軟土地區(qū)異形深基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究

戴 偉

1. 上海外高橋集團(tuán)股份有限公司 上海 200137；2. 上海城市非開挖建造工程技術(shù)研究中心 上海 200002

1 工程概況

1.1 基坑概況

上海外高橋某工程基坑面積約為44 232 m2，總長約為1 064 m，呈倒L形扇形。主樓區(qū)（12～17層）開挖深度13.15 m，裙樓區(qū)（4層）開挖深度11.65～11.85 m。

1.2 環(huán)境概況

基坑南側(cè)為已建商業(yè)建筑，東側(cè)為保護(hù)建筑楊氏民宅?；游鱾?cè)、北側(cè)為上海軌道交通6號(hào)線高架，最近距離為45.5 m，處于軌道交通保護(hù)區(qū)外，但仍需嚴(yán)格控制基坑變形（圖1）。

1.3 地質(zhì)概況

基坑開挖范圍內(nèi)地層從上到下依次為①雜填土、②黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1粉土、⑤2-1灰色粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，以淤泥質(zhì)黏土為主，坑底位于③層土中，土層物理力學(xué)性質(zhì)較差。

2 基坑分坑及圍護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 基坑分坑原則

由于本工程基坑面積較大，呈倒L形扇形，基坑形狀較不規(guī)則，基坑單邊較長，且基坑西、北側(cè)鄰近軌交6號(hào)線高架橋，尤其是北側(cè)高架距離基坑較近，故本工程考慮采用分區(qū)開挖的順作法施工方式。本基坑從面積上而言，可分為2個(gè)基坑，但若采用2個(gè)基坑的方式，基坑受相鄰基坑的影響不能同時(shí)開挖，無法滿足工期要求。故以本工程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的2棟高層A、B為切入點(diǎn)，本工程必須劃分為3個(gè)基坑：即以2座塔樓與中間4層裙樓的界線為分區(qū)線，將基坑由北向南依次劃分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)（圖2）。其中A區(qū)基坑面積為21 000 m2，C區(qū)為18 000 m2，中間B區(qū)基坑作為分隔的緩沖帶，基坑面積4 100 m2，應(yīng)先施工A、B這2棟高層所在區(qū)域的基坑（即A區(qū)與C區(qū)），后施工B區(qū)，從而保證總體工期[1-3]。

圖2 分坑示意

2.2 圍護(hù)形式及支撐布置

2.2.1 圍護(hù)形式

本工程采用鉆孔排樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕作為圍護(hù)體系，采用分區(qū)開挖的順作法施工方式，分區(qū)樁采用φ900 mm@1 100 mm鉆孔灌注樁，兩側(cè)均設(shè)置止水帷幕。A、B區(qū)西北側(cè)鄰近地鐵高架區(qū)域采用φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁結(jié)合φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕進(jìn)行圍護(hù)；其他側(cè)采用φ950 mm@1 150 mm鉆孔灌注樁結(jié)合φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕進(jìn)行圍護(hù)?；迂Q向設(shè)置2道混凝土支撐。

2.2.2 支撐布置

本工程基坑呈倒L形扇形，在分坑后，C區(qū)基坑較為規(guī)則（呈梯形），其東西向邊線互相平行，南北向邊線與東西向邊線形成夾角適中，適宜采用傳統(tǒng)對(duì)撐＋角撐＋邊桁架的形式。該類型支撐體系具有較好的變形控制能力及大面積無支撐的出土作業(yè)面。

B區(qū)基坑面積較小，且在兩側(cè)完成后進(jìn)行開挖，故其土壓力僅存在于東西兩側(cè)，僅需布置部分角撐桿件支護(hù)東西側(cè)土壓力即可。但出于施工考慮，由于兩側(cè)完成后無太大施工空間，故需要考慮設(shè)置一部分挖土平臺(tái)。

