利用原有围护桩进行基坑设计的案例

陈 学 成

(上海勘察设计研究院(集团)有限公司，上海 200093)

1 概述

随着经济发展和社会进步，我国建筑行业正处于高速发展的阶段，但由于管理不善导致的资金链断裂、工程质量不过关等原因也出现了大量的烂尾工程，造成了巨大的资源和能源的浪费。

上海市浦东新区某工程场地于1996年左右进行开发，期间完成了工程桩及大部分围护桩的施工，后期因各种原因该项目终止。建设单位取得该土地使用权后对该场地重新开发，拟在利用原围护桩的基础上[1]，结合现行标准、规范及当地相关文件等要求进行重新设计。

2 项目概况

2.1 建筑物性质及规模

上海市浦东新区某项目地上由4幢4层、1幢13层～14层及1幢26层～27层的楼房组成，整体设置两层地下室，总建筑面积46 500 m2，其中地下建筑面积9 800 m2，基础形式为桩基—灌注桩；该工程基坑面积5 810 m2，周长约300 m，基坑开挖深度10.05 m。

2.2 场地现状

根据建设单位提供的资料，拟建场地原为“中良大厦”项目用地，该项目原为地下2层，基坑开挖深度11.4 m，基坑外侧采用坝宽4.7 m～5.2 m，桩长20 m φ 700@1 000水泥土搅拌桩结合φ1 000@1 500桩长25.5 m灌注桩围护；坑内区域采用φ700@1 000水泥土搅拌桩裙边加固，坝宽6.2 m，桩长4.0 m，如图1所示。该区域灌注桩原设计采用C25混凝土，坑外搅拌桩水泥掺量15%，坑内暗墩加固搅拌桩水泥掺量12%。

基坑西侧北段靠近国际信贸大厦处，原设计拟利用国际信贸大厦一侧围护结构(国际信贸大厦一侧为地下2层，挖深与该工程相当，围护采用φ1 000灌注桩+坝宽1.7 m φ 700@1 000水泥土搅拌桩，坑内采用坝宽2.2 mφ700@1 000水泥土搅拌桩加固)，并考虑将支撑撑到国际信贸大厦地下1层楼板处，如图2所示。

根据建设单位提供的信息，原基坑围护桩于1996年左右施工，其中外侧灌注桩及双轴搅拌桩已施工完成，坑内加固仅剩余北侧及西南侧局部未施工。

2.3 周边环境

周边环境与20余年前相比发生了显著的变化，拟建场地东侧及北侧现状为已建市政道路，基坑边线距道路最近约11.1 m；南侧总部峰汇地块已建2层～3层建筑物(基础为PHC400(80)管桩，桩长30 m)，基坑边线距离内部道路约3.6 m，距离已建建筑最近约10.6 m；西侧为国际信贸大厦(地上26层，地下2层，桩基)，基坑边线距离内部道路约3.9 m，距离国际信贸大厦地下室外墙最近约7.4 m；市政道路及内部道路下存在移动、电信、路灯、信息、给水、煤气、雨水、污水等多条市政管线，其中最近电信管线距离基坑仅2.5 m，周边环境较为复杂。

2.4 工程地质

上海位于东海之滨、长江入海口处，属长江三角洲冲积平原，拟建场地地貌单元属滨海平原地貌类型。勘探孔所揭露的65.0 m深度范围内的地基土均属第四纪沉积物，主要由饱和的黏性土、粉性土、砂性土组成，根据地基土的成因、时代、结构特征及物理力学性质指标等综合分析，可划分为7个工程地质层及亚层、次亚层(①层、③层～⑤层、⑦层～⑨层，上海统编第②层，⑥层缺失)，对本工程基坑有影响的主要为①层～⑤层。

①1-1层杂填土：以黏性土为主，含建筑垃圾，厚度1.00 m～4.10 m，土质松散不均，普遍分布。

①1-2层素填土：以黏性土为主，含少量粉土及植物根茎，层厚0.80 m～2.50 m，杂填土较厚区域缺失。

③层灰色淤泥质粉质黏性土：含有机质、夹薄层粉性土，高等压缩性，流塑状态，层厚5.40 m～9.70 m，普遍分布。

④层灰色淤泥质黏土：含有机质、夹少量粉土，高等压缩性，流塑状态，层厚7.40 m～8.70 m，普遍分布。

⑤层灰色淤泥质黏土：含有机质，夹泥钙质结核，高等压缩性，软塑状态，层厚9.50 m～11.00 m，遍布。

土层物理力学指标见表1。

表1 土层物理力学指标

2.5 水文地质

拟建场地浅部土层中的潜水，其水位埋深随季节、气候等因素而变化。上海市年平均地下水埋深为地表面下0.5 m～0.7 m，低地下水埋深为地表面下1.5 m，设计时地下潜水位按0.50 m考虑。

