姜 捷

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

隨著城市建筑開發(fā)建設(shè)和軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多的大型建筑地下空間采取了與鄰近地鐵對(duì)接的開發(fā)方式，對(duì)于鄰近地鐵的大型基坑，往往采用分坑、分階段施工方法，并會(huì)根據(jù)各分坑的環(huán)境保護(hù)等級(jí)，采取不同的支護(hù)加固方式。本文以上海臨港新城滴水湖站交通樞紐工程（含配套地下空間）為背景工程，通過對(duì)各分區(qū)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)上海臨港地區(qū)的沖填土和軟土等不良地質(zhì)條件下的基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工控制措施進(jìn)行分析并提出建議，以期為臨港地區(qū)的類似工程提供參考[1]。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

本工程位于中國（上海）自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)臨港新片區(qū)，工程?hào)|側(cè)為滴水湖和環(huán)湖北（西）一路，西側(cè)為環(huán)湖西二路，南北側(cè)分別為臨港大道南路和北路，中心環(huán)繞上海軌交16號(hào)線滴水湖站呈對(duì)稱布置。工程占地面積為73 000 m2，總建筑面積為75 000 m2。地下部分主體建筑為地下2層，局部1層，包括交通樞紐地下配套空間和下沉式廣場(chǎng)（圖1）。

圖1 工程周邊情況

1.2 工程地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地貌單元屬長江三角洲入海口東南前緣的潮坪地貌類型，地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，場(chǎng)地內(nèi)地基土層從上至下依次為：①填土、②3砂質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1黏土、⑤3粉質(zhì)黏土、⑤4粉質(zhì)黏土、⑦1砂質(zhì)粉土、⑦2粉砂。

本工程基坑開挖深度范圍主要為②3層砂質(zhì)粉土，該層土質(zhì)中等壓縮性，搖振反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度、韌性低，土質(zhì)不均，土體穩(wěn)定性較差[2]。本場(chǎng)地地下水主要由潛水含水層和⑦層第一承壓含水層組成，經(jīng)基坑底部抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算，臨界開挖深度大于基坑最大開挖深度，所以不考慮降承壓水。

2 基坑概況

本工程基坑長約360 m，寬196 m，周長共1 060 m，基坑總面積約為61 000 m2，最大開挖深度11.55 m，總土方量約為690 000 m3。本工程屬于超大面積深基坑，采用分坑順作施工，整個(gè)基坑分4個(gè)區(qū)域，共7個(gè)基坑（圖2）。Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，Ⅳ區(qū)基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。

圖2 基坑分區(qū)示意

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚600 mm地下連續(xù)墻，墻深25 m，局部鄰近集水坑處的地下連續(xù)墻深度為27 m，靠軌交16號(hào)線滴水湖站側(cè)利用原車站圍護(hù)厚800 mm地下連續(xù)墻，墻深33 m。地下連續(xù)墻墻趾普遍入⑤1層黏土4 m，平均插入比1.18，接頭形式為柔性接頭，并采取墻底注漿工藝。地下連續(xù)墻槽壁加固采用φ650 mm三軸水泥土攪拌樁，加固深度為17.5 m。

基坑沿地鐵車站外側(cè)地下連續(xù)墻側(cè)設(shè)置φ850 mm三軸水泥攪拌樁裙邊加固，寬8.05 m，深度為坑底下4.00 m，水泥摻量20%。Ⅰ區(qū)基坑內(nèi)設(shè)置了φ700 mm雙軸水泥攪拌樁裙邊加固和抽條加固，寬度分別為4.00 m和4.20 m，深度為坑底以下4.00 m，抽條間距10.00 m，水泥摻量14%。Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)基坑設(shè)置了雙軸水泥土攪拌樁墩式加固（圖3）。

