复杂环境条件下的大型深基坑施工及监测分析

2018-10-10徐军

建筑施工 2018年6期

徐军

上海建工集团股份有限公司上海 200080

上海大部分地区为滨海平原型沉积区。地下水位浅，深基坑工程地质环境差；同时，上海的深基坑邻近建（构）筑物如地铁隧道、地下管线、主干道、大厦、居民楼等复杂多变，对基坑开挖引起的周边建（构）筑物沉降、变形异常敏感，在开挖过程中需进行实时监测[1]。

针对深基坑监测进行分析的成果很多[2-3]，但大多数的研究针对的是周边环境相对简单的基坑，少有对形状不规则、周围环境复杂、支护形式多样的深基坑进行监测分析。

本文针对上海某商办项目深基坑工程复杂环境下的深基坑设计施工进行了介绍，对深基坑开挖过程进行监测，分析深基坑施工过程中对周边环境的影响规律，旨为上海及周边地区类似复杂环境下深基坑工程的开挖支护设计、施工提供有益参考。

1 工程概况

1.1 基坑概况

上海某商办项目拟建2幢高100 m的办公塔楼和7层商业裙房，设2～4层地下室，基坑开挖面积约43 294.0 m2，基坑工程安全等级和周边环境保护等级均为一级，其中邻近轨道交通运营区间隧道侧设2层地下室，开挖面积约1 853 m2，开挖深度13.4 m，其余区域设4层地下室，开挖面积约41 400 m2，开挖深度23.3～24.0 m（图1）。±0.00 m相当于绝对高程4.00 m，属于超大深基坑。

图1 基坑分坑及周边环境

1.2 环境概况

基坑周边环境复杂。基坑东侧为共和新路和轨道交通区间隧道，共和新路路下有各类管线11根，路上为南北高架；基坑南侧大宁路下有各类市政管线8根；基坑西侧为居民小区，居民楼大多建造年代较久，采用浅基础砖混结构，楼板多采用预制多孔板，结构改造薄弱，整体性差；基坑北侧为某娱乐城，娱乐城中的剧场采用膜结构。周边建（构）筑物与地下2层基坑的地下连续墙边线的距离最近7.5 m，与地下4层基坑的地下连续墙边线的距离最近8 m。

1.3 工程地质条件

场地地貌类型为滨海平原类型，场地地表分布有厚1.00～5.10 m的杂填土，地表下30.0 m深度段地基土层分布基本稳定，30.0～75.0 m深度段地基土层变化较大。根据勘察报告提示，浅部第③、④层灰色淤泥质黏土，渗透性差，土质软弱，易发生流变或出现弹簧土现象。场地潜水位埋深0.55～2.40 m，年平均水位埋深为0.50～0.70 m。根据勘探揭露，该基坑场地第一承压水水位埋深为2.90 m左右，第二承压水水位埋深为7.80 m左右。

2 支护结构设计

2.1 围护结构

地下4层区域外围采用厚1.2 m地下连续墙（十字钢板刚性接头，轨道交通50 m范围内采用套铣接头），深度49.6～54.6 m；各分区中隔墙采用厚1 m地下连续墙，深46.6～49.6 m；2层地下室区域采用厚1 m、深28 m地下连续墙（圆形锁口管柔性接头）。

2.2 水平支撑体系

1区、2-2区基坑共有5道钢筋混凝土支撑；2-1区、3-1区、4-1区基坑共有6道钢筋混凝土支撑；3-2区、4-2区、4-3区基坑共有6道支撑，第1、5、6道为钢筋混凝土支撑，第2～4道为钢管支撑；5区、6区、7区、8区基坑共有4道支撑，第1道为钢筋混凝土支撑，第2～4道为钢管支撑。钢筋混凝土支撑混凝土强度等级均为C35，钢管支撑为φ609 mm×16 mm钢管，钢管支撑均带油压泵轴压自动伺服系统，加1个压力量程达3 000 kN的油压泵（带回锁功能）。

2.3 基坑加固

本工程采用φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩进行裙边加固，加固范围和宽度详见表1，其中靠近轨道交通基坑分区实行满堂加固，三轴水泥土搅拌桩单桩水泥掺量≥25%。5区、6区、7区、8区垫层采用厚300 mm的C30素混凝土垫层，垫层内设H300 mm×300 mm×10 mm×20 mm型钢支撑（每幅墙2根）。其余分坑采用厚300 mm素混凝土垫层，局部深坑加固则采用φ1 000 mm@700 mm三重管高压旋喷桩梅花形布置，加固顶标高为坑底标高，单桩水泥掺量≥25%。

