上海中心城区复杂环境深大基坑工程设计与实践

2020-12-01谢小林方银钢

建筑施工 2020年8期

谢小林方银钢

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司上海 200092

上海地处东海之滨、长江入海口，为三角洲冲积平原。上海浅部土层以饱和软土为主，具有孔隙比及压缩性大、抗剪强度低、灵敏度高、呈软塑或流塑状等特点，土体受扰动后固结稳定时间较长[1]。在这样的地质条件中进行基坑施工活动，极易产生较大变形，从而对周边环境和重要建（构）筑物造成影响。

本文将以上海中心城区复杂环境条件下的某一基坑工程为实例，对其支护设计方案及实施效果作介绍分析。

1 工程概况

背景工程位于上海静安区上海展览中心以西，由南京西路、铜仁路、延安中路、常德路所围合（图1）。安义路将该项目场地分为南、北2个地块，安义路下设3个地下通道将南、北地块连接。

该项目基坑开挖总面积约37 400 m2，地块被安义路一分为二，基坑划分为北区、南区和通道区域。其中北区面积约11 745 m2，设2层地下室，基坑开挖深度13.85 m；南区面积约24 432 m2，南区西侧局部区域为地下2层，开挖深度13.95～14.95 m，南区其余区域为地下4层，开挖深度22.50～23.15 m；通道区域面积约1 220 m2，开挖深度9.95～14.40 m。

图1 工程总平面示意

2.1 周边环境

基坑北侧为南京西路，距离基坑约21 m。南京西路南侧下有轨交2号线运营隧道，隧道距离北区基坑最近8 m，隧顶埋深约8.3 m，区间隧道外径6.2 m，管壁厚350 mm。

基坑南侧为延安高架路，主线高架横向共设置3个桥墩，其中北侧桥墩距基坑围护结构最近11.2 m，基础为φ600 mm预应力管桩，桩长34～38 m，每段接桩长度约10 m。

基坑西侧为常德路，有在建的轨交7号线静安寺站，站体与基坑边线基本平行，车站主体结构外边线距离基坑地下连续墙外边线10.1～13.3 m，顶板埋深约3.8 m。车站部分附属结构与本工程地下室连通。

北区基坑东侧为嘉里中心，距基坑最近7 m；南区基坑东侧为铜仁路。

基坑南北区中间为安义路，安义路东段南侧63号为文物保护建筑——毛泽东故居，相邻建筑57、59、61、65号均为历史建筑。这些建筑为2层混合结构房屋，基础均为砖砌大放脚条形基础，基础埋深约0.7 m。它们被南区基坑三面环绕，距离南区围护结构最近6 m，距离北区围护结构约17 m。

基坑四周道路下方管线密布，其中距离基坑边最近的为南侧延安路下的一组供电管，距离约为5 m。

2.2 工程地质条件

本基坑工程所涉及的主要土层从上至下依次为①1杂填土、①2素填土、②1粉质黏土、②2粉质黏土、③淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土、⑤1a黏土、⑤1b粉质黏土、⑥粉质黏土、⑦1a砂质粉土、⑦1b粉砂、⑦2粉砂、⑧1粉质黏土、⑧2粉质黏土。其中；②1层属中压缩性土；③、④、⑤1a层土具有含水量高、孔隙比大、压缩模量小等特性，土质软弱；⑥层土物理力学性质较好；⑦1a⑦2层土孔隙比小，压缩系数小，压缩模量大，土性较好；⑧1层土土性较软弱；⑧2层土土体物理力学性质好。

根据水文地质勘察报告，场地内潜水稳定水位埋深1.0～2.8 m，地下水主要补给来源为大气降水。基坑设计采用地下水位0.5 m。根据本基坑的开挖深度，仅涉及第1承压含水层⑦层，根据抽水试验结果，其承压水头埋深为7.7～9.2 m。

