（上海地下空間院有限公司（申元巖土），上海 200040）

1 引言

隨著上海城市地下空間的快速發(fā)展，大規(guī)模深基坑開挖對周邊建（構(gòu)）筑物的影響不容小視。深基坑開挖引起的周邊環(huán)境的附加變形必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足其安全性。深基坑的設(shè)計從以強度控制為主轉(zhuǎn)至以變形控制為主。

鄰近深基坑的地鐵作為極重要的建（構(gòu)）筑物之一，其保護(hù)作用是深基坑設(shè)計考慮的重中之重。在設(shè)計過程中若存在變化，則對深基坑設(shè)計方案帶來重大影響甚至是顛覆性影響，也對后期施工帶來重大變化。

因而，在深基坑設(shè)計過程中，除了關(guān)注地下室規(guī)模調(diào)整（深度、面積等調(diào)整）與地質(zhì)條件的變化（新探明的地下障礙物、暗浜、溶洞等）外，還要時刻關(guān)注周邊環(huán)境條件的變化。本文結(jié)合工程實例，根據(jù)深基坑周邊的地鐵保護(hù)要求變化，采用了針對性的設(shè)計方案調(diào)整。同時，在施工過程中提出對應(yīng)的施工保護(hù)措施，以保證工程的順利實施。

2 項目概況

2.1 建筑結(jié)構(gòu)概況

某商業(yè)辦公項目地上部分主要由高層辦公樓及裙樓構(gòu)成，地下部分為2層?；有螤畛蒐型，開挖面積約15000m，開挖深度10.7～11.4m，集水井局部落深1.5m，電梯井局部落深3m。

2.2 周邊環(huán)境概況

本基坑周邊環(huán)境情況如下：

①北側(cè)地下室外墻距離紅線約6.0m，紅線外為規(guī)劃道路；

②東側(cè)地下室外墻距離紅線大部分區(qū)域約6.0m，紅線外是寬約65m的市政主干道路，道路下有正在運行的軌道通過，紅線外道路下有大量的煤氣、信息、配水、供電等市政管線，距離地下室約5～30m 不等；

③南側(cè)地下室外墻距離紅線約6.0m，紅線外是寬約45m的市政道路，紅線外道路下有大量的信息、污水、供電、天然氣等市政管線，距離地下室最近約13m；

④西側(cè)地下室外墻距離紅線約6.0m，紅線外是寬約16m的市政道路，道路對面是在建項目，樁基礎(chǔ)，下設(shè)兩層地下室。

周邊環(huán)境概況可參見圖1。

2.3 地質(zhì)概況

本工程場地第②3砂質(zhì)粉土層厚較厚，基本分布在2m以下至1.5倍開挖深度范圍內(nèi)。該層滲透系數(shù)較大，容易引起管涌、流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象，施工時也容易引起樁基坍孔擴徑，風(fēng)險性較高。勘察期間測得鉆孔中地下潛水穩(wěn)定水位埋深約0.81～2.04m。場地土的工程地質(zhì)參數(shù)如表1所示(表中的c、值為勘察報告建議的直剪固快最小平均值)。

圖1 基坑周邊環(huán)境圖

場地土的工程地質(zhì)參數(shù) 表1

3 基坑設(shè)計

3.1 環(huán)境條件及設(shè)計要求的變化

基坑在設(shè)計過程中，周邊環(huán)境條件發(fā)生的主要變化在東側(cè)的地鐵情況。在基坑初步設(shè)計階段已有圖紙等資料顯示，擬建場地東側(cè)道路下有正在運行的軌道通過，地鐵隧道外邊距離地下室外墻最近約60m，在基坑4倍開挖深度范圍的影響線外（參上海市《基坑工程技術(shù)規(guī)范》），也在《上海市軌道交通安全保護(hù)區(qū)暫行管理規(guī)定》規(guī)定的地鐵保護(hù)線50m之外。

東側(cè)設(shè)計要求的變化 表2

在深化方案設(shè)計階段，根據(jù)現(xiàn)場實測及更新資料顯示，地鐵隧道外邊距離地下室外墻最近約40m，在上述的影響線及保護(hù)線之內(nèi)。因而設(shè)計方案除滿足基坑設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定外，還需滿足軌道交通的安全控制要求。基坑?xùn)|側(cè)環(huán)境變化引起設(shè)計要求的變化可參見表2。

2.2 基坑支護(hù)設(shè)計方案

2.2.1 基坑安全性評估階段設(shè)計方案概要

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是個系統(tǒng)工程，不僅要保證受力合理，而且要施工方便、工期節(jié)省。按照上海市標(biāo)準(zhǔn)，本工程基坑安全等級為二級，東側(cè)的環(huán)境保護(hù)等級由三級調(diào)整為二級。

從安全、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，結(jié)合施工工藝、施工周期等因素，基坑總體思路上采用鉆孔灌注樁擋土加三軸攪拌樁隔水的圍護(hù)體系和兩道支撐的支撐體系。鉆孔 灌 注 樁 Φ800～900， 間 距1000～1200，外側(cè)采用單排Φ850@600的三軸攪拌樁止水。支撐采用角撐加對撐的型式，支撐平面間距10m左右，圍檁截面 1200～1300x800（寬×高），支撐截面800～1000×800（寬×高）。

