軟土地區(qū)大面積貼邊坑中坑支護(hù)形式的工程實踐研究

魏仁杰

(中船勘察設(shè)計研究院有限公司，上海 200063)

0 引言

地下空間的開發(fā)是當(dāng)今城市化發(fā)展的必然和趨勢，這勢必導(dǎo)致基坑工程的支護(hù)形式也隨之進(jìn)步?；庸こ屉m是一項臨時工程，但在整個建筑結(jié)構(gòu)的施工中占據(jù)著重要地位。由于建筑功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，通常要在大基坑中進(jìn)行二次開挖甚至多次開挖形成坑中坑，然而不少工程由于對坑中坑的忽視而導(dǎo)致一系列基坑事故[1-2]，龔曉南教授曾撰文呼吁設(shè)計人員對坑中坑要引起重視[3]?；庸こ淌且豁椗R時工程，若將坑中坑設(shè)計得過于保守，則會導(dǎo)致不必要的工程浪費[4-5]?；谝陨峡紤]，本文以上海軟土地區(qū)某基坑為例，該基坑存在多個坑中坑，且坑中坑面積均較大，在分析周邊環(huán)境、基坑規(guī)模及施工條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家意見，提出了不同情況下坑中坑的支護(hù)形式，為類似的工程提供一定參考和借鑒。

1 工程概況及環(huán)境情況

該工程是一個集多棟商業(yè)、辦公樓和酒店公寓為一體的大型建筑基坑，擬建的建筑物為框架剪力墻結(jié)構(gòu)及框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)均采用樁筏基礎(chǔ)?；涌偯娣e約11000 m2，周長約440 m，典型開挖深度為6.45 m，局部有設(shè)備用房區(qū)和機(jī)械車庫區(qū)，分別開挖7.25 m和8.65 m，集水坑落深1.2～1.5 m?；幽蟼?cè)距離紅線為4 m，紅線外為18 m寬的海陽路，路下有一電信和信息管線，距離基坑邊分別為7 m和9 m;東側(cè)距離紅線僅3.5 m，紅線外為城市綠地及上南路;北側(cè)距離紅線僅2.9～3.7 m，紅線外為6.5 m寬的恒大路，路下設(shè)有300D和150D的配水管，距離基坑邊線最近約12.6 m;西側(cè)距離紅線為4.9～11.3 m，紅線外21 m處為楊思港，該部分為空地，作為施工臨設(shè)區(qū)域，其余側(cè)圍墻均沿著紅線布置，該工程設(shè)有一個出入口，位于基坑西南角，進(jìn)入海陽路?；优c周邊環(huán)境，見圖1。

2 工程地質(zhì)情況

擬建場地地貌類型屬上海地區(qū)四大地貌單元之一的濱海平原類型，基坑開挖范圍內(nèi)的土層分布依次為：①填土，層厚為1.2～2.7 m;②1--2粉質(zhì)黏土，層厚1.2～2.2 m;③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚0.6～4.6 m;③1砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚1.1～2.7 m;④淤泥質(zhì)黏土，層厚7.2～9.4 m;⑤2--1砂質(zhì)粉土，層厚2.9～6.3 m。

本場地對基坑工程有影響的地下水主要是淺層潛水，勘察期間測得場地內(nèi)靜止地下水(潛水)埋深1.10～1.40 m，設(shè)計地下潛水位按上海市平均水位0.5 m考慮。

⑤2、⑦層中賦存有承壓水，承壓水水位呈周期性變化，一般埋深為3.0～11.0 m。經(jīng)計算，基坑不存在突涌的可能性?；訃o(hù)設(shè)計參數(shù)見表1。

圖1 周邊環(huán)境圖

表1 基坑圍護(hù)設(shè)計參數(shù)表

3 基坑圍護(hù)設(shè)計思路

3.1 基坑特點及難點

基坑特點：(1)周邊環(huán)境：基坑三側(cè)臨近市政道路，且道路下存在大量市政管線，有一定的環(huán)境保護(hù)要求;(2)基坑規(guī)模及形狀：基坑總體面積較大，基坑形狀較不規(guī)則。