2.3 工程重、难点分析

由前文描述可知，本基坑周边环境复杂，环境保护要求高，因此须在设计与施工过程中严格控制基坑变形，减小对周边环境的影响。

1）基坑北侧距离轨交2号线运营隧道仅8 m，深基坑开挖对周围土体产生的变形和扰动较大，加之扰动土体在列车运行振动下极易发生隧道振陷沉降，进而威胁地铁运营的安全。

2）基坑西侧邻近在建的轨交7号线车站，基坑西北角、西南角邻近车站与盾构隧道的接头处，由于站体与区间隧道的刚度差异，在土体变形作用下容易变形开裂。

3）毛泽东故居被南区基坑三面环绕，距离基坑最近处仅6 m，且建筑物年代久远，整体刚度差，抗变形能力弱，对地基沉降及差异沉降敏感。

4）基坑周边各类市政管线分布较密集。

5）南区深基坑邻近延安高架路，高架桥桩基为PHC管桩，管桩接头抗侧向变形能力差。

3 基坑支护设计方案

3.1 基坑分区筹划

根据本工程开发计划，结合对轨交2号线运营隧道、轨交7号线车站及区间隧道、延安高架路、毛泽东故居、周边市政管线等的保护要求，经研究筹划将本工程基坑分为5个区独立交叉施工，如图2所示。施工时，先开挖南1区，待底板施工结束后不拆支撑，在施工塔楼核心筒的同时开挖施工北1区，待北1区施工出±0 m后再依次开挖施工北2区、北3区。同时待南1区和北1区均施工出±0 m后，再施工南2区。最后施工安义路地下通道区域。

图2 基坑分区示意

本工程基坑分区筹划主要考虑了以下几个方面的影响：

1）根据本工程施工控制节点的要求，同时考虑到对邻近地铁设施的保护，先施工塔楼区域的南1区、北1区基坑，待塔楼主体结构施工出±0 m后，通过加载控制大基坑隆起稳定后，在向上施工塔楼的同时开挖施工邻近地铁设施的窄条基坑，以控制围护结构侧向变形，既满足周边设施的变形控制要求，又不影响主体工程的总施工工期节点。

2）北1区场地内建筑障碍物较多，在开挖施工前清障工作量较大，因此南1区先施工，待南1区底板施工完成后再开挖施工北1区，确保施工搭接流畅。

3）毛泽东故居位于南1区和北1区之间。为减少北1区基坑开挖阶段的围护结构变形，尽量确保相邻基坑的土压传力平衡，北1区开挖施工阶段南1区的支撑不拆除。南1区的支撑布置避开了南区塔楼的剪力墙和劲性柱，使南1区能够在不拆支撑的情况下先施工塔楼结构。

3.2 基坑支护形式

3.2.1 围护结构

南1区开挖深度为22.50～23.15 m，塔楼区域开挖深度25.80 m。为了减小南1区基坑变形及降承压水产生的地面沉降，保护延安高架路和毛泽东故居以及轨交7号线区间隧道，围护结构采用厚1 m、深53 m的地下连续墙（图3），墙底进入⑧层土以切断承压水层，其中地下连续墙埋深45 m以下的部分仅配构造钢筋。另外，南1区邻近毛泽东故居侧地下连续墙两侧采用深31 m三轴搅拌桩进行槽壁预加固，防止地下连续墙成槽坍壁，并加强地下连续墙的止水效果。

图3 基坑围护结构布置

北1区基坑开挖深度13.85 m，塔楼区域开挖深度16.65 m。该区邻地铁侧采用厚1 m、深31 m地下连续墙；北1区东侧环境要求相对较低，采用厚0.8 m、深30 m地下连续墙；北1区场地南侧分布有原安义大厦围护结构，采用长30 m的φ900 mm@1 000 mm钻孔灌注桩（邻毛泽东故居侧为长35 m的φ1 000 mm@1 150 mm钻孔灌注桩）与原围护桩形成复合围护结构。另外，邻地铁地下连续墙两侧采用深20 m的三轴搅拌桩进行槽壁预加固。

南2区、北2区、北3区基坑开挖深度均为13.85～ 14.95 m。该区邻近地铁设施侧均采用厚1 m、深31 m的地下连续墙，且邻地铁侧地下连续墙采用三轴搅拌桩槽壁预加固。

3.2.2 坑内加固

南1区、北1区及南2区邻道路侧采用了宽8 m、深4 m的三重管高压旋喷桩裙边加固。塔楼基础深坑局部挖深约26 m，采用三轴搅拌桩护坡，并采用一定的坑底高压旋喷桩加固。

北2区、北3区邻运营地铁隧道侧采用了深6 m的三轴搅拌桩满堂加固，并结合钢支撑布置设置了抽条加固，抽条加固范围为第2道支撑底至开挖面下6 m。

3.2.3 支撑体系

各分区均为明挖顺作法施工。南1区采用5道钢筋混凝土支撑，支撑布置避开南塔楼的竖向构件，确保支撑不拆除的情况下快速施工塔楼结构；北1区采用3道钢筋混凝土支撑；南2区、北2区、北3区基坑采用4道支撑，首道为钢筋混凝土撑，其余为钢支撑。其中北2区、北3区邻近运营地铁隧道，其钢支撑采用自动轴力伺服系统，以控制地下连续墙侧向变形。