2.2.2 基坑深化設(shè)計方案的調(diào)整

由于周邊環(huán)境的條件變化，在深化設(shè)計階段，主要作了如下幾方面調(diào)整。

①圍護(hù)樁的樁徑樁長適當(dāng)放大。

以鄰近地鐵側(cè)普遍區(qū)域的剖面為例，原設(shè)計采用為Φ850@1050的鉆孔灌注樁，有效樁長19.25m，單排三軸攪拌樁隔水；后調(diào)整為Φ900@1100的鉆孔灌注樁，有效樁長增加了1.2m，三排三軸攪拌樁隔水。圍護(hù)剖面圖變化見圖2，圍護(hù)樁平面布置大樣圖變化見圖3，圍護(hù)剖面計算結(jié)果變化見圖4。

基坑圍護(hù)剖面的計算采用規(guī)范推薦的豎向彈性地基梁法，土的c、值均采用勘察報告提供的設(shè)計指標(biāo)，土壓力按水土分算原則取值，地面超載按實際情況考慮。從計算圖可以看出，調(diào)整后的基坑圍護(hù)變形計算值可減小約19.2%。

圖2 圍護(hù)剖面圖

圖3 圍護(hù)樁平面布置大樣圖

圖4 圍護(hù)剖面計算位移包絡(luò)圖

②增加了2排攪拌樁，鉆孔灌注樁套打在攪拌樁內(nèi)。具體布置可參見圖3。

一方面該調(diào)整可以加強隔水效果，減小基坑開挖階段的滲漏風(fēng)險。另一方面，該區(qū)域第②3層砂質(zhì)粉土層較厚，鉆孔灌注樁施工成孔時易塌孔、擴徑，先施工灌注樁容易導(dǎo)致后施工灌注樁無法成樁，而在攪拌樁內(nèi)套打鉆孔灌注樁可以避免塌孔、擴徑，提高了鉆孔灌注樁成樁穩(wěn)定性，也有利于提升圍護(hù)樁的成樁質(zhì)量，降低施工風(fēng)險。

③支撐由角撐加對撐的布置型式，改為了以對撐為主的布置型式，基坑支撐平面布置圖變化見圖5，第二道支撐平面計算位移圖變化見圖6。

圖5 基坑支撐平面布置

圖6 第二道支撐平面計算位移圖

支撐平面位移計算采用平面桿系有限元法，將圍護(hù)剖面在支撐點的計算軸力作為荷載施加在支撐四周的圍檁上。從計算結(jié)果可以看出，支撐的平面變形最大計算值從31.8mm到了23.4mm，減少了26.4%；一般區(qū)域的變形計算值減少了15～40%。

④鄰近地鐵側(cè)坑內(nèi)側(cè)原墩式加固調(diào)整為裙邊攪拌樁加固?？觾?nèi)加固攪拌樁大大改善了軟土的性能，能較好地控制開挖面附近的變形。大量的工程實例表明，板式圍護(hù)體系的最大變形通常發(fā)生在開挖面附近，當(dāng)開挖面附近的土質(zhì)軟弱時表明更為明顯。

因此，本基坑鄰近地鐵側(cè)采用裙邊加固。加固攪拌樁采用φ700@500兩軸攪拌樁加固，開挖面以下攪拌樁的水泥摻量取13%，開挖面以上至第二道支撐底取8%，以保證加固空攪土體的強度不低于原狀土。

根據(jù)相關(guān)研究，通過結(jié)合時空效應(yīng)法的坑內(nèi)加固合理應(yīng)用施工開挖基坑，基坑圍護(hù)變形可以減小30%～50%。

⑤為減小基坑開挖對地鐵的影響，減小了每個挖土分塊的面積，并要求每個分塊的施工周期縮短。原設(shè)計要求基坑開挖應(yīng)結(jié)合支撐布置及工期要求分成不小于4個大分區(qū)，后調(diào)整為不小于8個小分區(qū)，且鄰近地鐵側(cè)再進(jìn)一步細(xì)分。每塊沿圍護(hù)邊的暴露邊長原要求不大于60m，后調(diào)整為不大于50m，地鐵側(cè)不大于30m。

根據(jù)相關(guān)研究，應(yīng)用時空效應(yīng)法，合理進(jìn)行挖土分塊及安排挖土流程，可以減小基坑變形30%～50%。

3 基坑施工措施及監(jiān)測成果分析

3.1 施工階段碰到的主要問題

盡量在設(shè)計階段已對該項目進(jìn)行了全面的控制，但施工中仍出現(xiàn)了不少難以預(yù)料的情況：

①地下障礙物過多，嚴(yán)重影響了圍護(hù)樁及工程樁的施工質(zhì)量與進(jìn)度，甚至影響了周邊管線的沉降，除勘察報告提出的不良地質(zhì)現(xiàn)象外，實際施工過程碰到的地下障礙物多于已探測及了解的障礙物；

