侯勝男，岳建勇，周 延

(1. 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司上海地下空間與工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011；2. 上?；庸こ汰h(huán)境安全控制工程技術(shù)研究中心，上海 200011)

0 引 言

隨著全民健身運(yùn)動(dòng)和體育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的蓬勃發(fā)展，市民對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的要求越來(lái)越高，體育健身意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，體育建筑與城市形成統(tǒng)一和諧的城市景觀，這就對(duì)一些體育建筑提出了更高的要求。目前大跨度、高層高的體育場(chǎng)館均采用深埋地下室的形式，而一些體育建筑基坑的周邊環(huán)境十分復(fù)雜，如既有場(chǎng)館、地鐵、保護(hù)建筑、高架等多因素復(fù)合，對(duì)于基坑設(shè)計(jì)是一個(gè)新挑戰(zhàn)，也是一個(gè)新機(jī)遇[1-3]。

鄰近地鐵、橋梁、保護(hù)建筑等敏感環(huán)境條件下的的深大基坑多采用分區(qū)施工方案[4-9]。殷一弘[10]對(duì)寧波綠地中心項(xiàng)目分區(qū)方案進(jìn)行了介紹，該項(xiàng)目西側(cè)鄰近地鐵，采用了“分區(qū)順作+板式支護(hù)+多道支撐”的支護(hù)體系方案，并在鄰近地鐵區(qū)域設(shè)置隔離樁、軸力自動(dòng)伺服應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)鋼支撐等，相比寧波類(lèi)似鄰近地鐵項(xiàng)目，該工程采取的分區(qū)措施有效保證了地鐵車(chē)站的正常運(yùn)營(yíng)。吳西臣等[11]基于“大坑化小、分區(qū)(段)設(shè)計(jì)、輕重結(jié)合、組合支護(hù)”等設(shè)計(jì)理念，對(duì)武漢地區(qū)長(zhǎng)江一級(jí)階地上深厚軟土層中某超大深基坑支護(hù)方案進(jìn)行了介紹，通過(guò)采用聯(lián)合支護(hù)、合理布置內(nèi)支撐等手段，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)合理、有效縮短施工時(shí)間的目的。劉傳平等[12]對(duì)上海某深大基坑工程分區(qū)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了介紹，該基坑形狀極不規(guī)則，施工過(guò)程中要求多個(gè)相鄰分區(qū)同步實(shí)施、交叉施工，通過(guò)選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案和對(duì)相鄰分區(qū)同步開(kāi)挖回筑交叉施工工況的設(shè)計(jì)控制，以及選擇合理的與各分區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連接措施，有效地保證了基坑及周邊環(huán)境的安全和基坑工程的順利實(shí)施，也保證了工程的經(jīng)濟(jì)合理性。

類(lèi)似基坑分區(qū)設(shè)計(jì)相關(guān)文章可參考文獻(xiàn)[13]～[25]，在此不做贅述。目前基坑分區(qū)相關(guān)文章主要集中于對(duì)分區(qū)方案的介紹，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析也主要集中于對(duì)地鐵隧道的沉降變形，缺乏對(duì)分區(qū)施工過(guò)程中周邊建(構(gòu))筑物及管線(xiàn)沉降及變形數(shù)據(jù)分析，對(duì)分區(qū)效果缺乏足夠的數(shù)據(jù)支撐。

上海作為典型軟土地質(zhì)發(fā)達(dá)城市，體育建筑的更新改造需求更具有代表性和前瞻性，本文依托上海市徐家匯體育公園基坑項(xiàng)目，詳細(xì)介紹了基坑分區(qū)思路、水平支撐及棧橋布置、臨時(shí)隔斷換撐等設(shè)計(jì)思路，對(duì)各分區(qū)開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)體、地鐵隧道、周邊建(構(gòu))物和管線(xiàn)等相關(guān)變形及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)今后類(lèi)似地區(qū)的體育建筑基坑建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

