復雜環境條件下的大型深基坑施工及監測分析

徐 軍

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

上海大部分地區為濱海平原型沉積區。地下水位淺，深基坑工程地質環境差；同時，上海的深基坑鄰近建（構）筑物如地鐵隧道、地下管線、主干道、大廈、居民樓等復雜多變，對基坑開挖引起的周邊建（構）筑物沉降、變形異常敏感，在開挖過程中需進行實時監測[1]。

針對深基坑監測進行分析的成果很多[2-3]，但大多數的研究針對的是周邊環境相對簡單的基坑，少有對形狀不規則、周圍環境復雜、支護形式多樣的深基坑進行監測分析。

本文針對上海某商辦項目深基坑工程復雜環境下的深基坑設計施工進行了介紹，對深基坑開挖過程進行監測，分析深基坑施工過程中對周邊環境的影響規律，旨為上海及周邊地區類似復雜環境下深基坑工程的開挖支護設計、施工提供有益參考。

1 工程概況

1.1 基坑概況

上海某商辦項目擬建2幢高100 m的辦公塔樓和7層商業裙房，設2～4層地下室，基坑開挖面積約43 294.0 m2，基坑工程安全等級和周邊環境保護等級均為一級，其中鄰近軌道交通運營區間隧道側設2層地下室，開挖面積約1 853 m2，開挖深度13.4 m，其余區域設4層地下室，開挖面積約41 400 m2，開挖深度23.3～24.0 m（圖1）。±0.00 m相當于絕對高程4.00 m，屬于超大深基坑。

圖1 基坑分坑及周邊環境

1.2 環境概況

基坑周邊環境復雜。基坑東側為共和新路和軌道交通區間隧道，共和新路路下有各類管線11根，路上為南北高架；基坑南側大寧路下有各類市政管線8根；基坑西側為居民小區，居民樓大多建造年代較久，采用淺基礎磚混結構，樓板多采用預制多孔板，結構改造薄弱，整體性差；基坑北側為某娛樂城，娛樂城中的劇場采用膜結構。周邊建（構）筑物與地下2層基坑的地下連續墻邊線的距離最近7.5 m，與地下4層基坑的地下連續墻邊線的距離最近8 m。

1.3 工程地質條件

場地地貌類型為濱海平原類型，場地地表分布有厚1.00～5.10 m的雜填土，地表下30.0 m深度段地基土層分布基本穩定，30.0～75.0 m深度段地基土層變化較大。根據勘察報告提示，淺部第③、④層灰色淤泥質黏土，滲透性差，土質軟弱，易發生流變或出現彈簧土現象。場地潛水位埋深0.55～2.40 m，年平均水位埋深為0.50～0.70 m。根據勘探揭露，該基坑場地第一承壓水水位埋深為2.90 m左右，第二承壓水水位埋深為7.80 m左右。

2 支護結構設計

2.1 圍護結構

地下4層區域外圍采用厚1.2 m地下連續墻（十字鋼板剛性接頭，軌道交通50 m范圍內采用套銑接頭），深度49.6～54.6 m；各分區中隔墻采用厚1 m地下連續墻，深46.6～49.6 m；2層地下室區域采用厚1 m、深28 m地下連續墻（圓形鎖口管柔性接頭）。

2.2 水平支撐體系

1區、2-2區基坑共有5道鋼筋混凝土支撐；2-1區、3-1區、4-1區基坑共有6道鋼筋混凝土支撐；3-2區、4-2區、4-3區基坑共有6道支撐，第1、5、6道為鋼筋混凝土支撐，第2～4道為鋼管支撐；5區、6區、7區、8區基坑共有4道支撐，第1道為鋼筋混凝土支撐，第2～4道為鋼管支撐。鋼筋混凝土支撐混凝土強度等級均為C35，鋼管支撐為φ609 mm×16 mm鋼管，鋼管支撐均帶油壓泵軸壓自動伺服系統，加1個壓力量程達3 000 kN的油壓泵（帶回鎖功能）。

