水平支撑+斜抛撑的深基坑支护案例

王 艳

(上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海 200032)

1 工程简介

漕河泾开发区新建酒店项目位于上海古美路以东、田林路以南。拟建项目包括五星级酒店(22+1)层，公寓式酒店(9+1)层，写字楼(16+1)层，均设2层地下室，总建筑面积约93 136 m2。

基本呈150 m×100 m长方形，周长约为490 m，占地面积约为15 000 m2。车库区域基坑挖深为9.45 m，主楼区域基坑挖深10.65 m。

2 基坑周边环境情况

1)场地东侧为待拆迁厂房和临房，环境较为简单，地下室外墙距用地红线最小距离13.4 m，距现有围墙约23.4 m。

2)场地北侧为田林路，地下室外墙距用地红线最小距离29.7 m，现有围墙在红线内约10.0 m处。

3)场地西侧为古美路，地下室外墙距用地红线距离为18.0 m，现有围墙在红线内约7.0 m。

4)场地南侧为正在施工工地，地下室外墙距用地红线距离为15.8 m，红线外为约5.0 m宽的临时道路。在建项目为1层地下室，基坑已经开挖到底，目前正在浇筑地下室底板垫层，并于本工程施工前完成地下结构施工。

5)地下管线分布情况统计表见表1。

综上所述，本工程周围环境相对比较简单。在基坑开挖时最主要的保护对象是古美路上煤气管和污水管。基坑影响范围内无重要保护建筑物，故本基坑安全等级和环境波、保护等级均定为二级。

表1 管线分布情况统计表

3 工程地质条件

本工程基坑围护设计参数见表2。

表2 基坑围护设计参数

1)本工程场地属滨海平原地貌类型，位于古河道切割区，基坑开挖深度范围内涉及的地基土层为①层～④层。第③层淤泥质粉质粘土在水头差的作用下易产生流砂或管涌现象，基坑开挖前应采取降水措施;处于基坑底部的地基土是第④层淤泥质粘土，该层土性较差，有较明显的触变及流变性，在动力作用下强度降低易产生侧向位移，在基坑开挖时应尽量减少土体扰动。

2)根据勘察报告，场地北部(临近田林路)有一条东西向暗浜分布，暗浜宽度约为17.0 m，浜底最大深度为3.7 m。拟建场地第①1层填土厚度不均匀，一般为1.20 m～3.20 m，成分较为复杂，夹多量碎砖、混凝土碎块等建筑垃圾。在围护结构施工中需考虑其不利影响。

3)第⑤2层粉砂，层顶绝对标高－15.0 m～18.05 m，埋深不稳定，且第⑤2层粉砂透水性极佳，具有微承压性。围护设计时应验算承压水稳定性，必要时采取降承压水措施。

4 围护设计方案

根据本基坑挖深一般采用钻孔灌注桩+两道支撑的形式。但本项目基坑周围环境较为宽松，对围护结构的变形要求相对较低，综合考虑基坑安全性、操作性、工期、场地工程地质条件以及上海地区类似基坑设计经验等因素，经过多种方案反复比选，在确保基坑安全的前提下，确定了以下围护方案:

基坑周围10 m范围内卸土1.5 m后，采取钻孔灌注桩+三轴水泥土搅拌桩止水+一道钢筋混凝土支撑+一道钢管斜抛撑的方案。

具体设计思路如下:

1)围护结构。

地下车库区域卸土后挖深7.95 m，采用φ900@1 050钻孔灌注桩，有效桩长19.0 m～20.0 m(长度计算至围檩底面，且桩尖进入第⑤2层粉砂);主楼区域卸土后挖深9.15 m，采用φ900@1 050钻孔灌注桩，有效桩长21.0 m，靠边深坑区域采用φ950@1 100钻孔灌注桩，有效桩长22.0 m;灌注桩外侧采用工法三轴3φ850@1 200搅拌桩作为止水帷幕，有效桩长14 m(计算至地面)，水泥掺入量20%。

2)电梯井等局部落深区域，周围及坑内全部采用6 m长双轴2φ700@1 000搅拌桩加固封底。

3)为提高坑底土被动土压力、有效控制围护结构的变形，在基坑北侧靠田林路和南侧长边采用2φ700@1 000水泥土搅拌桩裙边加固，西侧古美路以及东侧阳角处坑内采用搅拌桩暗墩加固。加固范围为坑底以上5 m(水泥掺量8%)和坑底以下4 m(水泥掺量13%)。