本基坑項(xiàng)目位于上海徐家匯地區(qū)零陵路、漕溪北路、中山南二路和天鑰橋路圍合區(qū)域，基坑總面積約55 000 m2，總延長(zhǎng)約2 270 m，包括新建體育綜合體和上海體育館改造新增地下室，整體作為一個(gè)基坑設(shè)計(jì)施工。地下室設(shè)置體育用房、地下車(chē)庫(kù)及下沉式廣場(chǎng)，其中地下室部分包括兩部分：上海體育館新增地下室和新建體育綜合體。上海體育館新增地下室為地下二層訓(xùn)練用房和西側(cè)地下一層環(huán)形通道，新建體育綜合體整體為一層地下室(北側(cè)為下沉式廣場(chǎng))，場(chǎng)地中部為二層地下室。本基坑開(kāi)挖深度差異較大，中部地下二層，開(kāi)挖深度12.3～12.8 m；外側(cè)地下一層，開(kāi)挖深度6.30～8.60 m。

2 周邊環(huán)境

該項(xiàng)目周邊環(huán)境異常復(fù)雜(圖1)，保護(hù)要求非常高?；幽蟼?cè)鄰近地鐵1號(hào)線(xiàn)申通上體館主變站及電纜隧道、中山南二路(內(nèi)環(huán)高架橋)；基坑?xùn)|側(cè)北部與上海游泳館既有地下室實(shí)現(xiàn)連通，對(duì)老的地下室進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)整體功能的提升；東南側(cè)緊鄰保留建筑武警用房，凈距僅3 m；北側(cè)新建半環(huán)形地下通道，連接零陵路既有地下一層車(chē)庫(kù)，緊鄰上海體育館，凈距僅3.4 m；北側(cè)鄰近地鐵11號(hào)線(xiàn)徐家匯至上海游泳館區(qū)間隧道，西側(cè)鄰近地鐵1號(hào)線(xiàn)區(qū)間隧道和漕溪北路高架路，均位于地鐵50 m保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)；南側(cè)緊鄰申通上體館主變站及電纜隧道，凈距僅7.0 m；基坑中間有一幢三層保留磚木建筑物小白樓，四周土體挖除，形成“孤島”，對(duì)于緊鄰保留建筑四面均卸載的情況，中國(guó)尚不多見(jiàn)。由此可見(jiàn)基坑周邊環(huán)境異常復(fù)雜，以上建構(gòu)筑物均是基坑施工階段需重點(diǎn)保護(hù)的對(duì)象，除此之外，基坑周邊的市政道路及煤氣、上水、下水、電力、信息市政管線(xiàn)亦是基坑施工階段需重點(diǎn)保護(hù)的對(duì)象。

圖1 基坑及周邊環(huán)境平面圖Fig.1 Plane View of Foundation Pit and Surrounding Environment

本工程所在地地質(zhì)條件復(fù)雜，場(chǎng)地填土厚度普遍較大，最厚處達(dá)2.5 m，場(chǎng)地淺層存在較厚的③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1層灰色淤泥質(zhì)黏土、④2-1層灰色粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，該3層土屬高壓縮性、高含水率、流塑的軟土，其土層物理力學(xué)指標(biāo)相對(duì)上海地區(qū)同類(lèi)土層較為接近，但物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)更差；該場(chǎng)地深部存在④2-2微承壓含水層，在圍護(hù)墻設(shè)計(jì)時(shí)考慮將該微承壓含水層隔斷。在擬建場(chǎng)地內(nèi)多處發(fā)現(xiàn)有①2層浜填土分布。場(chǎng)地土性指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

表1 建筑場(chǎng)地土層及參數(shù)Table 1 Soil Layers and Parameters of Construction Site

3 基坑分區(qū)設(shè)計(jì)策略

該項(xiàng)目基坑形狀非常不規(guī)則，基坑挖深差別較大，根據(jù)本工程的特點(diǎn)，基坑分區(qū)時(shí)應(yīng)考慮滿(mǎn)足項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)。盡量結(jié)合地下室功能分區(qū)確定，以確保相關(guān)地塊同步實(shí)施的可能性及相關(guān)功能區(qū)的完整性。