圖3 圍護(hù)及加固平面布置

支撐采用2道鋼筋混凝土支撐，第1道900 mm×800 mm，第2道1 200 mm×800 mm，棧橋板厚300 mm（圖4）。

圖4 Ⅰ區(qū)圍護(hù)剖面

3 基坑開挖

為保證已建地鐵車站結(jié)構(gòu)安全，本基坑采用分區(qū)對(duì)稱開挖的施工原則，總體流程為：Ⅰ-1和Ⅰ-2區(qū)基坑先同步對(duì)稱開挖，待Ⅰ區(qū)地下結(jié)構(gòu)完成后，Ⅱ區(qū)、Ⅲ-1區(qū)和Ⅲ-2區(qū)基坑同步對(duì)稱開挖，待Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)地下結(jié)構(gòu)完成后，Ⅳ-1區(qū)和Ⅳ-2區(qū)基坑同步對(duì)稱開挖，直至Ⅳ區(qū)地下結(jié)構(gòu)完成。

基坑開挖時(shí)嚴(yán)格遵循“分層、分塊、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”的原則，Ⅰ區(qū)和Ⅳ區(qū)因基坑形狀狹長采用分段開挖，共分7段，從中間向兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行，最后第3層土方按底板膨脹加強(qiáng)帶分3段，先兩端后中間進(jìn)行；Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)采用盆式開挖，由基坑中部開始，逐步形成對(duì)撐、桁架邊撐和角撐，最后第3層土方根據(jù)底板分區(qū)，挖土從基坑周邊向棧橋位置先遠(yuǎn)后近進(jìn)行。

4 基坑監(jiān)測(cè)分析

根據(jù)本工程的基坑安全等級(jí)，確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要為圍護(hù)墻頂部水平及豎向位移、圍護(hù)墻深層水平位移（測(cè)斜）、地下水水位、支撐內(nèi)力、立柱樁豎向位移，地表豎向位移、鄰近建筑物豎向位移和地下管線豎向位移，主要報(bào)警值見表1，另外，支撐內(nèi)力的報(bào)警值為大于等于設(shè)計(jì)值的80%。因基坑各區(qū)呈對(duì)稱分布，故選取各分區(qū)具有代表性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖5所示。

圖5 各分區(qū)基坑選用監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意

表1 基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值

對(duì)于地鐵車站的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和報(bào)警值主要為地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對(duì)沉降量及水平位移量≤20 mm、隧道變形曲線和曲率半徑≥15 000 m，相對(duì)彎曲≤1/2 500，由于周邊施工因素（降水、注漿等）而引起的地鐵隧道外壁附加荷載≤20 kPa[3]。

4.1 圍護(hù)墻深層水平位移（測(cè)斜）

因基坑各區(qū)呈對(duì)稱分布，故選取各區(qū)具有代表性的測(cè)斜點(diǎn)，具體如表2所示。

表2 各分區(qū)基坑選用監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)選取點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，Ⅰ-2區(qū)中發(fā)生最大側(cè)向位移的為測(cè)斜點(diǎn)CX15，該點(diǎn)位于圍護(hù)體中部，最大側(cè)向位移38.13 mm，深度在距坑底0.5 m處，變形曲線呈魚腹式；Ⅱ區(qū)中發(fā)生最大側(cè)向位移的為測(cè)斜點(diǎn)CX22、CX31，兩點(diǎn)對(duì)稱分布于弧形圍護(hù)體端部，最大側(cè)向位移97.66 mm，深度在坑底下4.0 m處；Ⅲ-2區(qū)中發(fā)生最大側(cè)向位移的為測(cè)斜點(diǎn)CX42，該點(diǎn)位于近地鐵站圍護(hù)部位，該部位基坑圍護(hù)體在開挖至第3層土方時(shí)，曾發(fā)生過應(yīng)急搶險(xiǎn)處理，最大側(cè)向位移107.49 mm，深度在坑底下4.0 m處；Ⅳ-2區(qū)中發(fā)生最大側(cè)向位移的為測(cè)斜點(diǎn)CX49，該點(diǎn)位于圍護(hù)體西側(cè)，最大側(cè)向位移95.64 mm，深度在坑底下4.0 m處。