4)支撑。

第一道支撑采用边桁架+对撑+角撑的混凝土支撑形式(见图1)。支撑轴线较坑外地面落低0.4 m，轴线标高－2.7 m，顶部设置贯通封闭的1.2 m×0.8 m压顶圈梁兼作支撑围檩，以增加围护结构的纵向整体性，主撑截面0.9 m×0.8 m，联系杆0.7 m×0.8 m。第二道围檩采用 C30钢筋混凝土，截面1.0 m×0.8 m，轴线标高－6.75 m，支撑采用φ609×16钢管斜撑，钢管与底板处设置混凝土支座。斜撑长度根据底板实际情况，角度按20°控制，采用盆式开挖(见图2)。

图1 第一道支撑平面布置

图2 第二道支撑平面布置

典型剖面图见图3。

图3 典型剖面图

5)立柱。

采用灌注桩内部插钢格构柱的方法，在坑底以下为15 m长的φ800灌注桩，坑底以上采用10 m长450×450格构柱(4根L140×14角钢及若干扁钢焊接)，插入灌注桩2 m以上。

6)降水。

采用深井降水，水位需降至坑底以下1 m～2 m，局部落深深坑内应单独设置深井井点。

5 基坑开挖对环境的影响

基础施工监测工作自2008年10月25日工程桩施工前进场测试初始值开始，到2010年2月7日，地下结构全部施工至±0.000，监测数据基本稳定为止，总历时近16个月。

本工程监测主要可分以下几个阶段:

1)第一阶段(2008年10月25日～2009年5月9日):工程桩、围护结构、地基基础加固及第一道临时支撑施工。

2)第二阶段(2009年5月10日～2009年10月11日):土方开挖阶段，直至2010年10月11日基础底板全部浇筑结束。

3)第三阶段(2009年10月12日～2010年2月7日):地下结构施工、临时支撑拆除施工，直至2010年2月7日地下结构施工完成。

表3 周边地下综合管线垂直位移监测数据 mm

图4 周边地表沉降图

图5 围护桩顶位移图

图6 测斜图

通过表3，图4～图6来看:

1)基坑开挖后，围护结构向坑内侧向位移逐渐发展，周边土体随之发生一定的垂直位移，周边地下管线因而出现向下位移的现象，随着开挖深度的增加，周边地下管线的垂直位移量不断增加，且速率也不断增加，直至地下结构全部施工完成为止，管线测点最大垂直位移量为－23.40 mm。

2)在围护结构与工程桩施工过程中，基坑周边的地表剖面有小幅隆起，在基坑开挖施工期间，剖面线测点的隆沉起伏变化逐渐发展，随着开挖深度的增加，垂直位移速率也不断增加;至土方开挖到设计坑底标高后，随着基坑大底板浇筑完成，剖面线测点垂直位移速率逐渐趋于稳定状态。其变化规律与管线等周边环境的情况基本一致。

3)围护顶部在开挖过程中受坑底土体卸载后回弹影响，除个别测点外，其他测点均表现为向上隆起现象。原因可作如下解释:每次大面积开挖时，土体卸荷量相当大，坑底土因卸荷产生较大隆起，带动围护体一起抬升。

围护顶圈梁在垂直方向上位移最大值为+15.74 mm;在水平方向上均表现为向基坑方向位移，最大值为+11 mm。

4)基坑大底板浇捣后，围护顶部各变形测点逐渐趋于稳定，各测点在地下结构施工期间变化较为平缓。

6 结论及建议

1)在整个基坑施工过程中，围护结构总体变形不大，表明地下围护结构始终处于安全可控的范畴，基坑运行正常。

2)开挖10 m左右的基坑，采用一道水平支撑+一道斜抛撑可以控制基坑变形，经济性较好，但在工期和施工方便性上并无较大优势，尤其对承台基础的基坑，斜抛撑的架设反而使施工更加复杂化。

3)立柱顶部应有足够的长度锚入支撑梁，尤其在栈桥下的立柱，必要时须用剪刀撑加固，否则重车荷载作用下，立柱容易失稳。

4)开挖至各层支撑及底板的标高时，应迅速采取浇筑垫层、各层支撑等措施，这对于有效控制围护结构变形大有益处。

5)施工监测是保障工程施工安全，减少经济损失，同时验证围护设计准确性的不可缺少的强有力手段。

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