A區(qū)基坑呈不規(guī)則扇形，若要布置對(duì)撐，則會(huì)成為發(fā)散狀，若要形成較好的傳力路徑，則對(duì)撐布置需較為密集，無法很好地形成土方開挖作業(yè)面，對(duì)工期有較大影響。但由于基坑呈扇形，且為軸對(duì)稱分布，A區(qū)基坑外圓弧邊線與內(nèi)圓弧邊線的距離大致等距。故而采用雙圓支撐的布置形式，圓環(huán)直徑相等。具體思路如下：將扇形按對(duì)稱軸分為大致相等的2個(gè)小扇形，各取一距離小扇形四邊大致相等的點(diǎn)作為圓環(huán)撐的圓心，以距離四邊一跨支撐的長度（一般為10～12 m）為半徑作圓，以圓心為起點(diǎn)，等分圓周長，確保圓心放射線分隔的圍檁長度在6～10 m之間，能夠較好地控制基坑位移。

按此思路，整個(gè)圓環(huán)的直徑達(dá)到86 m，能夠提供最大的挖土作業(yè)面，便于挖土及施工地下室結(jié)構(gòu)。

3 分坑施工

3.1 相鄰基坑工況設(shè)計(jì)

A區(qū)及C區(qū)間間隔距離為24～50 m，根據(jù)相鄰基坑的相關(guān)研究，基坑間間距在2倍開挖深度以外基本無太大影響。

按照普遍挖深分析，本基坑A、C分區(qū)間基本已處于影響范圍外，但仍需協(xié)調(diào)兩分區(qū)之間的相互工況，盡量做到兩區(qū)工況的統(tǒng)一（對(duì)稱挖土及施工結(jié)構(gòu)），使兩區(qū)均勻受力，避免產(chǎn)生附加變形及內(nèi)力。故對(duì)本基坑進(jìn)行了工況設(shè)計(jì)。

3.1.1 A、C區(qū)工況

1）場地平整，打設(shè)工程樁、基坑周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鋼立柱和加固體，對(duì)A、C區(qū)進(jìn)行基坑降水。

2）開挖A、C區(qū)及B區(qū)基坑土體至第1道支撐底標(biāo)高，澆筑混凝土壓頂梁及第1道支撐（B區(qū)僅開挖支撐部位土體）。

3）分塊開挖A、C區(qū)土體至第2道支撐底標(biāo)高，澆筑A、C區(qū)基坑圍檁及第2道混凝土支撐。

4）分塊開挖A、C區(qū)基坑土體至基底標(biāo)高，及時(shí)澆筑A、C區(qū)墊層和基礎(chǔ)底板。

5）待A、C區(qū)基礎(chǔ)底板及換撐板帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，拆除第2道支撐，往上施工A、C區(qū)地下2層結(jié)構(gòu)，并設(shè)置換撐板帶。

3.1.2 B區(qū)工況

1）待A、C區(qū)地下1層結(jié)構(gòu)梁板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，密實(shí)回填周邊空隙。

2）分塊開挖B區(qū)至第2道支撐底標(biāo)高。

3）澆筑B區(qū)基坑圍檁及第2道混凝土支撐。

4）分塊開挖B區(qū)基坑土體至基底標(biāo)高；及時(shí)澆筑B區(qū)墊層和基礎(chǔ)底板，并設(shè)置底板換撐板帶。

5）拆除第2道支撐，往上施工B區(qū)地下2層結(jié)構(gòu)，并設(shè)置換撐板帶。

6）拆除第1道支撐，往上施工B區(qū)地下1層結(jié)構(gòu)。

7）密實(shí)回填周邊空隙，連通A、B區(qū)和B、C區(qū)地下室頂板，并鑿除分區(qū)墻、連通地下室各層樓板、框架梁、底板等構(gòu)件。

3.2 土方開挖

由于本工程分為3個(gè)基坑，且每個(gè)基坑的圍護(hù)形狀及支撐布置形式均不太相同，因此，3個(gè)小基坑的土方開挖形式有一定的區(qū)別，其中A區(qū)基坑首層土方采用大開挖，基坑采用雙圓環(huán)撐的支撐形式；第2層土方采用中心島式開挖，先開周邊支撐區(qū)域下土方并快速形成支撐，再開挖中間無支撐區(qū)域的土方（圖3）；第3層土方根據(jù)后澆帶分塊開挖，墊層隨挖隨澆，隨后逐個(gè)挖出落深坑。各塊基礎(chǔ)底板及相關(guān)工序及時(shí)跟進(jìn)施工，確?；臃€(wěn)定。