2.3 基坑加固

本工程采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁進行裙邊加固，加固范圍和寬度詳見表1，其中靠近軌道交通基坑分區實行滿堂加固，三軸水泥土攪拌樁單樁水泥摻量≥25%。5區、6區、7區、8區墊層采用厚300 mm的C30素混凝土墊層，墊層內設H300 mm×300 mm×10 mm×20 mm型鋼支撐（每幅墻2根）。其余分坑采用厚300 mm素混凝土墊層，局部深坑加固則采用φ1 000 mm@700 mm三重管高壓旋噴樁梅花形布置，加固頂標高為坑底標高，單樁水泥摻量≥25%。

表1 三軸攪拌樁坑內加固類型

坑內三軸攪拌樁加固體與地下連續墻成槽加固體間（或地下連續墻間）采用φ800 mm@500 mm三重管高壓旋噴樁填充加固，單樁水泥摻量≥25%。

為保護居民樓結構安全，本基坑在基坑西側及南側圍護結構外基地紅線范圍內設置雙排φ350 mm拱形樹根樁，并結合單排φ400 mm樹根樁作為隔離保護結構，樁長28 m。

3 地下水處理

本基坑開挖涉及的潛水含水層，由于被地下圍護結構隔斷了潛水的水平補給來源，故采用真空疏干降水井來完成降水工作；對于第⑦層的承壓水，考慮到地下圍護已深入到第⑧1層黏土層中，完全隔斷第⑦層承壓水，并切斷了坑內第⑦層含水層水平補給來源，所以在第⑦層承壓含水層布置泄壓井，直接將其壓力釋放、泄壓。坑外設置回灌井和觀測井，如果坑外水位下降超過1 m，視情況進行回灌。

4 土方開挖

基坑共分12個區，通過對支護設計方案的研究，確定12個分坑獨立交叉、先后施工，土方開挖過程中充分利用時空效應原理，先施工中間的大分坑，后施工靠居民區和地鐵的小基坑，開挖方案如下：

1）開挖1區。在1區開挖前，除本區外，已完成鄰近分坑3-2區地下連續墻、樁基及坑內加固。

2）開挖2-1及2-2區。在2-1區及2-2區開挖之前，基坑1區已經開始回筑施工，另外，2-1開挖之前，除本區外，需完成5區、6區地下連續墻、樁基及坑內加固；2-2區開挖之前，除本區外，需完成4-2區及4-3區地下連續墻、樁基及坑內加固。

3）開挖3-1區及3-2區。在3-1區及3-2區開挖之前，需滿足1區出±0.00 m，且2-1區及2-2區底板完成澆筑并達到設計強度；另外，3-1區開挖前除本區外，需完成6區及7區地下連續墻、樁基及坑內加固。

4）開挖4-1區及4-2區。在4-1區及4-2區開挖之前，需滿足2-2區出±0.00 m，且3-1區及3-2區底板完成澆筑并達到設計強度；另外4-1區開挖前除本區外，需完成7區、8區地下連續墻、樁基及坑內加固。

5）待4-2區底板完成澆筑并達到強度后，回筑時開始開挖4-3區。

6）待2-1區出±0.00 m后，即可開挖施工5區。

7）待3-1區出±0.00 m，且5區底板完成澆筑并達到強度后，即開挖施工6區。

8）待3-1及4-1區出±0.00 m，且6區底板完成澆筑并達到強度后，即可開挖施工7區。

9）待4-1區出±0.00 m，且7區底板完成澆筑并達到強度后，即可開挖8區。

基坑各區按以下要求實施：第1層土開挖時，各分區根據開挖順序依次整體式退挖，快速形成第1道支撐；第2層以下土方開挖施工時，應遵循“分層、分塊、留土護壁、對稱、限時開挖施工”的總原則，利用時空效應原理，支撐隨挖隨撐、底板墊層隨挖隨澆。同編號分塊，土方開挖、內支撐架設或制作需控制在18 h（居民住宅側）、12 h（地鐵側）內。最后一層坑邊土方從分塊開挖到墊層澆筑完畢須控制在12～24 h內，隨挖隨澆墊層，各分塊墊層面積應控制在200 m2內。

