2010年上海世博会中国馆（地区馆）基坑围护设计

朱小军

（上海申元岩土工程有限公司，上海 200011）

2010年上海世博会中国馆（地区馆）基坑围护设计

朱小军

（上海申元岩土工程有限公司，上海 200011）

结合2010年上海世博会中国馆（地区馆）项目基坑面积巨大，开挖较深，周边环境复杂，保护要求较高，且对施工工期要求极高的特点，提出采用钻孔灌注桩排桩挡土结合一道钢管斜抛撑围护结构形式，通过信息化施工，大大节约了工程造价和施工周期，具有很强的经济价值和社会效益。

基坑，围护设计，中心岛，环境影响，信息化施工

中国2010年上海世博会中国馆项目由国家馆、地区馆、港澳台馆三个部分组成，其中国家馆与地区馆作为世博园区核心建筑物之一，永久保留。中国馆项目场地位于浦东新区世博规划围栏区B片区，东接云台路、南起南环路、西邻上南路、北抵北环路，轨道交通M8号线从基地西北角地下穿过并通过地铁周家渡站与场地内建筑连接。国家馆和地区馆地下空间连通为一体，设1层地下室（局部地下2层），基坑总面积近4.5万m2。其中，地区馆基坑面积约3.3万m2，开挖深度8.6 m～10.3 m。

1 工程特点与难点

1）地质条件复杂。拟建场地工程地质及水文地质条件复杂，表层杂填土较厚，成分主要为建筑垃圾，对基坑施工不利;坑底位于第④层淤泥质粘土，土层较厚且力学性能较差，基坑开挖时土体变形大，开挖后容易发生蠕变变形;本场地在深度约17.0 m以下存在着第⑤2层砂质粉土夹粉质粘土层，为微承压含水层，对基坑可能产生顶突及突涌作用的危害。另外，拟建场地原为上钢三厂，其下废弃基础、桩基等地下障碍物较多且埋置较深，清理困难。场地土层分布及相关参数见表1。

表1 土层物理力学参数

2）周边环境复杂。世博中国馆项目，西侧紧邻运营中地铁M8号线及地铁周家渡站，其他三侧邻近已建市政道路，道路下分布有共同沟、煤气管、污水管、上水管等众多重要地下管线及构筑物，对水平位移的控制要求较高，且对基坑开挖引起的地面沉降较为敏感，环境保护要求极高。

3）工期紧张。按照常规设计及建造施工周期，类似建筑至少需要两年时间才能完成，但根据进度计划要求中国馆项目必须在2009年年底前竣工，工期只有不到一年半的时间且完全没有回旋余地，这就要求中国馆项目必须是在边设计边施工的特殊条件下进行，由此势必带来较大的调整工作量。由于围护设计的特殊性质，施工图设计须待主体结构设计调整完成后方可进行，属于设计调整的最后一个环节;围护结构却是施工开始的第一项任务，因此围护设计及施工周期极为紧张。

4）基坑规模较大。地区馆项目基坑总面积约3.3万m2，开挖土体约30万m3。基坑施工过程中“时空效应”特别是空间效应影响比较显著，从而可能导致坑底土体隆起，周边地面沉降，进而影响基坑及周边环境安全，对基坑支护设计及施工要求较高。

2 围护结构设计

2.1 围护结构选型

根据主体结构特点，中国馆地下结构“名义”上为地下1层，但其地下室层高达8 m，实际相当于中楼板缺失的常规项目地下2层的深度。按照上海地区的常规做法，类似项目基坑工程一般采用板式围护结构结合两道水平混凝土支撑分区施工。此种做法具有以下缺点:分区施工，基坑内部考虑大基坑的风险一般需设置分期墙，同时为保证挖土、出土方便须设置大量施工栈桥及立柱，工程造价较高;结构中楼板缺失，为保证基坑安全，在第一道水平支撑拆除时须另行设置中楼板换撑，施工较为繁琐;支撑爆破后会有二次变形，且生成大量的建筑垃圾处理困难，不利于环保;地下室结构施工工期将比预定工期延误约6个月等。

作为上海市重大工程、世博会重点项目的中国馆项目，对施工工期要求近乎苛刻，上海地区类似深度及规模基坑设计的常规做法对本工程不适用。针对中国馆项目的特点，围护设计人员通过计算分析、多方案比选，本着在保证安全、经济的大前提下，一切为了进度的原则，大胆而科学地进行科技创新，将中心岛做法应用于本工程，提出采用钻孔灌注桩排桩挡土结合一道钢管斜抛撑围护结构形式。在此之前，“斜抛撑中心岛做法”在上海地区一般用于开挖较浅及周边环境保护要求不高的基坑工程。通过本工程的成功实施，大大节约了工程造价和施工周期，且为上海软土地区深大基坑工程采用“中心岛”技术积累了丰富而宝贵的经验。

2.2 围护技术特点

地区馆项目主要挖深8.6 m，区域板式围护结构采用φ1 000 @1 150 mm钻孔灌注桩，因基坑面积较大，为控制坑底土体隆起，围护灌注桩基坑插入比为1∶1.4左右;为控制桩顶位移，同时考虑到距离道路下管线距离较近，灌注桩后排设置3.85 m宽无挤土效应且强度较高的φ850三轴劲性水泥土搅拌桩坝体。