為減小基坑土方開(kāi)挖過(guò)程對(duì)運(yùn)營(yíng)中的地鐵1號(hào)線(xiàn)和11號(hào)線(xiàn)地鐵車(chē)站、區(qū)間隧道及申通上體館主變站和電纜隧道的不利影響，結(jié)合建筑設(shè)計(jì)方案和基坑開(kāi)挖深度，經(jīng)與地鐵管理部門(mén)匯報(bào)，施工順序采取“先深后淺”和“先一般區(qū)域后地鐵保護(hù)區(qū)域”的原則，將本工程分為7個(gè)區(qū)域，見(jiàn)圖2。

圖2 基坑分區(qū)平面布置Fig.2 Plane Layout of Partitioning of Foundation Pits

1區(qū)位于整個(gè)場(chǎng)地中間位置，為地下二層，遠(yuǎn)離地鐵區(qū)間隧道和車(chē)站出入口等附屬結(jié)構(gòu)，周邊環(huán)境較好，基坑面積約為22 961 m2；2區(qū)位于1區(qū)西側(cè)，地下二層，基坑面積約10 700 m2?？紤]到對(duì)地鐵隧道等敏感建(構(gòu))筑物的保護(hù)，3～7區(qū)地下室均為地下一層，其中5區(qū)和6區(qū)鄰近正在改造中的上海體育館和上海游泳館，3，4，7區(qū)分別鄰近正在運(yùn)營(yíng)的地鐵車(chē)站、隧道及附屬設(shè)施。

施工順序采取“先深后淺”和“先一般區(qū)域后地鐵保護(hù)區(qū)域”的原則，平面施工工況為：工況1，先施工1區(qū)基坑；工況2，待1區(qū)地下室頂板及結(jié)構(gòu)樓板缺失處換撐完成后，施工2區(qū)基坑；工況3，待2區(qū)地下室頂板及結(jié)構(gòu)樓板缺失處換撐完成后，即可同時(shí)施工5，6區(qū)；工況4，待5，6區(qū)地下室頂板及結(jié)構(gòu)樓板缺失處換撐完成后，最后施工鄰近地鐵的3，4，7區(qū)。

4 基坑實(shí)施對(duì)周邊環(huán)境的控制措施

4.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目根據(jù)基坑挖深及周邊環(huán)境條件的不同要求，采用多種支護(hù)體系相結(jié)合的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)原則?；颖眰?cè)鄰上海體育館、南側(cè)鄰申通地鐵上體館主變站和坑內(nèi)小白樓等環(huán)境較為敏感區(qū)域采用1 000 mm厚臨時(shí)地下連續(xù)墻作為圍護(hù)體；基坑北側(cè)上海體育場(chǎng)坡道區(qū)域(6區(qū))，基坑形狀狹長(zhǎng)，采用SMW工法樁作為圍護(hù)體；基坑其他區(qū)域采用剛度較大且布置更為靈活的直徑850～1 000 mm鉆孔灌注樁排樁結(jié)合外側(cè)三軸水泥土攪拌樁止水帷幕作為圍護(hù)體?；訃o(hù)體平面具體布置見(jiàn)圖3。

圖3 基坑圍護(hù)體平面布置Fig.3 Plane Layout of Support Structure of Foundation Pit

4.2 水平支撐及棧橋設(shè)計(jì)