5 基坑監測情況分析

本基坑在開挖過程中進行了大量的監測，監測內容主要包含有周邊建（構）筑物垂直位移、水平位移及居民區房屋傾斜，周邊管線垂直、水平位移，圍護結構變形、坑內外地下水位變化、坑外地表沉降等。

由于篇幅限制，下文僅就對周邊居民樓影響較大且有代表性的1區及4-2區的監測結果進行分析。

5.1 圍護墻體測斜結果分析

選擇典型的2個測斜孔CX28（1區）、CX88（4-2區），測點布置詳見圖1，對基坑圍護墻體測斜累計變化進行測量分析（圖2、圖3）。從圖2、圖3中可以看出，墻體的水平位移隨開挖深度的增加逐漸增大，而后逐漸減小，整體呈弓形。CX28孔的墻體最大水平位移為77 mm，CX88的最大水平位移為46 mm。CX28孔最大水平位移值比CX88孔監測值大，這是受開挖面積（1區＞4-2區）和開挖時間（1區早于4-2區）以及分坑的水平支撐設計影響。另外，根據最大水平位移值可以看出，隨著坑內土方大范圍的卸載，圍護墻體水平位移較大，在施工過程中需時刻注意水平支撐軸力監測數據的變化，觀察周圍土體變形。而在后續施工過程中，盡管圍護墻體測斜監測數據趨于穩定，但設計與施工仍有進一步的改進空間。

圖2 CX28測斜孔位移-深度曲線

圖3 CX88測斜孔位移-深度曲線

5.2 基坑周邊建筑沉降分析

從1區開挖過程中基坑北側娛樂城沉降隨土方開挖的變化曲線（圖4）可以看出，建筑沉降隨著時間的增加而增大，周邊建筑物沉降呈明顯的線性變化，沉降速率變大，在基坑大底板完成時，該建筑最大沉降為91.1 mm。這是由于地下連續墻發生側向變形帶動了周邊土體的滑移產生較大沉降。

另外，開挖過程中地下連續墻接縫處有多處漏點，坑外水位下降明顯，導致了土體發生沉降，說明在施工過程中需加快基坑水平支撐的形成，保證地下連續墻接頭施工質量，并且加強坑外地下水監測，適時做好回灌。

從4-2區開挖過程中基坑西側及南側建筑沉降隨土方開挖的變化曲線（圖5）可以看出，基坑西側測點F58、F65、F66沉降變化速率較大，沉降最大值達到17.9 mm，基坑南側測點F84、F85在后期有土體隆起，在整個4-2區開挖至大底板完成期間，周邊房屋點沉降變化量相對穩定。

圖4 1區基坑施工時北側某娛樂城沉降隨時間變化

圖5 4-2區基坑施工時周邊居民 樓沉降隨時間變化

6 結語

針對本基坑圍護工程實踐與現場施工監測分析結果，得出以下結論：

1）針對超大深基坑，為保證周邊環境安全，采用分坑施工，先施工中間大基坑，后施工靠近敏感環境的小基坑。

2）做好基坑加固設計，尤其對靠近敏感建筑的基坑，做好隔離樁設計施工顯得尤為重要。

3）地下連續墻深層水平位移隨開挖深度的增加而增大，深層水平位移為弓形。水平支撐數量及支撐形式對地下連續墻水平位移影響較大。

4）基坑周邊建筑沉降隨著開挖深度的增加而增大，地下連續墻水平位移較大及坑外地下水水位下降會加深對基坑周邊建筑沉降的影響。