4.2 圍護(hù)墻頂部水平及豎向位移

根據(jù)選取點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，圍護(hù)墻頂部水平及豎向位移值均在25 mm以內(nèi)，屬正常變形，具體數(shù)據(jù)如表3所示。各區(qū)圍護(hù)墻頂部水平位移累計(jì)量相當(dāng)，均在5 mm以內(nèi)。各區(qū)圍護(hù)墻頂部垂直位移（沉降）累計(jì)量有差異，Ⅰ-2區(qū)在5.00 mm左右；Ⅱ、Ⅳ區(qū)在10.00 mm以內(nèi)；Ⅲ-2區(qū)普遍超過10.00 mm，其中WY42點(diǎn)處發(fā)生過基坑圍護(hù)應(yīng)急搶險(xiǎn)處置，累計(jì)沉降量最大為19.74 mm。

表3 圍護(hù)墻頂部水平及豎向位移累計(jì)量

4.3 支撐軸力監(jiān)測(cè)

選取圍護(hù)測(cè)斜變形最大的Ⅲ-2區(qū)內(nèi)ZL21、ZL22、ZL24軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖6為第1、第2道支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)程曲線，支撐軸力設(shè)計(jì)值第1道支撐為5 000 kN，第2道支撐為7 500 kN。

圖6 支撐軸力曲線

Ⅲ-2區(qū)基坑開挖過程中，角撐處ZL21第1道支撐由614 kN逐步增大，當(dāng)挖至第2層土方標(biāo)高而第2道支撐尚未形成時(shí)達(dá)到最高值1 607 kN，后續(xù)穩(wěn)定在1 400 kN左右，ZL21第2道支撐從第3層土方開挖起至坑底標(biāo)高，由1 383 kN迅速增大至4 146 kN，底板完成后穩(wěn)定在4 300 kN左右。

對(duì)撐處ZL22第1道支撐由806 kN逐步增大，當(dāng)挖至第2層土方標(biāo)高而第2道支撐尚未形成時(shí)達(dá)到最高值2 744 kN，后續(xù)逐步減少至1 229 kN，ZL22第2道支撐從第3層土方開挖起至坑底標(biāo)高，由764 kN迅速增大至3 923 kN，至底板完成后穩(wěn)定在4 100 kN左右。

桁架邊撐處ZL24第1道支撐由940 kN逐步增大，當(dāng)挖至第2層土方標(biāo)高而第2道支撐尚未形成時(shí)達(dá)到1 634 kN，在附近圍護(hù)應(yīng)急處置期間達(dá)到最高值2 190 kN，后續(xù)逐步下降并穩(wěn)定在1 100 kN左右，ZL24第2道支撐從第3層土方開挖起至坑底標(biāo)高，由2 073 kN迅速增大至3 041 kN，隨后附近圍護(hù)發(fā)生測(cè)斜報(bào)警，軸力值迅速下降至1 550 kN左右，應(yīng)急搶險(xiǎn)處置完成后恢復(fù)到2 670 kN并保持穩(wěn)定。

4.4 坑外地下水水位監(jiān)測(cè)

圖7為坑外水位時(shí)程曲線，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示各孔水位在第3層土方開挖前基本穩(wěn)定，第3層土方開挖期間，Ⅱ區(qū)SW7和SW10監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別在7月28日和8月1日發(fā)生驟降超出報(bào)警值，主要是監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近的圍護(hù)體出現(xiàn)滲漏造成的，經(jīng)封堵處理后水位回升至合理水平；Ⅲ-2區(qū)SW15監(jiān)測(cè)點(diǎn)在7月19日出現(xiàn)水位驟降超出報(bào)警值，至8月1日達(dá)到－317.9 cm，之后逐步回升穩(wěn)定，主要是監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近基坑第3層土方開挖時(shí)圍護(hù)體側(cè)向變形突變報(bào)警，并出現(xiàn)明顯滲漏，作為應(yīng)急搶險(xiǎn)處理措施之一，對(duì)坑外增加了降水處理。

圖7 坑外地下水位曲線

4.5 地鐵車站變形監(jiān)測(cè)

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，Ⅰ區(qū)基坑結(jié)構(gòu)施工期間，地鐵車站結(jié)構(gòu)最大沉降量為－9.28 mm；Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)基坑同時(shí)開挖對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)影響較為明顯，最大沉降量為－15.11 mm；Ⅳ區(qū)基坑施工至地下結(jié)構(gòu)完成，地鐵車站變形趨于穩(wěn)定，最終車站最大隆起量為13.00 mm。各項(xiàng)變形監(jiān)測(cè)指標(biāo)均在可控范圍內(nèi)[4]。

