多種組合式支護結構在局部狹小空間深大基坑工程中的應用

楊宇松

上海建工房產有限公司 上海 200080

伴隨著現代化城市建設的不斷發展，地下空間的利用與開發也呈現出多樣化和復雜化的特點[1-2]。

然而，僅采用單一式的支護結構不足以滿足基坑工程施工對安全性、經濟性以及工期等的需求，因此采用組合式的支護結構，對不同的支護區域進行區別對待，才是經濟合理的選擇。

1 工程實例

1.1 工程概況

背景項目位于上海市浦東新區，市政海路（規劃）以東，勤奮路（規劃）以南，無名河以西，中港河以北所圍合的區域內。擬建主體工程包括5幢高層住宅、1幢KT站、1幢PT站、1幢垃圾房、1幢門衛、燃氣調壓站及整體1層地下車庫。基坑總面積約23 500 m2，周長約612 m，平面呈不規則矩形，基坑普遍開挖深度6.08 m。基坑周邊環境條件：東側、南側及西側均有河道；西側、北側均有規劃道路；用地紅線與基坑間距離很近，最小僅2.70 m。

1.2 工程地質與水文概況

本場地地貌屬于上海地區五大地貌單元中的濱海平原地貌類型，基坑開挖范圍內涉及的土層主要為①1素填土、②粉質黏土、③1淤泥質粉質黏土夾粉性土、③2黏質粉土夾淤泥質粉質黏土、③3淤泥質粉質黏土。

場地內潛水穩定水位埋深為0.91～2.50 m，設計時地下潛水位按最不利條件，選取埋深0.50 m考慮。承壓水處在⑦砂質粉土中，屬第Ⅰ承壓含水層。

1.3 不良地質概況

1）明、暗浜。場地西北地段分布1處明浜及1處暗浜。明浜呈T字形，河寬11 m左右，水深0.40～0.70 m，其下分布浜底淤泥，明浜西側以北填埋，下方分布浜填土。場地北浜填土，厚度0.60～1.70 m，流塑狀，富含有機質，土質極差。在基坑圍護結構設計、施工時，需考慮其不利影響，宜采取加強圍護結構措施。

2）厚填土。場地西側樹林地段地勢較高，堆土需采取清運或視工況因地制宜采取相關工程措施。

3）淺層粉性土。場地淺層有③2黏質粉土夾淤泥質粉質黏土分布，在動水作用下易形成管涌、流砂現象，對基坑開挖有一定影響，需引起重視。

2 基坑總體設計方案

2.1 基坑特點分析

1）局部支護使用空間不足。地下室外墻與用地紅線局部位置最小間距僅為2.70 m，造成支護結構局部用地空間不足，使得圍護結構的選型有一定的困難。

2）基坑防滲止水難度高。根據地勘報告相關內容，場地內分布有③2黏質粉土夾淤泥質粉質黏土，該土層透水性強，在動水作用下易形成管涌、流砂現象，因此確保基坑工程的安全施工，做好防滲止水難度大。

3）工程體量大，工期要求高。由于本工程體量大、工期緊，因而基坑的整體支護方案選型需要綜合考慮場地、工期等要求，以滿足各參建方的要求。

2.2 基坑支護方案設計

2.2.1 基坑支護方案選型

本工程基坑面積約23 500 m2，普遍開挖深度5.88 m，承臺和號房單體開挖深度6.08 m，環境保護要求三級，屬于較大規模的深基坑工程，因此需要選擇一種經濟、適宜的基坑支護設計方案，以確保基坑工程安全順利實施，同時讓業主的投資最優化、收益最大化。

1）放坡開挖是最為經濟、便捷的基坑施工方法。放坡開挖工藝簡單、造價低、施工速度快，但由于基坑是敞開式開挖，所以需要有充足的施工場地與放坡空間。本工程用地紅線與基坑邊線之間的距離難以滿足基坑放坡開挖所需的場地空間要求。

2）水泥土重力式圍護墻是一種使用固化劑加固土體后，使得土體形成一定厚度和嵌固深度的無支撐重力式墻體，以承受墻后水、土壓力的擋土結構。該支護結構是依靠墻體自重、墻底摩阻力和墻前基坑開挖面以下土體的被動土壓力穩定墻體，以滿足圍護墻的穩定性和控制墻體變形等要求。水泥土重力式圍護墻變形控制能力一般，內部可敞開式挖土，施工便捷，但需占用紅線內一定寬度的場地空間，本基坑大部分區域可以采用該種支護形式。

3）復合土釘支護結構是由密布于土體中的土釘、土釘之間的被加固土體及黏附于土體表面的鋼筋混凝土面層組成，是一種具有一定自穩性的擋土結構。該支護結構能夠抵抗其后水、土及地面附加荷載等作用力，從而保持開挖面的穩定。該支護結構施工便捷，其經濟性相比水泥土重力式圍護墻更具優勢。但其使用受用地紅線的限制，空間條件往往較難以滿足。

4）土工法樁是將型鋼插入水泥土攪拌樁而形成的復合式支護結構，具有較大的剛度和一定的止水性能。此外，型鋼可在基坑施工完成后再拔除，造價較為經濟；型鋼布置還可根據基坑挖深及環境條件靈活選擇“插一跳一”“密插”等形式。在本基坑西側、南側空間不足區域采用土工法樁結合1道豎向鋼管斜撐的支護方式，并采用中心島式挖土，完全可以滿足本工程基坑的穩定性及內力變形控制要求。相比大面積設置水平支撐的方案，采用豎向斜撐方案將大大節省支撐材料用量，受力性能也更好，但對施工總包單位的施工水平和組織能力有較高要求。

