上海市区复杂环境下深基坑项目管理探讨

方百福

一、工程概况

上海某高校新建校区位于零陵路南侧，西邻龙华医院，东邻、南临东安新村。分两期建设，一期为地下2层（局部3层）、地上7层的学生宿舍，基坑面积约5767m2，周长334m,开挖深度12.85m，基坑安全等级二级，南北两侧环境保护等级一级，东侧、西侧为二级；二期为1栋地下2层、地上13层教学区和音乐创作与实践基地，基坑面积约6896m2，周长358m,开挖深度12m，基坑安全等级二级，南北两侧环境保护等级一级，东侧、西侧为二级；一、二期地下室相互连通，连通侧一、二期外墙净间距200mm。双基坑相邻边长65.65m。

图1 基坑支撑及周边环境示意图

二、工程地质与水文条件

拟建场地60.4m深度范围内的地基土属第四纪晚更新世Q3至全新世Q4沉积物，主要由饱和粘性土、粉性土及砂土组成。土层结构自上而下划分为杂填土、粉质粘土、淤泥质粘土、砂质粉土夹粉质粘土、粉质粘土、粉质粘土夹粘质粉土、粉砂等。结合勘察地质资料综合分析，对本工程有影响的地下水为坑底下伏④2层微承压含水层和⑦层承压含水层,其中④2层被围护隔断,⑦层承压含水层经计算对坑底无突涌影响。

三、基坑周边环境状况

一期工程1-4倍开挖深度范围内分布有学生食堂、锅炉房和10KV开关站、轨道交通4号线区间隧道、学生宿舍楼、改建宿舍楼、居民住在小区等多栋校内、外建筑。二期工程3倍基坑开挖深度范围内共有10栋房屋，多为医院、宿舍及宾馆。重点环境状况如下：

（1）基坑周边校园内尙埋设有较多燃气、给水、电力等市政管线，普遍处于基坑1倍开挖深度范围内。

（2）扩建宿舍楼两侧距离一期基坑边线最近距离2.2m，房屋向东平均倾斜率8.38‰，向北平均倾斜率为2.96‰，角部棱线倾斜率最大值为8.60‰，房屋倾斜率较大。

（3）基坑南侧两栋6层砌体结构学生宿舍，采用混凝土条形基础，距离基坑边线8.3m,上部结构2012年进行过上部结构加固，基础未进行加固处理，施工前沉降趋于稳定。

（4）北侧学生食堂4层砌体结构，采用混凝土条形基础，距离基坑边线7.7m,整体东北方向倾斜，角部棱线倾斜率最大6.50‰，2012年进行过上部结构加固改造，基础未进行加固处理。

（5）轨道交通4号线区间隧道距离基坑41.7-47.4米，隧道为地下两层三跨现浇钢筋混凝土结构，底板埋深约15m。

综合上述所见，该工程基坑周边环境复杂，周边房屋多为砖混结构、天然浅基础，对沉降、变形控制要求较为严格，若施工不当极易引起房屋开裂、倾斜，威胁轨道交通运营。因此一、二期基坑施工时间组织及过程控制对基坑安全尤为重要。

四、基坑围护设计优化

一期基坑南北两侧采用Φ1000mm钻孔灌注桩进行维护，东西两侧采用Φ800钻孔灌注桩进行维护，外设Φ850mm三轴水泥搅拌桩止水帷幕，坑内沿竖向设3道钢筋混凝土支撑。二期基坑南北两侧采用Φ1000mm钻孔灌注桩排桩进行围护，西侧采用Φ850mm钻孔灌注桩排桩进行围护，各临边采用Φ850mm三轴搅拌桩作为止水帷幕，东侧利用一期的围护结构Φ850mm钻孔灌注排桩。坑内沿竖向设两道钢筋混凝土支撑，采用对撑结合边桁架的平面布置方式。

（1） 原 设 计 采 用 Φ800mm、Φ900mm、Φ1000mm、Φ1100mm直径钻孔灌注桩，对桩型进行适当归并，减少类型，以便于施工和管理，增设桩型变换过度段。

（2）原设计平面布置采用大八字撑，多杆件交汇节点多，施工所有不便，影响施工速度，优化后采用对撑结合边桁架形式，留出较大挖土空间，提供施工效率。

（3）控制坑底加固深度，坑底加固不进入④2层微承压含水层。

（4）对落低≥1.2m的深坑增加维护和封底处理。

五、二期基坑施工组织

（1）为降低基坑施工风险，重点进行一二期分期施工、分期基坑维护方案论证，决定在一期结构封顶后开始二期基坑土方开挖。即保证了一期提前使用需求，又避免双基坑施工带来的安全隐患。

（2）在二期基坑开挖前，对一、二期中隔墙共用钻孔灌注桩排桩一期一侧采用200mm钢混凝土墙板增强。

（3）本工程基坑开挖采用明挖法开挖施工。为减少基坑无支撑暴露时间，及时弥补坑内被动区抗力损失，严格按照“时空效应”理论，本着“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则，以控制基坑周围地层移动，保护基坑及周围环境的安全。