表1 三轴搅拌桩坑内加固类型

坑内三轴搅拌桩加固体与地下连续墙成槽加固体间（或地下连续墙间）采用φ800 mm@500 mm三重管高压旋喷桩填充加固，单桩水泥掺量≥25%。

为保护居民楼结构安全，本基坑在基坑西侧及南侧围护结构外基地红线范围内设置双排φ350 mm拱形树根桩，并结合单排φ400 mm树根桩作为隔离保护结构，桩长28 m。

3 地下水处理

本基坑开挖涉及的潜水含水层，由于被地下围护结构隔断了潜水的水平补给来源，故采用真空疏干降水井来完成降水工作；对于第⑦层的承压水，考虑到地下围护已深入到第⑧1层黏土层中，完全隔断第⑦层承压水，并切断了坑内第⑦层含水层水平补给来源，所以在第⑦层承压含水层布置泄压井，直接将其压力释放、泄压。坑外设置回灌井和观测井，如果坑外水位下降超过1 m，视情况进行回灌。

4 土方开挖

基坑共分12个区，通过对支护设计方案的研究，确定12个分坑独立交叉、先后施工，土方开挖过程中充分利用时空效应原理，先施工中间的大分坑，后施工靠居民区和地铁的小基坑，开挖方案如下：

1）开挖1区。在1区开挖前，除本区外，已完成邻近分坑3-2区地下连续墙、桩基及坑内加固。

2）开挖2-1及2-2区。在2-1区及2-2区开挖之前，基坑1区已经开始回筑施工，另外，2-1开挖之前，除本区外，需完成5区、6区地下连续墙、桩基及坑内加固；2-2区开挖之前，除本区外，需完成4-2区及4-3区地下连续墙、桩基及坑内加固。

3）开挖3-1区及3-2区。在3-1区及3-2区开挖之前，需满足1区出±0.00 m，且2-1区及2-2区底板完成浇筑并达到设计强度；另外，3-1区开挖前除本区外，需完成6区及7区地下连续墙、桩基及坑内加固。

4）开挖4-1区及4-2区。在4-1区及4-2区开挖之前，需满足2-2区出±0.00 m，且3-1区及3-2区底板完成浇筑并达到设计强度；另外4-1区开挖前除本区外，需完成7区、8区地下连续墙、桩基及坑内加固。

5）待4-2区底板完成浇筑并达到强度后，回筑时开始开挖4-3区。

6）待2-1区出±0.00 m后，即可开挖施工5区。

7）待3-1区出±0.00 m，且5区底板完成浇筑并达到强度后，即开挖施工6区。

8）待3-1及4-1区出±0.00 m，且6区底板完成浇筑并达到强度后，即可开挖施工7区。

9）待4-1区出±0.00 m，且7区底板完成浇筑并达到强度后，即可开挖8区。

基坑各区按以下要求实施：第1层土开挖时，各分区根据开挖顺序依次整体式退挖，快速形成第1道支撑；第2层以下土方开挖施工时，应遵循“分层、分块、留土护壁、对称、限时开挖施工”的总原则，利用时空效应原理，支撑随挖随撑、底板垫层随挖随浇。同编号分块，土方开挖、内支撑架设或制作需控制在18 h（居民住宅侧）、12 h（地铁侧）内。最后一层坑边土方从分块开挖到垫层浇筑完毕须控制在12～24 h内，随挖随浇垫层，各分块垫层面积应控制在200 m2内。

5 基坑监测情况分析

本基坑在开挖过程中进行了大量的监测，监测内容主要包含有周边建（构）筑物垂直位移、水平位移及居民区房屋倾斜，周边管线垂直、水平位移，围护结构变形、坑内外地下水位变化、坑外地表沉降等。

由于篇幅限制，下文仅就对周边居民楼影响较大且有代表性的1区及4-2区的监测结果进行分析。

5.1 围护墙体测斜结果分析

选择典型的2个测斜孔CX28（1区）、CX88（4-2区），测点布置详见图1，对基坑围护墙体测斜累计变化进行测量分析（图2、图3）。从图2、图3中可以看出，墙体的水平位移随开挖深度的增加逐渐增大，而后逐渐减小，整体呈弓形。CX28孔的墙体最大水平位移为77 mm，CX88的最大水平位移为46 mm。CX28孔最大水平位移值比CX88孔监测值大，这是受开挖面积（1区＞4-2区）和开挖时间（1区早于4-2区）以及分坑的水平支撑设计影响。另外，根据最大水平位移值可以看出，随着坑内土方大范围的卸载，围护墙体水平位移较大，在施工过程中需时刻注意水平支撑轴力监测数据的变化，观察周围土体变形。而在后续施工过程中，尽管围护墙体测斜监测数据趋于稳定，但设计与施工仍有进一步的改进空间。