圖3 A區(qū)中心島式開挖平面示意

C區(qū)基坑與A區(qū)基坑實(shí)施同步對(duì)稱開挖施工。首層土方采用大開挖；第2層土方采用盆式開挖，先開挖盆中土方，然后再開挖周邊，使主要支撐及早形成（圖4）；第3層土方根據(jù)后澆帶分塊開挖，墊層隨挖隨澆。

圖4 C區(qū)盆式開挖平面示意

B區(qū)第2道支撐需待A、C區(qū)地下1層結(jié)構(gòu)梁板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%并密實(shí)回填周邊空隙后，方可開挖。其第2層土方采用中心島式開挖，先開挖周邊支撐區(qū)域下土方并快速形成支撐，再開挖中間無支撐區(qū)域的土方（圖5）。第3層土方由中間向兩側(cè)挖土平臺(tái)方向退挖。

4 實(shí)施效果

該基坑于2015年1月開始圍護(hù)施工，2015年5月進(jìn)行土方開挖，2015年10月8日C區(qū)大底板完成、10月18日A區(qū)大底板完成，至2015年12月完成地下室結(jié)構(gòu)。

墻體測斜方面，基本滿足設(shè)計(jì)要求，主要是由于將基坑分坑施工開挖，控制住開挖邊線長度，且根據(jù)各個(gè)分區(qū)的圍護(hù)形式及支撐布置選擇開挖方式，因而位移控制較好。

在A、C區(qū)開挖階段，西北側(cè)地鐵高架區(qū)間段墩臺(tái)監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)下沉變化量在0.14～0.64 mm之間，地鐵墩臺(tái)沉降十分穩(wěn)定，周邊管線處于安全范圍內(nèi)，驗(yàn)證了異形基坑分坑施工對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)卓有成效。

圖5 B區(qū)中心島式開挖平面示意

5 結(jié)語

1）本工程根據(jù)結(jié)構(gòu)形式將塔樓與裙房區(qū)域分為3個(gè)基坑施工，利用分坑技術(shù)解決塔樓工期問題，也避免了超大面積深基坑一次性開挖給基坑自身、周邊環(huán)境帶來的不利影響[4-5]。

2）B區(qū)基坑的設(shè)置原則借鑒了上海市相鄰基坑相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，將A、C基坑間間距控制在2倍開挖深度以外，實(shí)踐也印證了這一經(jīng)驗(yàn)的可靠性。

3）對(duì)于呈不規(guī)則扇形的基坑，傳統(tǒng)對(duì)撐的支撐布置方式無法較好地控制基坑變形及受力，可采用雙圓支撐的布置形式，將主要受力傳遞至雙圓上，但在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)圓環(huán)的剛度，并在施工上提出要求，避免圓環(huán)不均勻受力。

4）基坑土方的開挖應(yīng)根據(jù)基坑自身特點(diǎn)確定，對(duì)于圓環(huán)支撐首先應(yīng)保證均勻?qū)ΨQ開挖，并配合島式開挖，利用圓環(huán)的大空間進(jìn)行出土；對(duì)于B區(qū)基坑，在基坑中部沒有支撐覆蓋的情況下，出土較為便捷，可采用退挖的方式出土，加快出土速度。

5）本工程的成功實(shí)施表明，在軟土地區(qū)進(jìn)行深大基坑施工時(shí)，有效結(jié)合工程特點(diǎn)及基坑自身特點(diǎn)進(jìn)行合理規(guī)劃，在提高施工進(jìn)度的同時(shí)也能保證自身及環(huán)境的安全，可為今后城市地下空間的開發(fā)利用提供借鑒與參考。