敏感環(huán)境條件下深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)控制

張　楊

(上海莉源房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，上?！?01620)

0　引言

隨著城市地下空間的不斷開發(fā)，深基坑工程愈來愈多。工程規(guī)模不斷增加，工程的難度也日益增大，對(duì)深基坑工程重大風(fēng)險(xiǎn)的管控也逐漸受到重視。在上海等軟土地區(qū)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、施工對(duì)土體的擾動(dòng)以及地下水的滲漏等都會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。而且隨著城市空間的開發(fā)，中心城區(qū)建(構(gòu))筑物密集度高，基坑工程周邊環(huán)境復(fù)雜，在確保基坑自身安全的前提下，還要重視對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)。尤其是基礎(chǔ)埋深淺，距離基坑邊線近，人員活動(dòng)密集等敏感環(huán)境條件下的基坑工程，如何減少基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，全過程管控基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工都提出了更高要求。

本文基于上海市九龍倉(cāng)浦東E18地塊項(xiàng)目為研究背景，將保護(hù)周邊環(huán)境作為基坑工程貫穿始終的一條主線，詳細(xì)介紹了在敏感環(huán)境條件下基坑圍護(hù)技術(shù)方案的選型思路，分析了基坑分期分區(qū)支護(hù)的可行性，最終也從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際反饋的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到了驗(yàn)證。

1　工程概況

上海市九龍倉(cāng)浦東E18地塊項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)，是集住宅、商業(yè)及地下室為一體的綜合建筑群，主要包括9幢17層～18層的框剪結(jié)構(gòu)樓房，1幢1層框架結(jié)構(gòu)的會(huì)所，場(chǎng)地內(nèi)滿堂1層地下室。基坑面積42 440 m2，總延長(zhǎng)970 m。

1.1　環(huán)境條件

本基坑工程?hào)|側(cè)為浦東南路、南側(cè)為寧陽(yáng)小區(qū)、西側(cè)為浦明路、北側(cè)為張家浜(見圖1)。

場(chǎng)地南部被居民樓房和商鋪所包圍，基本都為6層混凝土結(jié)構(gòu)，部分建筑緊貼場(chǎng)地圍墻，其基礎(chǔ)大都為條形基礎(chǔ)，埋深較淺，在開挖面以上，故其對(duì)基坑變形較為敏感，需要嚴(yán)格控制該側(cè)基坑側(cè)向變形，保證居民樓房的安全。

1.2　工程地質(zhì)與水文條件

本工程開挖范圍內(nèi)的土層具有明顯成層分布的特點(diǎn)，主要由粘性土、粉性土及砂土組成。各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1　土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2　基坑支護(hù)總體方案

由于本工程基坑面積42 400 m2，開挖深度為6 m，周邊又緊鄰居民小區(qū)及交通主干道，考慮到本工程基坑周邊環(huán)境較為敏感，結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)情況、施工工況以及業(yè)主對(duì)本工程的工期要求。基坑圍護(hù)方案主要分為四個(gè)部分，見圖2。

1)居民樓房環(huán)境敏感區(qū)域：采用鉆孔灌注樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕作為圍護(hù)體，坑內(nèi)設(shè)置一道水平鋼支撐體系。

2)基坑環(huán)境普通區(qū)域：采用鉆孔灌注樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕作為圍護(hù)體，豎向設(shè)置一道斜拋鋼支撐體系。

3)基坑會(huì)所區(qū)域：采用SMW工法樁作為圍護(hù)體，坑內(nèi)設(shè)置一道水平鋼支撐體系。

4)基坑內(nèi)部分隔墻區(qū)域：采用鉆孔灌注樁作為圍護(hù)體，設(shè)置一道水平鋼支撐體系。

3　環(huán)境敏感區(qū)域基坑圍護(hù)方案

3.1　居民樓房環(huán)境敏感區(qū)域

場(chǎng)地南部，將近場(chǎng)地一半的范圍內(nèi)，被居民樓房和商鋪所包圍，基本都為6層磚混結(jié)構(gòu)，淺基礎(chǔ)，距離基坑邊線最近距離為12 m。該區(qū)域居民較多，環(huán)境較為敏感，基坑施工過程中不能影響周圍居民的正常生活起居，確保居民樓房的安全正常使用，是本工程的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。

該區(qū)域基坑開挖深度為6.5 m，采用鉆孔灌注樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕作為圍護(hù)體，設(shè)置一道水平鋼支撐體系，距離居民樓房較近區(qū)域采用φ850@1 050鉆孔灌注樁，插入基底以下11.5 m，有效樁長(zhǎng)17.25 m。外側(cè)施工φ650@450三軸攪拌樁作為止水帷幕，三軸攪拌樁套打搭接，樁底以插入④層淤泥質(zhì)粘土層不透水層2 m以上為原則。水平鋼支撐形式為“對(duì)撐+角撐”的形式，支撐采用φ609×16鋼管。居民樓房環(huán)境敏感區(qū)域圍護(hù)剖面見圖3。

為減小第一道支撐拆除后的無支撐鉆孔灌注圍護(hù)樁的懸臂高度以控制變形，在居民樓房保護(hù)區(qū)域的設(shè)置型鋼換撐，采用H400×400×13×21斜拋鋼支撐，H型鋼斜拋撐作用在暗梁上，暗梁中心標(biāo)高-3.750，暗梁與圍護(hù)樁之間采用400厚混凝土換撐板帶傳遞外側(cè)土壓力，見圖4。