②由于現(xiàn)場施工工作面等因素，挖土與支撐及大底板施工的工序銜接局部存在一定的不連貫性，與擬定的挖土分塊及施工流程存在一定的施工誤差，因而一定程度上影響了基坑的變形；

③基坑開挖過程中遇到雨水較多時期、局部區(qū)域降水效果欠佳的情況，導(dǎo)致粉砂層在挖土、運土環(huán)節(jié)存在諸多困難，延誤了一定的工程進(jìn)度，也一定程度上影響了基坑的變形。

3.2 施工問題解決方案

基于以上幾個主要問題，設(shè)計方及時協(xié)同各方解決，盡可能地減少基坑對周邊環(huán)境的影響。

①在上述清障原則下深化地下障礙物處理方案，根據(jù)不同清障深度提出不同的保護(hù)要求。早期局部區(qū)域清障處理不到位時，周邊管線出現(xiàn)了明顯的沉降，個別點沉降超過12mm；加固處理后清除地下障礙物對周邊管線的影響基本在5mm以內(nèi)。

②根據(jù)現(xiàn)場的施工場地及進(jìn)度安排，及時調(diào)整挖土分塊與流程。在保證工期的前提下盡可能采用時空效應(yīng)法合理分塊挖土，并限時進(jìn)行支撐施工。

③及時補充井點降水進(jìn)行土體疏干，確保后續(xù)挖土、支撐或結(jié)構(gòu)施工等工序的有序進(jìn)行。

同時，根據(jù)上述情況導(dǎo)致的問題，本工程結(jié)合主體結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度，采用支撐分段拆除技術(shù)，以縮短工期，減小基坑的蠕變變形。

3.3 基坑監(jiān)測成果分析

根據(jù)最終監(jiān)測結(jié)果，除個別點外，圍護(hù)樁測斜孔最大水平變形基本在30～60mm之間，圍護(hù)樁樁頂最大沉降在10mm以內(nèi)，圍護(hù)樁樁頂水平位移在10～20mm之間；周邊管線及地表沉降基本20～50mm之間，基坑立柱樁頂回彈基本在15～40mm之間；第一道支撐軸力基本在3000～6500kN之間，第二道支撐軸力基本在3000～8000kN之間。考慮到基坑開挖前清障影響，施工現(xiàn)場過程中的諸多困難對基坑及周邊管線的影響，該監(jiān)測結(jié)果基本令人滿意。

地表沉降監(jiān)測終值 表3

本次設(shè)計重點保護(hù)的東側(cè)地鐵，最終附加變形在5mm以內(nèi)，達(dá)到了設(shè)計預(yù)設(shè)的效果。東側(cè)典型監(jiān)測點為：測斜孔P05與P07位移變化曲線見圖7，信息管線沉降變化曲線（距離基坑約23m）見圖8。東側(cè)地表沉降監(jiān)測點DB2-i和DB 3-i（i=1～5）最終沉降值見表3。監(jiān)測點位置可參見環(huán)境總圖。

圖7 測斜孔位移變化曲線圖

圖8 信息管線沉降變化曲線圖

4 結(jié)論

本項目基坑規(guī)模較大，基于地鐵保護(hù)給設(shè)計和施工帶來了挑戰(zhàn)。該基坑工程成功的實施可作為類型項目的參考。

①基坑設(shè)計施工前應(yīng)充分調(diào)查周邊環(huán)境條件，尤其是地鐵的保護(hù)距離及具體保護(hù)要求等。本工程在設(shè)計過程中，充分調(diào)查了解相關(guān)資料，根據(jù)環(huán)境變化確定了相應(yīng)的設(shè)計變形控制標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的保護(hù)措施。這成為了設(shè)計選型及施工組織的重要依據(jù)。

②根據(jù)地鐵的保護(hù)要求變化進(jìn)行合理的設(shè)計調(diào)整是控制基坑變形及周邊保護(hù)對象沉降的關(guān)鍵。在環(huán)境保護(hù)要求提高之后，設(shè)計常采取的措施：加強圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用剛度大、整體性好支撐體系，設(shè)置可靠的止水帷幕，增設(shè)坑內(nèi)加固，合理安排施工流程，必要時分期施工等。

③良好的施工組織可確?；影踩焖俚膶嵤?yīng)對各種不良地質(zhì)現(xiàn)象充分預(yù)估，并采取相應(yīng)的施工措施。在基坑開挖前應(yīng)重點突出施工質(zhì)量、基坑開挖期間應(yīng)重點突出施工速度，保證基坑工程有序進(jìn)行?；娱_挖應(yīng)根據(jù)飽和軟土的流變特點，結(jié)合時空效應(yīng)原理，分層、分塊、限時開挖。應(yīng)有完善且具有針對性的應(yīng)急預(yù)案，在基坑出現(xiàn)異常情況能作出快速反應(yīng)。

④重視信息化施工。本工程監(jiān)測較準(zhǔn)確，對基坑施工情況給出了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為地鐵保護(hù)提供了良好的數(shù)據(jù)支撐，并為設(shè)計及施工提供了良好的參考。