基坑平面形狀較不規(guī)則，水平支撐結(jié)合各分區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，見(jiàn)圖4。1區(qū)采用2道鋼筋混凝土支撐，平面布置采用對(duì)撐、角撐結(jié)合邊桁架的形式。2區(qū)采用2道鋼筋混凝土支撐，支撐布置采用十字對(duì)撐，水平間距約為10 m，十字對(duì)撐具有較大剛度，能有效控制變形，滿(mǎn)足周?chē)Ｗo(hù)對(duì)象的變形控制要求。3區(qū)、4區(qū)、5區(qū)和7區(qū)支撐采用1道鋼筋混凝土十字對(duì)撐，水平間距為8～10 m。6區(qū)支撐采用2道鋼筋混凝土水平支撐，支撐水平間距為5～8 m，有效控制圍護(hù)體變形，加強(qiáng)對(duì)鄰近上海體育館的保護(hù)，第1道鋼筋混凝土支撐在結(jié)構(gòu)頂板澆筑完成后再拆除。

圖4 基坑支撐及棧橋分區(qū)平面布置Fig.4 Plane Layout of Foundation Pit Support and Trestle Partition

按照主體結(jié)構(gòu)形式，基坑分區(qū)回筑的先后順序、出土口位置、開(kāi)挖深度以及最終退場(chǎng)工況等綜合考慮后，針對(duì)1區(qū)、2區(qū)、5區(qū)、6區(qū)、7區(qū)進(jìn)行跨區(qū)棧橋設(shè)計(jì)。3區(qū)、4區(qū)不設(shè)置棧橋。該棧橋方案實(shí)現(xiàn)了不同分區(qū)回筑工況下場(chǎng)地的高效利用，提高了土方開(kāi)挖和結(jié)構(gòu)施工的效率，滿(mǎn)足了業(yè)主對(duì)工期的要求。

4.3 大面積頂板缺失區(qū)域臨時(shí)隔斷換撐設(shè)計(jì)

體育場(chǎng)館一般都具有跨度大、層高高的特點(diǎn)，因此本工程地下一層及一層區(qū)域絕大部分都是兩層通高，本基坑1區(qū)和2區(qū)的頂板大范圍缺失，這就要求基坑分區(qū)臨時(shí)隔斷換撐設(shè)計(jì)上既要考慮后做區(qū)域土方開(kāi)挖臨時(shí)階段傳力的要求，又要考慮在結(jié)構(gòu)回筑階段拆除臨時(shí)隔斷時(shí)的受力要求。

本項(xiàng)目在1區(qū)和2區(qū)臨時(shí)隔斷兩側(cè)設(shè)置換撐板帶，板帶頂標(biāo)高低于結(jié)構(gòu)板頂標(biāo)高200 mm，板帶范圍避開(kāi)主次梁設(shè)置，確保不影響永久結(jié)構(gòu)施工，同時(shí)滿(mǎn)足受力要求。在先施工的1區(qū)設(shè)置混凝土斜換撐，將2區(qū)第1道支撐的水平力傳遞到地下一層結(jié)構(gòu)，確保了2區(qū)基坑支護(hù)體系的受力要求，如圖5所示。

圖5 換撐剖面及平面(單位:mm)Fig.5 Plane and Section of Support Replacement (Unit:mm)

5 實(shí)施與監(jiān)測(cè)

本基坑面積大，開(kāi)挖深度深，周邊環(huán)境復(fù)雜，從1區(qū)正式開(kāi)挖到完成新建綜合體竣工驗(yàn)收，歷時(shí)近3年時(shí)間。本工程部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示，其中，CX1-7～CX7-7為圍護(hù)體測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)，SD1，SD2為坑外電纜隧道沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，M2～M22為基坑南側(cè)煤氣管線(xiàn)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，J1-3～J3-6為基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖6 部分基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置Fig.6 Plane Layout of Some Foundation Pit Monitoring Points

