分區(qū)基坑同步開挖實例研究

陸麗君 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200011）

當今城市建設(shè)發(fā)展迅速，基坑工程設(shè)計及施工常常面臨工期緊、周邊環(huán)境復(fù)雜敏感[1]等外部難題。如何在確保基坑安全的前提下，采取針對性的設(shè)計措施及施工工序來合理加快施工工期，是當前基坑工程設(shè)計及施工的重、難點。

本文以上海市區(qū)某基坑工程為背景，對分區(qū)基坑同步開挖的實例進行了研究與探討。

1 工程背景

該舊區(qū)改造高品住宅項目位于上海市黃浦區(qū)。項目設(shè)置兩層地下室，基坑總面積2.03萬m2，普遍挖深9.75～10.35m，局部落深 1.4～3.2m。

基坑?xùn)|側(cè)毗鄰住宅小區(qū)。其中，某7層住宅樓距離本工程地下室外墻最近約8.5m。該住宅樓為磚混結(jié)構(gòu)，地基采用Φ500粉噴樁進行加固，樁體有效長度11.5m，復(fù)合地基承載力按125kPa設(shè)計；基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，埋深約2.2m，均置于②層粉質(zhì)粘土層。

基坑西、南、北側(cè)均與市政道路接壤，道路下分布多條市政管線，距離本工程地下室外墻最近約8.9m?？傮w而言，本工程周邊環(huán)境較為復(fù)雜，保護要求較高，如圖1所示。

2 地質(zhì)條件

擬建場地土層主要由粘性土、粉性土和砂土組成。基坑圍護設(shè)計參數(shù)如表1所示。

圖1 周邊環(huán)境總圖

土層物理力學性質(zhì)綜合成果表 表1

場地淺層普遍分布以建筑垃圾為主的雜填土，含原有建筑物舊基礎(chǔ)、混凝土地坪等。施工前須預(yù)先清除并回填，確保工程樁及圍護樁順利施工。

地下水類型有淺部土層的潛水和第⑦層承壓水。經(jīng)驗算，本工程基坑一般底板區(qū)域、局部落深坑區(qū)域的抗承壓水穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求[2]。

3 基坑支護設(shè)計

本項目屬于軟土地區(qū)深大基坑項目。周邊分布住宅樓、大直徑市政管線等重要保護對象，環(huán)境保護要求較高[2-3]。同時，基坑開挖影響范圍內(nèi)分布深厚的淤泥質(zhì)土層，對于基坑施工階段的變形控制也十分不利。綜合考慮上述因素及業(yè)主對施工進度的安排，本項目基坑支護設(shè)計方案確定如下。

3.1 分區(qū)設(shè)計

根據(jù)業(yè)主施工進度安排，本項目基坑擬分為南、北兩區(qū)進行施工，北區(qū)地下二層頂板完成且達到設(shè)計強度后方可開挖南區(qū)第一道支撐以下土方。分區(qū)示意參見圖1。

3.2 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

基坑采用上海地區(qū)常見的板式支護體系。圍護樁包括南、北區(qū)分隔樁均選用剛度較大、利于基坑變形控制的鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁設(shè)計樁身強度C30，樁徑0.85～1.0m，樁長20～26m，均穿透④層淤泥質(zhì)黏土層并進入力學性能較好的⑤1-2層粉質(zhì)黏土層。止水帷幕采用全面搭接、止水效果可靠、擠土效應(yīng)小的Φ850三軸水泥土攪拌樁，并進入坑底以下不小于7m。

3.3 坑內(nèi)被動區(qū)加固設(shè)計

被動區(qū)土體加固采用φ700@500雙軸水泥土攪拌樁，以控制基坑引起的變形。同時，針對臨近建筑物位置的加固深度及范圍均有所加強?；?xùn)|側(cè)臨近住宅樓區(qū)域，坑內(nèi)加固范圍為第二道支撐底部到坑底以下6m。基坑典型圍護結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示。

圖2 典型圍護結(jié)構(gòu)剖面圖

3.4 支撐及棧橋設(shè)計

基坑采用兩道臨時水平鋼筋混凝土支撐，以“角撐+對撐+邊桁架”的形式布置，可有效控制基坑開挖引起的側(cè)向變形。棧橋分布則著重考慮總包單位對于行車、堆載等方面的需求。支撐平面布置見圖3，其中陰影區(qū)域為施工棧橋分布區(qū)域。

圖3 支撐平面布置圖

3.5 換撐措施

為確保南區(qū)基坑支撐體系受力平衡，需在北區(qū)地下二層頂板設(shè)置型鋼斜換撐后，方可開挖南區(qū)第一道支撐以下土方。換撐設(shè)置如圖4（a）所示。

為控制基坑開挖對東側(cè)住宅樓的變形影響，本項目B1層樓板澆筑完成且達到設(shè)計強度后，需架設(shè)型鋼斜換撐，而后再拆除第一道混凝土支撐，以減少水平支撐拆除后基坑的側(cè)向變形，保護鄰近住宅樓。換撐設(shè)置如圖4（b）所示。

