約束。由于基坑周邊行走挖土車輛，數(shù)值模擬過程中采用均布面荷載來模擬基坑周邊超載，超載為20 kPa。

4.2 結(jié)果分析

有限元分析結(jié)果顯示，基坑圍護(hù)墻側(cè)向變形值22.6 mm，引起的地面沉降為11.5 mm，根據(jù)上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DG/T J08-61—2010《基坑工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移的限值為30 mm，地面沉降限值為25 mm，基坑開挖安全性得到了保證。由于基坑開挖引起的軌交高架橋橋墩水平與豎向變形均在10 mm以內(nèi)，整體最大傾斜在0.4%以內(nèi)，給軌交高架橋帶來的影響較小，在可控范圍內(nèi)，保證了基坑開挖期間軌交的正常運(yùn)營[6]。

表1 分析單元類型與本構(gòu)模型

5 結(jié)語

以上海虹口區(qū)某鄰近既有地鐵高架橋墩的深基坑為背景，借助通用有限元分析軟件，建立了二維基坑開挖數(shù)值模型，對(duì)深基坑開挖造成的鄰近敏感性構(gòu)筑物的變形進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下：

1）深基坑開挖隨著坑內(nèi)土的卸載，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向水平位移沿著頂部往下，逐漸增大，直到達(dá)到最大水平位移，呈現(xiàn)出“大肚子”形狀。

2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移最大變形值為22.6 mm，最大變形發(fā)生在坑底以上附近；地面沉降為11.5 mm，均滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

3）基坑開挖引起高架橋墩基礎(chǔ)的水平位移為8 mm，豎向沉降為2.4 mm，均滿足地鐵控制限值10 mm要求；橋墩樁基礎(chǔ)最大整體傾斜為0.02%，滿足地鐵控制限值0.4%的要求。

4）本工程利用數(shù)值分析結(jié)果作依托，與基坑施工期間的軌道交通監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)比，計(jì)算數(shù)值大于監(jiān)測(cè)數(shù)值，滿足軌道交通運(yùn)營變形控制要求。綜上所述，本工程技術(shù)方案安全可行，選用計(jì)算模型與實(shí)際工程相符合，為今后類似工程提供案例支撐。