本工程1區(qū)先行施工。1區(qū)施工期間基坑南側(cè)鄰近中山南二路及東側(cè)鄰近東亞大廈區(qū)域圍護(hù)體側(cè)移如圖7所示，基坑施工期間東亞大廈沉降如圖8所示。1區(qū)第2道支撐施工完成后圍護(hù)體最大位移約20 mm，底板施工完成后圍護(hù)體最大位移約40 mm，第2道支撐施工完成至底板施工完成期間圍護(hù)體最大變形增加約20 mm；施工期間東亞大廈最大沉降變形約6 mm，差異沉降約1 mm；根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，施工期間圍護(hù)體及周邊建筑物變形均在控制范圍內(nèi)，有效地保證了周邊環(huán)境的安全。

圖7 1區(qū)圍護(hù)體側(cè)移Fig.7 Displacement of Envelop Enclosure of Partitioning 1

圖8 1區(qū)施工期間東亞大廈沉降Fig.8 Settlement of East Asian Building During Construction of Partitioning 1

待1區(qū)地下室頂板及結(jié)構(gòu)樓板缺失處換撐完成后，2區(qū)基坑開(kāi)始施工。2區(qū)施工期間圍護(hù)體側(cè)移如圖9所示，基坑施工期間小白樓沉降如圖10所示，體育館沉降如圖11所示。2區(qū)底板施工完成后圍護(hù)體最大位移約25 mm，第2皮土方開(kāi)挖完成至底板施工完成期間圍護(hù)體變形最大增加約15 mm；施工期間小白樓最大沉降變形約35 cm，差異沉降約10 cm；體育館最大沉降約8 mm，最大差異沉降約2 mm；施工期間圍護(hù)體及周邊建筑物變形均在控制范圍內(nèi)；考慮到小白樓位于2區(qū)基坑中部，位置特殊，圍護(hù)施工、基坑降水、土方開(kāi)挖等對(duì)其周邊土體擾動(dòng)較大，均會(huì)導(dǎo)致小白樓整體產(chǎn)生較大變形，整體而言小白樓沉降雖然較大，但差異沉降處于允許范圍內(nèi)，因此本工程采取措施有效地保證了小白樓的安全，對(duì)類(lèi)似工程具有重要參考意義。

圖9 2區(qū)圍護(hù)體側(cè)移Fig.9 Displacement of Envelop Enclosure of Partitioning 2

圖10 2區(qū)施工期間小白樓沉降Fig.10 Settlement of White Building During Construction of Partitioning 2

圖11 2區(qū)施工期間體育館沉降Fig.11 Settlement of Stadium During Construction of Partitioning 2

1，2區(qū)施工期間基坑南側(cè)煤氣管線(xiàn)沉降變形如圖12所示。從圖12可知：整個(gè)施工期間煤氣管線(xiàn)最大沉降約60 mm，1區(qū)施工期間煤氣管線(xiàn)沉降變化最大(約45 mm)，2區(qū)施工期間煤氣管線(xiàn)沉降變化較小(約15 mm)；M2～M15距離1區(qū)基坑較近，因此1區(qū)開(kāi)挖對(duì)其影響較大。

圖12 1區(qū)及2區(qū)施工期間煤氣管線(xiàn)沉降Fig.12 Settlement of Pipeline During Construction of Partitioning 1 and Partitioning 2

待1，2區(qū)施工完畢后，施工5，6區(qū)。5，6區(qū)施工期間圍護(hù)體側(cè)移如圖13所示。5區(qū)底板施工完成后，圍護(hù)體最大變形約20 mm；6區(qū)底板施工完成后圍護(hù)體最大變形約20 mm，圍護(hù)體變形均在控制范圍內(nèi)。比較圖13(a)，(b)可知，雖然5，6區(qū)挖深相近，且最大位移相同，但圍護(hù)體變形模式略有不同，原因在于5區(qū)圍護(hù)體采用鉆孔灌注樁，圍護(hù)體剛度較大，受力變形時(shí)同時(shí)發(fā)生繞頂端支撐點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)及圍護(hù)體撓曲；6區(qū)采用SMW工法樁，圍護(hù)體剛度較弱，圍護(hù)體受力變形時(shí)主要發(fā)生撓曲變形。