根據相關規范要求及上海地區工程經驗，結合基坑周邊環境及用地紅線退界情況，并遵循“安全、經濟、方便施工”[3]的原則，本基坑工程總體采用明挖順作分區施工的方案，同時考慮到基坑的開挖深度、場地的周邊條件及環境保護要求等，本工程普遍采用水泥土重力式圍護墻作為基坑周邊圍護結構的基本形式，在東側、南側空間不足區域采用土工法樁圍護結合1道豎向鋼管斜撐的支護結構形式。整個基坑按照“先深后淺”的開挖流程[4]，以減少基坑開挖過程中暴露的時間和空間，從而有效控制基坑變形以及保護周邊環境。

2.2.2 基坑支護結構空間充足區域

由于基坑西側、南側局部以及東側局部的用地紅線與基坑邊線間距為5.7～6.9 m，該距離無法采用放坡開挖或復合土釘支護。而板樁結合斜拋撐支護體系施工流程煩瑣、工期長且造價高，因此結合實際情況，對本區域采用水泥土重力式圍護墻結構，并在墻體迎坑面插入H型鋼，同時在基坑周邊設置被動區墩式加固（圖1），以較好地控制支護結構的變形、位移及整體穩定性。

圖1 水泥土重力式圍護墻結構剖面布置

2.2.3 基坑支護結構空間不足區域

1）“椅子式”水泥土重力式圍護墻區域。由于基坑北側區域用地紅線與基坑邊線間距僅4.8 m左右，為確保基坑開挖安全，該區域采用“椅子式”水泥土重力式圍護墻，即圍護墻體迎坑面加打2排φ700 mm@500 mm雙軸水泥土攪拌樁，基底以上部分將在基坑開挖時挖除，并在墻體迎坑面插入H型鋼，同時在基坑周邊設置被動區墩式加固（圖2），以較好控制支護結構的變形、位移及整體穩定性。

2）水泥土重力式圍護墻套打“雙排樁”區域。由于基坑西側局部和西北角用地紅線與基坑邊線間距僅為3.8～4.2 m，為了確保基坑開挖的安全，在該局部區域采用重力壩內套打φ700 mm@1 500 mm（2 000 mm）雙排灌注樁，并在樁頂間設置鋼筋混凝土連梁，形成一種復合空間門架式支護體系（圖3）。該多種組合式支護式結構體系能有效提高支護結構的整體抗變形能力，從而有利于控制基坑的變形、位移及整體穩定性，大大減小基坑開挖施工對周邊環境的影響。并且該多種組合式支護結構體系不需內設支撐，施工方便，能有效縮短工期。

圖2 “椅子式”水泥土重力式圍護墻結構剖面布置

圖3 水泥土重力式圍護墻套打“雙排樁”支護結構剖面布置

3）土工法樁圍護區域。由于基坑南側局部和東側局部區域用地紅線與基坑邊線間距僅為2.7 m左右，為了確保基坑開挖的安全，在該局部區域采用工法樁結合1道豎向鋼管斜撐的支護結構形式，基坑周邊設置被動區墩式加固。為有效控制圍護墻的變形和位移，施工過程中采用中心島式挖土方案，同時預留土坡，采用兩級放坡：一級坡坡度≤ 1∶1.5，二級坡坡度≤1∶2.0，坡間平臺寬度≤1.5 m，坡頂平臺寬度≤5.0 m。為了確保邊坡穩定，需采取有效的護坡措施：坡面采用厚50 mm的C20混凝土面層結合φ6 mm@200 mm×200 mm的雙向鋼筋網護坡，并在開挖階段限制坡頂堆載（圖4）。

圖4 土工法樁支護結構剖面布置

3 環境影響數值分析

本工程通過Plaxis有限元軟件，結合基坑開挖施工工況選取了2個危險剖面：水泥土重力式圍護墻內插型鋼鄰近道路位置和土工法樁結合1道豎向鋼管斜撐鄰近河道駁岸位置，分析了基坑開挖施工過程中支護結構的變形及對周邊環境影響的變化趨勢，以便及時采取有效的控制措施。

根據計算分析結果，當基坑開挖至基底時，各危險剖面關鍵支護結構、道路以及建（構）筑物的位移情況如下：

1）水泥土重力式圍護墻內插型鋼鄰近道路位置：圍護結構最大側移出現在基坑頂部位附近，為19.7 mm，基坑外規劃道路最大沉降3.6 mm。

2）土工法樁結合1道豎向鋼管斜撐鄰近河道駁岸位置：圍護結構最大側移出現在基坑底部位附近，為12.2 mm，基坑外河道駁岸最大沉降0.6 mm。

參照上海市地方標準DG/T J08-61—2018《基坑工程技術標準》，各項位移值均滿足規范允許的變形控制值要求，進一步表明本工程基坑圍護方案在基坑開挖過程中對支護結構、道路以及基坑周邊建（構）筑物的影響滿足安全性要求。

4 結語

對于開挖深度深、面積大以及周邊環境多樣的基坑工程，尤其是處于上海軟土地區的基坑工程[5]，需結合基坑各邊的周邊空間可利用條件、基坑挖深及土層地質特性等因素，從基坑的安全性、技術的有效性、施工的可行性以及經濟的合理性等多方面進行綜合考慮，擇優選用適宜于當前基坑工程情況的支護結構設計方案。

本工程結合基坑的特點及周邊環境情況，對不同的區域分別采用了水泥土重力式圍護墻、“椅子式”水泥土重力式圍護墻、水泥土重力式圍護墻套打“雙排樁”支護結構以及土工法樁支護結構等多種組合式支護結構，在保證了基坑開挖施工的安全性和保護了周邊環境的前提下，也滿足了業主方對于施工進度、經濟效益及工期的需求，可為今后類似工程提供一定的參考經驗和價值。