基坑難點：(1)基坑二次開挖及多次開挖的坑中坑及貼邊坑較多，且開挖的深度較深，面積較大，最大的貼邊落深坑面積達(dá)600 m2;(2)基坑距離紅線較近，除了西側(cè)外，其余三側(cè)距離圍墻僅3 m左右，局部凈距小于3 m?；?xùn)|側(cè)貼邊深坑落深2.2 m，長度達(dá)80 m，在保證落深區(qū)安全的基礎(chǔ)上，如何實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)及施工可行是本工程的一個難點。

3.2 基坑圍護(hù)分項設(shè)計

基坑總體采用鉆孔灌注樁(受力擋土)+三軸攪拌樁(止水)+一道混凝土支撐的圍護(hù)形式。其中貼邊的二層機(jī)械車庫區(qū)(圖1中的①和②區(qū))增設(shè)一道鋼支撐。

3.2.1 一般車庫區(qū)

一般區(qū)域典型挖深6.45 m，采用φ700@900的鉆孔灌注樁，樁長13 m，插入比為1∶1.3;止水帷幕采用φ650@900三軸水泥土攪拌樁，樁長12.0 m，擊穿高滲透土層③1砂質(zhì)粉土層及中滲透土層③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，樁底進(jìn)入微滲透性④層不小于1.0 m，同時插入坑底以下5.55 m，形成封閉的止水帷幕，并能滿足深井降水要求。具體支護(hù)形式見圖2。

圖2 典型剖面圖

3.2.2 設(shè)備用房區(qū)

該區(qū)(圖1中的③)開挖深度為7.25 m，平面尺寸為10 m×17.5 m，采用φ800@1000的鉆孔灌注樁，樁長15 m，插入比為1∶1.3，止水帷幕同一般區(qū)域。該區(qū)域存在一2.6 m×2.15 m的貼邊集水坑，落深1.55 m，挖深達(dá)到8.8 m，該部分樁長增加到17 m，并要求集水坑開挖后三天內(nèi)澆筑集水坑底板。

3.2.3 東側(cè)機(jī)械車庫區(qū)

基坑?xùn)|側(cè)機(jī)械車庫區(qū)規(guī)模為7.0 m×80.0 m×2.2 m，總的挖深為8.65 m。“先淺后深”和“先深后淺”的開挖方案，直接決定圍護(hù)方案的不同?！跋葴\后深”的方案，即要求大底板完成后在開挖落深坑，這是深淺式基坑常采用的方法，也是較安全的一種做法。由于基坑南、東、北三側(cè)開挖線距離圍墻較近，若該側(cè)采用此方法，則后期挖土無法實現(xiàn)，因此該側(cè)只能采用“先深后淺”的開挖方案。由于落深區(qū)面積較大，為保證基坑安全，該側(cè)增設(shè)一道鋼支撐，淺部大底板未完成，在保證施工可行及經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上，如何設(shè)置支撐的撐點，是該部分考慮的難點。

經(jīng)多次計算及比較，該側(cè)采用如下支護(hù)方式：采用φ800的鉆孔灌注樁，有效樁長18.05 m，機(jī)械車庫區(qū)與一般車庫區(qū)高低差采用2.7 m寬、6 m長的雙軸水泥土攪拌樁壩體，內(nèi)套φ700@4000，8.5 m長的鉆孔灌注樁，樁頂設(shè)置1000×700的C40圈梁，第二道支撐撐在該圈梁上。具體支護(hù)形式見圖3。

該側(cè)施工流程：架設(shè)好第二道鋼支撐后，開挖二層機(jī)械車庫區(qū);施工機(jī)械車庫區(qū)底板，待強度達(dá)到后拆除第二道鋼支撐;施工大底板，采用400×400型鋼進(jìn)行換撐，拆除第一道支撐。

圖3 典型剖面圖

3.2.4 西側(cè)機(jī)械車庫區(qū)