圖13 5區(qū)及6區(qū)圍護(hù)體側(cè)移Fig.13 Displacement of Envelop Enclosure of Partitioning 5 and Partitioning 6

待5，6區(qū)地下室頂板及結(jié)構(gòu)樓板缺失處換撐完成后，最后施工鄰近地鐵的3，4，7區(qū)。3，4，7區(qū)施工期間圍護(hù)體側(cè)移如圖14所示，可知圍護(hù)體變形均在控制范圍內(nèi)。3區(qū)底板施工完成后圍護(hù)體最大側(cè)移約10 mm；4區(qū)施工期間圍護(hù)體最大側(cè)移約10 mm，施工期間鄰近漕溪北路及地鐵1號(hào)線(xiàn)部分圍護(hù)體側(cè)移(CX4-6，CX4-9)明顯大于非鄰近(CX4-1)部分，說(shuō)明鄰近道路交通荷載對(duì)圍護(hù)體存在不利影響；7區(qū)施工期間圍護(hù)體最大位移約20 mm。從監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，CX7-7監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于該分區(qū)的中間位置，圍護(hù)體變形也較大，符合基坑卸荷的空間效應(yīng)。

圖14 3區(qū)、4區(qū)及7區(qū)圍護(hù)體側(cè)移Fig.14 Displacement of Envelop Enclosure of Partitioning 3, Partitioning 4 and Partitioning 7

基坑西南側(cè)電纜隧道靠近3，4區(qū)，施工期間電力隧道沉降如圖15所示。3區(qū)施工期間電纜隧道最大沉降約50 mm，底板施工完成前，電纜隧道沉降約40 mm，底板施工完成后電纜隧道沉降變化趨于穩(wěn)定；4區(qū)施工期間電纜隧道最大沉降約25 mm，底板施工完成前，電纜隧道沉降約20 mm，底板施工完成后電纜隧道沉降變化趨于穩(wěn)定。

圖15 施工期間電纜隧道沉降Fig.15 Settlement of Cable Tunnel During Construction

3區(qū)施工期間上體館主變站沉降結(jié)果如圖16所示。3區(qū)開(kāi)挖至底板施工完成，上體館主變站沉降增加約4 mm，差異沉降小于1 mm，本工程采取措施有效保證了施工期間上體館主變站的正常運(yùn)營(yíng)。

圖16 3區(qū)施工期間上體館主變站沉降Fig.16 Settlement of Substation During Partitioning 3 Construction

總體而言，3，4區(qū)施工期間上體館主變站和電纜隧道雖發(fā)生一定沉降變形，但變形均處在可控范圍內(nèi)，遠(yuǎn)小于上海申通地鐵對(duì)沉降控制的要求，確保了整個(gè)地鐵系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)。

6 結(jié) 語(yǔ)

上海徐家匯體育公園項(xiàng)目為復(fù)雜環(huán)境下的超大面積基坑，周邊圍繞著正在運(yùn)營(yíng)的地鐵1號(hào)線(xiàn)、4號(hào)線(xiàn)和11號(hào)線(xiàn)及地鐵車(chē)站出入口，同時(shí)鄰近既有體育場(chǎng)館、“孤島式”保留建筑、市政道路及高架橋等，保護(hù)要求非常高?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮基坑特點(diǎn)，結(jié)合建筑功能、基坑挖深和環(huán)境保護(hù)要求，采用“分區(qū)順作+板式支護(hù)+多道支撐+合理?yè)Q撐”的支護(hù)設(shè)計(jì)方案。為了減少大范圍土體卸載對(duì)周邊環(huán)境的影響，采用多項(xiàng)技術(shù)措施相結(jié)合。最終結(jié)果表明，本基坑開(kāi)挖引起的地鐵車(chē)站、隧道及建筑物的變形均得到了有效控制，解決了周邊環(huán)境影響問(wèn)題，為相關(guān)工程提供了有價(jià)值的參考借鑒。