楊宇松

上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080

伴隨著現(xiàn)代化城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下空間的利用與開發(fā)也呈現(xiàn)出多樣化和復(fù)雜化的特點[1-2]。

然而，僅采用單一式的支護(hù)結(jié)構(gòu)不足以滿足基坑工程施工對安全性、經(jīng)濟(jì)性以及工期等的需求，因此采用組合式的支護(hù)結(jié)構(gòu)，對不同的支護(hù)區(qū)域進(jìn)行區(qū)別對待，才是經(jīng)濟(jì)合理的選擇。

1 工程實例

1.1 工程概況

背景項目位于上海市浦東新區(qū)，市政海路（規(guī)劃）以東，勤奮路（規(guī)劃）以南，無名河以西，中港河以北所圍合的區(qū)域內(nèi)。擬建主體工程包括5幢高層住宅、1幢KT站、1幢PT站、1幢垃圾房、1幢門衛(wèi)、燃?xì)庹{(diào)壓站及整體1層地下車庫?；涌偯娣e約23 500 m2，周長約612 m，平面呈不規(guī)則矩形，基坑普遍開挖深度6.08 m?；又苓叚h(huán)境條件：東側(cè)、南側(cè)及西側(cè)均有河道；西側(cè)、北側(cè)均有規(guī)劃道路；用地紅線與基坑間距離很近，最小僅2.70 m。

1.2 工程地質(zhì)與水文概況

本場地地貌屬于上海地區(qū)五大地貌單元中的濱海平原地貌類型，基坑開挖范圍內(nèi)涉及的土層主要為①1素填土、②粉質(zhì)黏土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉性土、③2黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。

場地內(nèi)潛水穩(wěn)定水位埋深為0.91～2.50 m，設(shè)計時地下潛水位按最不利條件，選取埋深0.50 m考慮。承壓水處在⑦砂質(zhì)粉土中，屬第Ⅰ承壓含水層。

1.3 不良地質(zhì)概況

1）明、暗浜。場地西北地段分布1處明浜及1處暗浜。明浜呈T字形，河寬11 m左右，水深0.40～0.70 m，其下分布浜底淤泥，明浜西側(cè)以北填埋，下方分布浜填土。場地北浜填土，厚度0.60～1.70 m，流塑狀，富含有機(jī)質(zhì)，土質(zhì)極差。在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工時，需考慮其不利影響，宜采取加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)措施。

2）厚填土。場地西側(cè)樹林地段地勢較高，堆土需采取清運或視工況因地制宜采取相關(guān)工程措施。

3）淺層粉性土。場地淺層有③2黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土分布，在動水作用下易形成管涌、流砂現(xiàn)象，對基坑開挖有一定影響，需引起重視。

2 基坑總體設(shè)計方案

2.1 基坑特點分析

1）局部支護(hù)使用空間不足。地下室外墻與用地紅線局部位置最小間距僅為2.70 m，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)局部用地空間不足，使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型有一定的困難。

2）基坑防滲止水難度高。根據(jù)地勘報告相關(guān)內(nèi)容，場地內(nèi)分布有③2黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該土層透水性強(qiáng)，在動水作用下易形成管涌、流砂現(xiàn)象，因此確?；庸こ痰陌踩┕ぃ龊梅罎B止水難度大。

3）工程體量大，工期要求高。由于本工程體量大、工期緊，因而基坑的整體支護(hù)方案選型需要綜合考慮場地、工期等要求，以滿足各參建方的要求。

2.2 基坑支護(hù)方案設(shè)計

2.2.1 基坑支護(hù)方案選型

本工程基坑面積約23 500 m2，普遍開挖深度5.88 m，承臺和號房單體開挖深度6.08 m，環(huán)境保護(hù)要求三級，屬于較大規(guī)模的深基坑工程，因此需要選擇一種經(jīng)濟(jì)、適宜的基坑支護(hù)設(shè)計方案，以確?；庸こ贪踩樌麑嵤?，同時讓業(yè)主的投資最優(yōu)化、收益最大化。

1）放坡開挖是最為經(jīng)濟(jì)、便捷的基坑施工方法。放坡開挖工藝簡單、造價低、施工速度快，但由于基坑是敞開式開挖，所以需要有充足的施工場地與放坡空間。本工程用地紅線與基坑邊線之間的距離難以滿足基坑放坡開挖所需的場地空間要求。