（4）基坑纵向分级放坡，小坡不得大于1：2.5安全坡度，大坡不得大于1：3安全坡度，必须进行人工修坡，并应对暴露时间较长或可能受暴雨冲刷的纵坡采用坡面保护措施，并设排水沟进行抽、排水，严防纵向滑坡，对挖土时的放坡进行边坡稳定计算，避免塌方事故发生。坑外有需要保护的重要地下管线或建筑物，应适当减缓其附近的纵向土坡的坡度。

六、周边环境、建筑的保护措施

（1）南北两侧环境保护要求高，严禁重车通行，栈桥方向采取东西向布设。对北侧栈桥覆盖不足区域，增设挖土平台。

（2）对基坑工程影响范围内的周边房屋全损性质量检测，提高检测入户率，委托有资质的检测单位，与居委会及相关管理部门沟通协调，保证检测成果真实反映房屋质量现状，对房屋倾斜、沉降检测测点进行优化，确保房屋检测和基坑施工过程监测测点布置一致，并使先后检测（检测）数据连续，便于及时掌握周边房屋信息。

（3）倾斜率较大且距离基坑仅2.2m的扩建宿舍，围护桩施工过程中变形速率明显大于周边建筑，趋势无收敛。在土方开挖前，对扩建宿舍基础采用锚杆静压桩进行纠偏加固，西侧布设释放沟，并对一楼墙体采用50mm厚钢筋网片喷射混凝土加固，土方开挖及后续施工期间变形控制效果较好。

（4）国针楼前三棵保护古树采用6m拉森钢板桩进行隔离，避免三轴施工过程中水泥浆侵入古树根部，影响古树生长。

七、基坑降水、止水方案

（1）坑内采用真空深井降水，要求降水深度至开挖面下0.5～1.0m。勘察报告反映基底土以粘性土、粉土为主，地下水位高，渗透系数小，须在开挖前10～15天开始坑内降水。以防暴雨进入坑内，在基坑四周设排水沟；

（2）设置适量的地下水位监测孔，必要时采取回灌措施；监测规范监测孔径为50mm，数据可靠度欠佳，本项目一、二期基坑分别设置3口Φ218mm坑内观察井，基坑南北两侧设置2口Φ218mm观察井，确保水位信息准确。

（3）二期基坑东侧与一期工程连接位置，采用反向止水措施，防止开挖施工期间及中隔墙拆除连接底板过程中发生渗漏水问题，增设封底加固并在中隔墙两侧均设置备用降水井待后浇带封闭后再封井等措施。

八、基坑监测结果

（1）维护墙顶水平都未超过报警值±30mm,垂直位移最大累计值19.5mm,根据工况分析，开挖初期，围护因受土层变形摩擦，局部呈隆起伏，维护顶向坑内位移明显，随着基坑开挖深度约来越深，坑外水压力较大，维护结构有渗漏水现象，引起坑外土体发生沉降，维护顶部由于支撑发挥作用，向基坑内变形逐渐变小，维护桩下部由于土方大量卸载，受主动区土压力向基坑内位移量较大。在开挖施工段时维护排桩顶部表现为向坑内位移比较明显。

（2）维护排桩测斜最大位移47.6mm，土体测斜最大位移52.1mm，基坑开挖期间，向基坑内位移趋势非常明显，变化最大点随基坑开挖深度加深而向下移动，最终在地下10m深度最有位移量最大，监测报警。

（3）支撑轴力第一道支撑最大支撑轴力3222.1KN，第二道支撑支撑最大支撑轴力4621.8KN，第三道支撑最大支撑轴力为3540.4KN，各道支撑都有不同程度的报警现象，支撑轴力监测数据表明，支撑轴力随着基坑开挖深度的增加而增大，当基坑垫层结束后支撑轴力开始逐渐稳定。

（4）南侧两栋砌体结构学生宿舍，累计沉降值最大值201.1mm，扩建宿舍累计沉降最大值104.7mm，食堂累计沉降最大值145.3mm。施工前学生宿舍加固及施工过程中对扩建宿舍采用纠偏加固均起到较好效果。差异沉降不大，施工完成后房屋倾斜稳定。

基坑监测结果表明，大部分监测点超过报警值，周边房屋、管线监测点变形相对较大，但整个基坑在维护结构施工、基坑开挖、底板浇注直至地下结构施工完成期间变形处于可控状态。

九、结语

本项目实施过程中周边房屋、管线的变形控制工作异常严峻，前期阶段提前启动周边环境调查及跟踪监测，详细了解和掌握周边房屋、管线现状及变形趋势，提早有针对性地采取技术措施。设计阶段广泛征询周边环境使用部门及相关专家意见，有针对性地优化基坑维护方案。施工阶段参建各方利用信息化管理技术，提高管理效率，控制基坑无支撑暴露时间，发现异常及时采取处置措施。在本项目中收到了良好的效果。

市区复杂环境下深基坑项目，基坑周边环境安全往往成为深基坑设计与施工管理的首要工作，更需要在项目的前期阶段、设计阶段、施工阶段进行系统管理。通过业主方的项目管理，带动各参建方优势互补、信息互通、资源共享，对市区复杂环境下深基坑施工安全尤为重要。