某周邊環境復雜基坑圍護設計

尚 鍇

(上海巖土工程勘察設計研究院有限公司，上海 200070)

0 引言

軟土地區基坑工程自身難度大、風險高，基坑工程設計與施工應符合安全可靠、技術先進、經濟合理的原則，保證基坑安全及滿足周圍環境保護要求［1］。

近年來，上海地區眾多建筑和市政工程中的基坑工程廣泛采用板式支護體系，多種不同形式的板式支護體系圍護墻特點各不相同［1］，本實例根據基坑周邊不同環境，選擇施工可操作性強、經濟合理的圍護設計方案，通過軟件理論計算、有限元數值分析、實測監測數據驗證基坑圍護結構的安全可靠。

1 工程概況

本工程基坑呈L形，周長約295m，開挖面積約2284m2，挖深4.54m。

1.1 周邊環境情況

施工場地非常狹小，周邊環境復雜。按照上海市基坑工程環境保護等級［1］規定，環境保護等級二級。基坑北側邊線距場地內1號樓(樁基)外墻最近2.5m;南側邊線距紅線(圍墻)3.8m，距電纜井約1.2m，距6層(天然地基)已建住宅小區約16.5m;西側邊線距紅線(圍墻外即市政道路)約2.2m;東側邊線距場地內2號樓約3.0m，距3號樓約1.3m。本工程基坑周邊已建辦公建筑均于20世紀80年代竣工投入使用，至今已有20余年，基坑開挖前已有不同程度傾斜。

1.2 地質情況

本工程基坑開挖影響范圍內地基土主要由填土和粘土組成，場地內未發現明、暗浜，厚填土等不良地質作用。土層特性見表1。

表1 土層特性參數表

1.3 地下水

地下潛水受大氣降水及地表徑流補給，水位埋深按照地下0.5m 考慮。

2 基坑圍護設計

2.1 基坑圍護設計選型

2.1.1 圍護形式選型

1號樓、2號樓均為正常使用辦公樓，距離基坑邊線較近，為本基坑工程重要保護對象。考慮到鉆孔灌注樁結合止水帷幕的圍護結構，施工工藝成熟，施工對周圍環境影響較小，可提供較大剛度，有效控制基坑開挖過程變形，減小對周圍環境影響。先施工三軸水泥土攪拌樁可提供一定剛度，減小鉆孔灌注樁施工時對已有建筑物的影響。

1號樓、2號樓周邊基坑選擇采用鉆孔灌注樁+一道內支撐的圍護結構形式。根據建筑物檢測結果，2號樓傾斜情況較為嚴重。采用增大鉆孔灌注樁插入比，暗墩加固等必要措施。3號樓為3層地上車庫，距離基坑邊線較近一側為外掛車道，圍護結構現場施工操作面較小，采用SMW工法既可滿足剛度要求，又可節約施工操作空間。基坑西側臨近市政道路，南側距離已建住宅小區較遠，較其他各邊環境情況相對寬松，在滿足安全要求下，該側選擇采用SMW工法圍護結構形式。

2.1.2 內支撐選型

本工程基坑形狀大致呈L形，支撐多為對撐形式。選擇自重輕、安裝拆除方便的鋼支撐［2］，傳力路徑明確，效果較好;基坑角部位置，根據大量工程經驗，選擇混凝土角撐可有效提高角部剛度控制基坑整體變形。故綜合考慮安全性、經濟性，基坑圍護采用鉆孔灌注樁、SMW工法樁相結合+一道鋼支撐的板式結構圍護形式。

2.2 圍護設計計算

圍護墻結構內力變形按照豎向彈性地基梁法計算［1］，水土分算，一般工況地面超載20kN/m2，臨近建筑物荷載按實際情況考慮［3］。

2.3 支撐布置

基坑一道內支撐對撐采用 φ609×16，局部角撐采用700×700混凝土角撐。依照周邊已有建筑實測傾斜狀況不同，調整鋼支撐間距，現場支撐情況如圖1所示。

圖1 支撐現場安裝情況

2.4 有限元數值分析模擬

2號樓為本基坑工程保護建筑的重中之重，選擇距離2號樓(7層，1層地下室，埋深3.5m)外墻約為3.1m一側剖面作為模型(見圖2)，采用巖土專業有限元軟件Plaxis［2］進行數值分析(見圖3)，最終模擬結果2號樓沉降3.8cm。

圖2 2號樓有限元模型

圖3 Plaxis有限元模擬結果

2.5 分塊分區開挖

本工程基坑雖然挖深較淺，開挖面積較小，但周邊環境復雜，故對分塊開挖進行細化設計。根據原有結構后澆帶及對應2號、3號之間，地下車庫底板增設應急施工縫，將本基坑工程細分為4個施工段。各施工段開挖條件為前區施工段底板澆筑完畢且監測數據穩定。

3 圍護監測反饋

圍護的監測為施工管理信息化、數據化提供了可靠的依據［3］。根據實際監測數據情況反饋，本工程圍護結構安全有效。根據監測反饋，管線最大沉降量7.54mm，場地周邊已建建筑物(2號樓)最大沉降量13.54mm(見圖4)。

圖4 建筑物垂直位移（部分）監測數據

4 綜合分析與總結

根據本工程開挖過程中監測數據及地下結構施工完畢后繼續進行的追蹤情況，圍護結構選型安全合理，滿足了周邊環境的保護要求，希望以下幾點內容可對類似工程有所參考:

1)鋼支撐施工快捷，預應力可有效控制基坑變形;局部混凝土角撐提高基坑角部剛度，有效減小土體應力釋放引起的不均勻荷載;

2)分塊開挖及時施工墊層、底板，減小土體暴露時間可有效控制基坑變形;

3)在圍護體與地下室外墻間砌筑隔艙式分隔墻，有效控制SMW工法樁型鋼拔除后注漿外溢，減小變形。

［1］DG/T J08-61-2010，基坑工程技術規范［S］.

［2］劉國斌，王衛東.基坑工程手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［3］董亞欽.基坑圍護體系優化設計方案實例分析及處理［J］.山西建筑，2012，38(12):84-85.

［4］趙海鵬.申花大廈基坑工程設計［J］.結構工程師，2010，26(4):80-84.