2）水泥土重力式圍護(hù)墻是一種使用固化劑加固土體后，使得土體形成一定厚度和嵌固深度的無支撐重力式墻體，以承受墻后水、土壓力的擋土結(jié)構(gòu)。該支護(hù)結(jié)構(gòu)是依靠墻體自重、墻底摩阻力和墻前基坑開挖面以下土體的被動土壓力穩(wěn)定墻體，以滿足圍護(hù)墻的穩(wěn)定性和控制墻體變形等要求。水泥土重力式圍護(hù)墻變形控制能力一般，內(nèi)部可敞開式挖土，施工便捷，但需占用紅線內(nèi)一定寬度的場地空間，本基坑大部分區(qū)域可以采用該種支護(hù)形式。

3）復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)是由密布于土體中的土釘、土釘之間的被加固土體及黏附于土體表面的鋼筋混凝土面層組成，是一種具有一定自穩(wěn)性的擋土結(jié)構(gòu)。該支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠抵抗其后水、土及地面附加荷載等作用力，從而保持開挖面的穩(wěn)定。該支護(hù)結(jié)構(gòu)施工便捷，其經(jīng)濟(jì)性相比水泥土重力式圍護(hù)墻更具優(yōu)勢。但其使用受用地紅線的限制，空間條件往往較難以滿足。

4）土工法樁是將型鋼插入水泥土攪拌樁而形成的復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有較大的剛度和一定的止水性能。此外，型鋼可在基坑施工完成后再拔除，造價較為經(jīng)濟(jì)；型鋼布置還可根據(jù)基坑挖深及環(huán)境條件靈活選擇“插一跳一”“密插”等形式。在本基坑西側(cè)、南側(cè)空間不足區(qū)域采用土工法樁結(jié)合1道豎向鋼管斜撐的支護(hù)方式，并采用中心島式挖土，完全可以滿足本工程基坑的穩(wěn)定性及內(nèi)力變形控制要求。相比大面積設(shè)置水平支撐的方案，采用豎向斜撐方案將大大節(jié)省支撐材料用量，受力性能也更好，但對施工總包單位的施工水平和組織能力有較高要求。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求及上海地區(qū)工程經(jīng)驗，結(jié)合基坑周邊環(huán)境及用地紅線退界情況，并遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工”[3]的原則，本基坑工程總體采用明挖順作分區(qū)施工的方案，同時考慮到基坑的開挖深度、場地的周邊條件及環(huán)境保護(hù)要求等，本工程普遍采用水泥土重力式圍護(hù)墻作為基坑周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本形式，在東側(cè)、南側(cè)空間不足區(qū)域采用土工法樁圍護(hù)結(jié)合1道豎向鋼管斜撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。整個基坑按照“先深后淺”的開挖流程[4]，以減少基坑開挖過程中暴露的時間和空間，從而有效控制基坑變形以及保護(hù)周邊環(huán)境。

2.2.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)空間充足區(qū)域

由于基坑西側(cè)、南側(cè)局部以及東側(cè)局部的用地紅線與基坑邊線間距為5.7～6.9 m，該距離無法采用放坡開挖或復(fù)合土釘支護(hù)。而板樁結(jié)合斜拋撐支護(hù)體系施工流程煩瑣、工期長且造價高，因此結(jié)合實際情況，對本區(qū)域采用水泥土重力式圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)，并在墻體迎坑面插入H型鋼，同時在基坑周邊設(shè)置被動區(qū)墩式加固（圖1），以較好地控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、位移及整體穩(wěn)定性。

圖1 水泥土重力式圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)剖面布置

2.2.3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)空間不足區(qū)域

1）“椅子式”水泥土重力式圍護(hù)墻區(qū)域。由于基坑北側(cè)區(qū)域用地紅線與基坑邊線間距僅4.8 m左右，為確保基坑開挖安全，該區(qū)域采用“椅子式”水泥土重力式圍護(hù)墻，即圍護(hù)墻體迎坑面加打2排φ700 mm@500 mm雙軸水泥土攪拌樁，基底以上部分將在基坑開挖時挖除，并在墻體迎坑面插入H型鋼，同時在基坑周邊設(shè)置被動區(qū)墩式加固（圖2），以較好控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、位移及整體穩(wěn)定性。