5 結(jié)論與建議

通過對(duì)各基坑分區(qū)施工監(jiān)測(cè)分析，得出如下結(jié)論與建議：

1）Ⅰ區(qū)和Ⅳ區(qū)基坑形狀均為狹長形，圍護(hù)支撐形式相同，區(qū)別在于被動(dòng)區(qū)土體加固形式，Ⅰ區(qū)采用裙邊加固和抽條加固，整個(gè)基坑挖土期間各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變形速率和累計(jì)值均在控制值以內(nèi)，而Ⅳ區(qū)采用墩式加固，基坑挖土期間圍護(hù)變形較大，特別在第3層土方施工中深層水平位移速率和累計(jì)值均明顯增大，出現(xiàn)報(bào)警和局部搶險(xiǎn)情況，直至底板完成才趨于穩(wěn)定。建議本地區(qū)對(duì)于狹長形狀基坑采用類似Ⅰ區(qū)的加固形式。

2）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)被動(dòng)區(qū)土體加固均僅采用了墩式加固，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在基坑第3層土方開挖期間圍護(hù)體均發(fā)生了較大變形，并發(fā)生了局部應(yīng)急搶險(xiǎn)的情況。Ⅱ區(qū)因基坑整體呈半圓弧狀，變形累計(jì)量相對(duì)Ⅲ、Ⅳ區(qū)較小。建議該地區(qū)類似基坑被動(dòng)土區(qū)加固采用裙邊加固，加固范圍可適當(dāng)擴(kuò)大，增加坑底開挖面以上弱加固區(qū)，坑底開挖面以下加固深度可適當(dāng)增加，有利于減小開挖期間的圍護(hù)變形。同時(shí)加固施工期間一定要嚴(yán)控加固工程的水泥摻量，攪拌下沉和提升速度等施工因素，確保加固工程質(zhì)量。

3）本工程圍護(hù)墻主要采用厚600 mm地下連續(xù)墻，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，地下連續(xù)墻縱向鋼筋在深度14～15 m處有50%的減少，根據(jù)圍護(hù)墻測(cè)斜數(shù)據(jù)分析，這個(gè)位置正是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)圍護(hù)墻發(fā)生累計(jì)水平位移最大的深度位置。建議基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)單位在該地區(qū)類似基坑圍護(hù)地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)中予以考慮，加強(qiáng)鋼筋配置或?qū)摻顪p少區(qū)域設(shè)置在更深位置。

4）當(dāng)圍護(hù)墻變形發(fā)生突變和險(xiǎn)情時(shí)，采用袋裝水泥圍堰混凝土填充進(jìn)行臨時(shí)堆載是阻止圍護(hù)變形進(jìn)一步擴(kuò)大的有效方法，后續(xù)可根據(jù)基坑情況采用坑外降水后圍護(hù)墻滲漏封堵、堆載區(qū)增加臨時(shí)支撐、堆載區(qū)周邊底板先行施工、堆載區(qū)底板墊層增厚配筋等處置措施，以確?；影踩?。

6 結(jié)語

本工程屬于上海臨港地區(qū)鄰地鐵車站的超大面積深基坑，通過對(duì)基坑施工期間各主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析可知，作為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象的軌交16號(hào)線滴水湖站，結(jié)構(gòu)變形均在控制值以內(nèi)，采取的各項(xiàng)保護(hù)措施是成功有效的。在本工程分坑施工中各區(qū)基坑變形情況不一，絕大部分處于受控狀態(tài)，但局部也發(fā)生了搶險(xiǎn)應(yīng)急處置情況，由于應(yīng)對(duì)措施及時(shí)有效，確保了基坑整體安全。本文以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合實(shí)施過程中各工況分析，對(duì)臨港地區(qū)基坑圍護(hù)的設(shè)計(jì)和施工提出建議，希望能為類似工程提供參考。