機(jī)械車庫區(qū)與東側(cè)機(jī)械車庫區(qū)開挖深度相同，平面尺寸為8.6 m×19 m，面積約160 m2，該側(cè)基坑外為施工場地區(qū)，且與南側(cè)出入口聯(lián)通，盡管兩個機(jī)械車庫區(qū)開挖深度相同，但由于兩側(cè)施工條件及周邊環(huán)境不同，因此，從經(jīng)濟(jì)及施工便捷等方面綜合考慮，該側(cè)采用常規(guī)做法，即先施工淺部基坑的大底板，待大底板完成后，將第二道支撐撐在底板上。由于該側(cè)落深區(qū)面積較小，且該側(cè)環(huán)境較寬松，當(dāng)二層底板完成后可同時拆除支撐。該側(cè)具體支護(hù)形式見圖4。

圖4 典型剖面圖

3.3 基坑支撐及換拆撐設(shè)計

支撐：基坑主要采用一道C30混凝土支撐，為保證基坑總體受力平衡，其平面布置采用“集中對撐+角撐+邊桁架”的形式(見圖5)。兩層機(jī)械車庫區(qū)域增設(shè)一道φ609鋼管撐(現(xiàn)場施工見圖6)。

圖5 支撐平面布置圖

圖6 現(xiàn)場施工圖

換拆撐：基坑總體上待大底板強度達(dá)到80%后方可拆除混凝土支撐，拆撐時應(yīng)進(jìn)行多點應(yīng)力釋放，對稱拆除，以減小支護(hù)結(jié)構(gòu)瞬間位移值。對于東側(cè)機(jī)械車庫區(qū)，應(yīng)先進(jìn)行換撐后方可拆除支撐。

4 監(jiān)測結(jié)果及分析

在基坑施工過程中，對圍護(hù)體系及周邊環(huán)境均進(jìn)行了實時監(jiān)測。本工程共布置了11個測斜孔，圍護(hù)墻頂水平、垂直位移監(jiān)測點21個，坑外地下水位觀測孔9個，地表沉降觀測點有11個斷面，每個斷面為5個點，支撐軸力監(jiān)測為7組，立柱沉降觀測點10個，以及周邊管線監(jiān)測點若干。本工程選取二層機(jī)械車庫區(qū)、設(shè)備用房區(qū)及一般區(qū)域開挖斷面處的監(jiān)測點進(jìn)行分析。

4.1 圍護(hù)體深層水平位移

圖7是選取了三個典型斷面(二層機(jī)械車庫區(qū)、設(shè)備用房區(qū)及一般區(qū)域)處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)坑外土體在開挖至坑底工況下水平位移情況(同濟(jì)啟明星軟件獲得的計算值)。由圖中可知，不論是計算值還是監(jiān)測值，其水平位移均隨著深度的增加先增大后減小，在土體開挖面附近達(dá)到最大。一般區(qū)域?qū)嶋H監(jiān)測的最大位移基本在20 mm左右，和計算值相差無幾;設(shè)備用房區(qū)監(jiān)測值最大位移為40.54 mm，比計算值22.8 mm偏大，偏大的原因是支撐距離開挖面較大，其次測斜孔附近正好有一貼邊集水坑，局部開挖深度達(dá)到8.8 m，造成該處測出來的位移偏大，但在報警值范圍內(nèi);二層機(jī)械車庫區(qū)增設(shè)一道支撐后，變形明顯得到控制，監(jiān)測值為32.73 mm，比計算值21.1 mm偏大一點，主要是施工單位未完全按照設(shè)計要求的流程進(jìn)行施工。

圖7 深層水平位移計算值與監(jiān)測值

圖7 深層水平位移計算值與監(jiān)測值（續(xù)）

4.2 其他監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)最終監(jiān)測結(jié)果顯示：墻頂水平、垂直位移最大分別為14 mm、16.94 mm，電信管線DX點處最大沉降累計24.78 mm，超出報警值20 mm，經(jīng)查明，由于開挖前在圍護(hù)體外靠近圍墻處開挖一條臨時下水道，造成該點處開挖前沉降量已達(dá)14.98 mm，后期開挖到底板完成過程中沉降量均在可控范圍內(nèi)，其余的管線監(jiān)測點均未超過為15 mm，立柱最大沉降10.58 mm，支撐最大軸力5113.3 k N，均在報警值范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

該工程已于2016年結(jié)構(gòu)封頂。從基坑的各項監(jiān)測值來看，該工程貼邊坑中坑的支護(hù)設(shè)計及施工均是成功的，為類似工程可提供一定的參考和借鑒。