2）水泥土重力式圍護(hù)墻套打“雙排樁”區(qū)域。由于基坑西側(cè)局部和西北角用地紅線與基坑邊線間距僅為3.8～4.2 m，為了確?；娱_挖的安全，在該局部區(qū)域采用重力壩內(nèi)套打φ700 mm@1 500 mm（2 000 mm）雙排灌注樁，并在樁頂間設(shè)置鋼筋混凝土連梁，形成一種復(fù)合空間門架式支護(hù)體系（圖3）。該多種組合式支護(hù)式結(jié)構(gòu)體系能有效提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體抗變形能力，從而有利于控制基坑的變形、位移及整體穩(wěn)定性，大大減小基坑開挖施工對周邊環(huán)境的影響。并且該多種組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)體系不需內(nèi)設(shè)支撐，施工方便，能有效縮短工期。

圖2 “椅子式”水泥土重力式圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)剖面布置

圖3 水泥土重力式圍護(hù)墻套打“雙排樁”支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面布置

3）土工法樁圍護(hù)區(qū)域。由于基坑南側(cè)局部和東側(cè)局部區(qū)域用地紅線與基坑邊線間距僅為2.7 m左右，為了確?；娱_挖的安全，在該局部區(qū)域采用工法樁結(jié)合1道豎向鋼管斜撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，基坑周邊設(shè)置被動區(qū)墩式加固。為有效控制圍護(hù)墻的變形和位移，施工過程中采用中心島式挖土方案，同時預(yù)留土坡，采用兩級放坡：一級坡坡度≤ 1∶1.5，二級坡坡度≤1∶2.0，坡間平臺寬度≤1.5 m，坡頂平臺寬度≤5.0 m。為了確保邊坡穩(wěn)定，需采取有效的護(hù)坡措施：坡面采用厚50 mm的C20混凝土面層結(jié)合φ6 mm@200 mm×200 mm的雙向鋼筋網(wǎng)護(hù)坡，并在開挖階段限制坡頂堆載（圖4）。

圖4 土工法樁支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面布置

3 環(huán)境影響數(shù)值分析

本工程通過Plaxis有限元軟件，結(jié)合基坑開挖施工工況選取了2個危險剖面：水泥土重力式圍護(hù)墻內(nèi)插型鋼鄰近道路位置和土工法樁結(jié)合1道豎向鋼管斜撐鄰近河道駁岸位置，分析了基坑開挖施工過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及對周邊環(huán)境影響的變化趨勢，以便及時采取有效的控制措施。

根據(jù)計算分析結(jié)果，當(dāng)基坑開挖至基底時，各危險剖面關(guān)鍵支護(hù)結(jié)構(gòu)、道路以及建（構(gòu)）筑物的位移情況如下：

1）水泥土重力式圍護(hù)墻內(nèi)插型鋼鄰近道路位置：圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移出現(xiàn)在基坑頂部位附近，為19.7 mm，基坑外規(guī)劃道路最大沉降3.6 mm。

2）土工法樁結(jié)合1道豎向鋼管斜撐鄰近河道駁岸位置：圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移出現(xiàn)在基坑底部位附近，為12.2 mm，基坑外河道駁岸最大沉降0.6 mm。

參照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DG/T J08-61—2018《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，各項位移值均滿足規(guī)范允許的變形控制值要求，進(jìn)一步表明本工程基坑圍護(hù)方案在基坑開挖過程中對支護(hù)結(jié)構(gòu)、道路以及基坑周邊建（構(gòu)）筑物的影響滿足安全性要求。

4 結(jié)語

對于開挖深度深、面積大以及周邊環(huán)境多樣的基坑工程，尤其是處于上海軟土地區(qū)的基坑工程[5]，需結(jié)合基坑各邊的周邊空間可利用條件、基坑挖深及土層地質(zhì)特性等因素，從基坑的安全性、技術(shù)的有效性、施工的可行性以及經(jīng)濟(jì)的合理性等多方面進(jìn)行綜合考慮，擇優(yōu)選用適宜于當(dāng)前基坑工程情況的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

本工程結(jié)合基坑的特點及周邊環(huán)境情況，對不同的區(qū)域分別采用了水泥土重力式圍護(hù)墻、“椅子式”水泥土重力式圍護(hù)墻、水泥土重力式圍護(hù)墻套打“雙排樁”支護(hù)結(jié)構(gòu)以及土工法樁支護(hù)結(jié)構(gòu)等多種組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，在保證了基坑開挖施工的安全性和保護(hù)了周邊環(huán)境的前提下，也滿足了業(yè)主方對于施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益及工期的需求，可為今后類似工程提供一定的參考經(jīng)驗和價值。