圖4 換撐剖面示意圖

4 同步開挖技術(shù)措施

本項目初期即完成南、北區(qū)第一道支撐及棧橋施工。北區(qū)按原定設(shè)計工況進行第一道支撐下的土方開挖。隨后業(yè)主提出加快施工進度，南、北兩區(qū)同時開挖。針對這一工況的調(diào)整，設(shè)計從安全角度出發(fā)，提出以下技術(shù)措施。

4.1 完善南、北分區(qū)水平支撐的整體傳力性能

南、北分區(qū)同時開挖，北區(qū)基坑對撐（南北向）所受土壓力需經(jīng)由南區(qū)支撐傳遞并平衡。經(jīng)支撐平面設(shè)計分析與計算，北區(qū)中部對撐A（南北向）與南區(qū)分界處中部對撐B（南北向）可基本銜接對應(yīng)；北區(qū)東側(cè)對撐C（南北向）受力則可經(jīng)由南區(qū)新增“八字撐”D和原有角撐E傳遞并平衡。

新增的第一道“八字撐”與已有鋼筋混凝土圍檁及支撐結(jié)構(gòu)采用鑿毛及植筋等方式連接。

4.2 新增南、北分區(qū)分界處換撐

考慮到北區(qū)總體施工進度先于南區(qū)約一周時間。北區(qū)分界線處底板澆筑完成并達到強度后，應(yīng)立即架設(shè)型鋼斜換撐，如圖4a所示。而后再開挖南區(qū)分界處留土，施工該區(qū)域的墊層及底板。

4.3 基坑土方開挖方式調(diào)整

南、北分區(qū)第一道支撐下土方應(yīng)充分考慮時空效應(yīng)[4]，采取盆式開挖方法，及時形成第二道水平支撐體系。北區(qū)靠近分界線區(qū)域的土方宜后挖。南區(qū)靠近分界線區(qū)域應(yīng)留土寬約20m（約4倍挖土高度），且開挖至分界線處時，應(yīng)先開挖中間對撐區(qū)域的留土，待對撐形成后，再開挖東、西兩側(cè)角撐區(qū)域的土方。

南、北分區(qū)開挖第二道支撐下土方時，北區(qū)應(yīng)由北至南施工，且隨挖隨澆，及時施工墊層、底板及傳力帶。北區(qū)臨近分界線處應(yīng)留土寬約20m，待南區(qū)第二道支撐達到強度后方可開挖。

南區(qū)第二道支撐下土方應(yīng)由南至北開挖，且隨挖隨澆，及時施工墊層及底板。此外，南區(qū)臨近分界線區(qū)域應(yīng)留土寬約20m，待北區(qū)底板換撐架設(shè)完成后，再開挖留土，施工墊層及底板。

5 實施與監(jiān)測分析

本項目北區(qū)基坑從第一道支撐下土方開挖到底板澆筑完成，歷時52d；南區(qū)基坑到底板澆筑完成歷時57d，稍晚于北區(qū)，基本實現(xiàn)南北區(qū)基坑同步開挖。

基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，截至南、北區(qū)基坑底板澆筑完成，南區(qū)角撐E軸力值最大，首道及第二道支撐軸力分別為3879kN和4457kN。可推斷在南、北區(qū)基坑同步開挖期間，角撐E承擔了部分北區(qū)東側(cè)對撐C傳遞的支撐軸力；支撐平面布置可以滿足本基坑南、北分區(qū)同步施工的要求。

圖5 第二道支撐下土方開挖順序示意圖

基坑圍護墻體傾斜監(jiān)測值普遍超出設(shè)計報警值（一般區(qū)域報警值25mm，東側(cè)臨近住宅樓區(qū)域18mm）。墻體測斜最大值出現(xiàn)在北區(qū)基坑西北角，達到38.7mm（CX4）。東側(cè)圍護墻體測斜最大值出現(xiàn)在北區(qū)東南角，達到33.17mm（CX12）；該測點附近的鄰近住宅樓沉降監(jiān)測也超出報警值，達到17.75mm（F25）。此外，西側(cè)燃氣、電力、上水等管線也存在多處監(jiān)測點報警的現(xiàn)象。經(jīng)分析，主要有以下三方面原因：

①基坑暴露時間較長。因基坑開挖期間，支撐、墊層及底板等施工不及時，延長基坑暴露時間，導(dǎo)致基坑變形普遍增大。

②基坑開挖未嚴格按照設(shè)計要求實施。南、北分界處，南區(qū)第二道支撐下土方未作留土。未能通過留土“緩沖帶”減小南區(qū)基坑無支撐暴露的時間。

③由于本工程施工場地較小，基坑部分區(qū)域施工堆載較多，也不利于基坑的側(cè)向變形控制[5]。

6 結(jié)語

本文以上海市區(qū)某基坑工程為背景，對分區(qū)基坑同步開挖的可行性進行了研究分析。實例研究證明，采取合理的技術(shù)措施，調(diào)整土方開挖工況，可基本實現(xiàn)基坑同步開挖。監(jiān)測數(shù)據(jù)也表明分區(qū)基坑在同步開挖期間，圍護體及周邊建（構(gòu)）筑物的變形基本在可控范圍內(nèi)，基坑整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。為類似基坑工程的設(shè)計施工提供參考。