3.2　有限元計(jì)算分析

本次數(shù)值模擬計(jì)算采取二維有限元平面應(yīng)變模型進(jìn)行分析。模型計(jì)算區(qū)域?yàn)樨Q向范圍取40 m，水平范圍取150 m；模型的底部采用全自由度約束，即水平、豎直向固定約束，側(cè)面采用法向約束，允許豎向變形。

3.3　有限元分析結(jié)果

采用鉆孔灌注樁+一道水平鋼支撐圍護(hù)體系，在基坑開挖過程中，基坑南側(cè)6層居民樓房最大沉降位于距離基坑最近處，最大沉降量為10.03 mm，遠(yuǎn)離基坑沉降逐漸越小，最小沉降量為8.69 mm，居民樓房差異沉降小于2‰。

有限元分析計(jì)算結(jié)果如圖5～圖7所示。從上述有限元計(jì)算結(jié)果可以看出，采取鉆孔灌注樁+一道水平鋼支撐圍護(hù)體系，對(duì)基坑南側(cè)敏感區(qū)域的居民樓房相鄰環(huán)境的影響較微小，在可控范圍內(nèi)，滿足基坑周邊的環(huán)境保護(hù)要求。

4　監(jiān)測(cè)

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及開挖過程中，會(huì)對(duì)基坑周邊影響范圍內(nèi)的土體產(chǎn)生擾動(dòng)，尤其是開挖過程中，土體開挖工況和支撐形成時(shí)間，都會(huì)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體位移造成影響。所以在施工過程中做好基坑監(jiān)測(cè)工作，信息化施工，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來優(yōu)化調(diào)整施工，從而有效控制基坑施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)周邊環(huán)境。

4.1　監(jiān)測(cè)工作布置

本工程基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要分為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要涉及圍護(hù)結(jié)構(gòu)和坑外土體的側(cè)向位移、支撐軸力及地下水位；同時(shí)針對(duì)周邊敏感環(huán)境，加強(qiáng)了對(duì)周邊地下管線沉降、周邊建(構(gòu))筑物沉降和傾斜的狀況監(jiān)測(cè)。

各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)結(jié)合圍護(hù)形式、施工工況以及保護(hù)對(duì)象等因素進(jìn)行布置，充分反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)及其變化趨勢(shì)，為周邊的居民樓房安全提供全面、準(zhǔn)確、及時(shí)的監(jiān)測(cè)信息。

4.2　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本工程基坑施工期間針對(duì)周邊居民樓房沉降進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)，從2013年8月17日開始直到2016年2月1日結(jié)束。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(如圖8所示)的分析，以及與現(xiàn)場(chǎng)施工工況的比對(duì)，分為以下幾個(gè)階段：

1)工程樁及圍護(hù)樁施工階段(2013年8月～12月)：對(duì)周邊居民樓房垂直位移造成輕微的上抬現(xiàn)象，隨著圍護(hù)樁施工完成，居民樓房垂直位移彈性變形回歸。

2)基坑開挖階段(2014年1月～4月)：對(duì)周邊居民樓房造成一定沉降變形，最大沉降約為-8 mm(距離基坑最近的5號(hào)樓)。

3)地下室結(jié)構(gòu)施工階段(2014年5月～12月)：對(duì)周邊居民樓房的垂直位移變化速率微小，沉降變形收斂穩(wěn)定。

4)基坑拆換撐施工階段(2015年1月～2月)：在2倍基坑開挖深度影響范圍內(nèi)的5號(hào)樓垂直位移發(fā)生突變，最大沉降約為13 mm，而遠(yuǎn)離基坑的居民樓房未發(fā)生明顯的垂直位移。

5)上部結(jié)構(gòu)施工階段(2015年3月～2016年2月)：在2倍基坑開挖深度影響范圍內(nèi)的5號(hào)樓垂直位移發(fā)生一定增大后趨于穩(wěn)定，最大沉降約為17 mm，主要原因是由于地下室結(jié)構(gòu)施工完成后未及時(shí)進(jìn)行回填而造成的；遠(yuǎn)離基坑的居民樓房未發(fā)生明顯的垂直位移，沉降變形收斂穩(wěn)定。2015年10月期間垂直位移增大，主要原因是由于上部結(jié)構(gòu)施工在鄰近居民樓房側(cè)出現(xiàn)了一定的施工超載。

通過上述分析，可知本工程基坑針對(duì)周邊敏感環(huán)境采取的技術(shù)措施總體上較為成功，周邊居民樓房未發(fā)生過大沉降，基坑工程風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制。

5　結(jié)語(yǔ)

深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)控制是工程人員長(zhǎng)期以來關(guān)注研究的重點(diǎn)，尤其在本工程如此敏感的環(huán)境條件下，首先控制基坑自身的安

全風(fēng)險(xiǎn)，其次還要著重防范對(duì)周邊敏感環(huán)境的影響，在工程實(shí)施過程中一直在摸索相應(yīng)的技術(shù)解決對(duì)策。本文以上海市九龍倉(cāng)浦東E18地塊項(xiàng)目為例，介紹了居民密集區(qū)的敏感環(huán)境下基坑設(shè)計(jì)中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐選型，并通過有限元二維分析軟件，計(jì)算圍護(hù)樁、地面以及周邊環(huán)境的變化情況。在具體實(shí)施過程中，采取有效的監(jiān)測(cè)方法，確保基坑工程的安全順利地開展。該項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)可為今后類似敏感環(huán)境條件下基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)控制提供借鑒。