支撑采用一道斜抛撑中心岛开挖的形式。斜抛撑体系具有设置灵活方便，节省工程造价等优点，在大面积基坑工程中使用经济优势非常明显。本工程基坑开挖较深，围护结构所受侧压力较大，斜抛撑采用16 mm厚φ609双拼钢管。同时，因斜抛撑较长，为防止支撑失稳，构造上设置22号槽钢将双拼钢管连接，以增强其整体性。

基坑剖面示意图如图1所示。

图1 基坑剖面示意图

中国馆项目采用此种结构形式具有以下优点:围护及支撑等临时结构工程量最少，造价最低;地下室部分的施工工期最短;中间留有超大的挖土空间，施工方便，但是具有围护体位移较大的缺点。针对这一问题，在设计中采取了如下措施:为进一步控制浅层土体位移，钻孔灌注桩桩顶与地面齐平;为了增加被动区土体抗力，减小基坑变形，在坑内两级放坡平台位置设置4.7 m宽的水泥土搅拌桩加固，此区域加固考虑经济性因素，加固搅拌桩采用φ700@500双轴水泥土搅拌桩;合理安排土方分块开挖，优化土方开挖模式，包括每层土方开挖的厚度、范围、坑边留土高度与宽度，特别是坑底区域的挖土、留土、底板浇筑与临时支撑的设置等。

3 设计计算

3.1 围护体计算

基坑围护体的计算采用规范推荐的竖向弹性地基梁法，土的c，φ值均采用勘察报告提供的固结快剪峰值指标，围护墙变形、内力计算和各项稳定验算均采用水土分算原则，地面超载按20 kN/m2考虑。在支撑体系的计算中，将支撑与围檩作为整体，按平面杆系进行内力、变形分析。支撑竖向及立柱按空间受力的框架进行分析。基坑设计计算软件采用同济启明星基坑支护计算软件（FRWS），支护桩体内力及位移计算采用朗肯土压力理论。围护体位移内力计算包络图如图2所示。

3.2 环境影响计算分析

主要考虑基坑开挖对周边道路的影响，采用Plaxis有限元分析程序建立二维分析模型。计算模型图如图3所示。

土体采用Mohr-Coulomb模型，围护桩和支撑采用二维梁单元，考虑围护与土体的耦合作用。计算区域为:竖直向影响深度一般不小于2H（H为基坑开挖深度），本模型取为地表以下40 m;水平向影响范围一般不小于3H（H为基坑开挖深度），本模型水平向距离取为距基坑边35 m。水平方向为X方向，垂直方向为Y方向，且对X边界施加X向位移约束，Y边界施加Y向约束。采用等三角形六节点模拟土体、水泥土;用梁单元模拟灌注桩;灌注桩和土体之间采用接触面单元模拟。支撑模型采用点锚式杆件材料（弹性材料），支撑间距假定为10 m。

围护体水平变形云图如图4所示。

图2 位移内力包络图

图3 数值计算模型图

图4 水平变形云图

计算结果表明:采用此种围护结构形式，基坑开挖至坑底时，围护桩最大水平位移为26.58mm，邻近基坑道路及其地下管线最大水平位移为14.7 mm;最大竖向位移为11.2 mm。数值模拟结果表明基坑开挖对周边环境的影响在规范允许的范围内。

4 信息化施工

在本特大型超深基坑设计采用了一系列的科技创新和设计创新的同时，对信息化施工提出了详细的要求和安排，同施工、监理和监测单位一起形成了一整套设计、施工、监测相配合，由设计指导施工，施工、监测验证完善设计的措施，真正做到信息化施工。

根据现场实测监测数据不断调整对基坑施工、土方开挖的要求，确保基坑工程施工科学合理的进行，确保环境安全在可控范围之内，顺利的完成了中国馆项目的基坑工程施工。中心岛施工形成及钢管支撑架设现场实拍照片如图5，图6所示。

图5 中心岛形成实拍图

图6 斜抛撑架设实拍照片

5 结语

从现场实际情况和工程造价分析来看，中国馆项目采用此种结构形式，具有以下优点:围护及支撑等临时结构工程量最少，造价最低;地下室部分的施工工期最短;支撑下土体采用中心岛式开挖法，中间留有超大的挖土空间，施工最方便;可回收的钢管斜抛撑同时兼做中楼板换撑，最经济、环保，具有很强的经济价值和社会效益。本工程的顺利实施，为上海类似项目基坑围护设计提供了成功经验，具有很强的借鉴意义和参考价值。

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Foundation enclosure design of Chinese pavilion（regional pavilion）in 2010 ShanghaiW orld Expo

ZHU Xiao-jun

（Shanghai Shenyuan Geotechnical Engineering Co.，Ltd，Shanghai200011，China）

In light of Chinese pavilion（regional pavilion）project characteristics in 2010 ShanghaiWorld Expo，such as large foundation area，deep excavation，complicated surrounding environment，high protection requirement and strict construction schedule，the paper puts forward the enclosure form of integrating bored pile retaining wallwith steel tube inclined bracing，which has strong economic value and social benefits.

foundation，enclosure design，center island，environmental influence，information construction

TU463

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.18.134

1009-6825（2012）18-0084-03

2012-04-25

朱小军（1981-），男，硕士，工程师