勘察期间本工程第⑦层承压水头埋深实测值为4.35 m～4.40 m。根据勘察期间的实测值和上海地区一般承压水变化幅度上限3.0 m对拟建基坑的不同深度进行抗承压水稳定性计算，计算结果如表2所示。

表2 基坑抗承压水稳定性计算一览表

由表2可见，当基坑开挖深度不超过11.25 m时，不论承压水水头埋深为3.0 m或4.35 m，基坑抗承压水稳定性均满足规范要求。局部消防电梯(高差大于2.38 m时)存在承压水突涌的可能，拟封底处理；同时设置减压井备用，按需降水。

3 基坑支护设计

3.1 工程特点

1)场地土层特点。

部分区域第①1-1层、①1-2层填土层较厚，且土质松散不均。

本工程基坑内部存在已施工搅拌桩(坑内加固)，第③层底部夹有1 m～2 m厚的水泥土，Ps值达8 MPa～12 MPa左右；第④层上部夹有4 m～6 m厚的水泥土，Ps值达12 MPa～26 MPa左右，强度较大，可能会对围护桩施工造成一定的影响，施工过程中应引起注意。

2)基坑自身特点。

拟建基坑大面积开挖深度为10.05 m，基坑安全等级为二级，且根据资料该场地内拟建基坑外侧存在已施工灌注桩、双轴水泥土搅拌桩，设计时应尽可能考虑对已施工围护桩的利用，节约本工程造价。

3)局部基坑边线调整。

因建筑的重新规划，局部地下室外墙线已位于前期施工的搅拌桩区域，需在已施工搅拌桩区域补打灌注桩[2-5]，因搅拌桩施工时间较长，强度较大，施工难度较大。

4)基坑周边环境特点。

拟建基坑周边管线较多，且最近管线距离基坑约2.5 m，基坑环境等级为二级。因此设计需合理控制围护体的变形，减少其地基差异变形，以利于做好对邻近市政道路及地下综合管线的保护。

5)现有规范及要求的调整。

随着社会的进步，基坑开挖规模的变化及周边环境保护要求的不断增加，现行规范及要求不断在调整及更新，拟建基坑需在现行规范下重新去设计，如上海地区相关条文规定开挖10 m左右基坑一般采用两道支撑等。

3.2 施工前准备

鉴于该场地原有围护桩已施工，考虑施工的便利性及经济性，拟对已施工围护桩进行利用，施工前聘请具有相应资质的检测单位对原围护灌注桩进行桩长、强度、磁梯度[6]等的检测，确保灌注桩桩长、强度等满足原围护设计要求，检测数量不少于2%。对原围护坑外存在4.7 m～5.2 m重力坝进行桩长、强度等的检测，以确保可以满足本基坑开挖过程中的止水要求，检测数量不少于1%，具体检测结果如表3，表4所示。

表4 搅拌桩检测结果

表3 灌注桩检测结果

根据检测结果及对比原有围护图纸，灌注桩强度、长度等均满足现有设计要求，搅拌桩个别区域桩长不满足原有设计要求，但基本可以满足本工程止水要求。

3.3 围护体系

基坑东、南、北三侧利用原围护桩：原围护桩采用φ1 000@1 500灌注桩结合4.7 m～5.2 m重力坝进行挡土，坑内采用6.2 m坝宽搅拌桩裙边加固，由于原围护仅采用一道支撑导致桩顶落低较大，现我司考虑对原灌注桩进行接长并结合布置第一道支撑，考虑施工便利性及可操作性，于现状灌注桩桩顶设置一道圈梁，上部采用800厚混凝土墙进行接长处理[7]，如图3，图4所示。

基坑西侧(靠近国际信贸大厦处)：已施工围护灌注桩在场地围墙外侧，如利用该围护桩时，原双轴水泥土搅拌桩在基坑开挖过程中坑底以上部分将被挖除，不利于止水。综上拟利用已有双轴搅拌桩进行止水并补打φ800@1 000灌注桩进行挡土，如图5所示。

对已施工围护桩长、强度等进行检测后，新建基坑围护体系在利用原有项目围护桩的基础上进行设计，满足现有规范及地方标准的需求，减小了建设单位对基坑围护的投入，并节约了大量的施工工期。

4 计算及监测分析

4.1 计算模拟分析

计算过程中土体采用四结点等参单元，围护墙体采用梁单元，支撑采用二力杆单元模拟。模型宽度及高度不小于基坑开挖深度的7倍及3倍。计算模型的上边界为自由边界，底边界固定，其余各边分别限制其向基坑方向的变形。计算模型见图6。

4.2 计算结果分析

根据计算结果显示，基坑开挖至坑底时变形最大，且变形最大位置出现在基坑底部位置，最大水平变形约33.4 mm，基坑竖向变形主要为坑底隆起，最大竖向位移约28.9 mm，水平变形云图如图7所示。

4.3 实测结果及分析

基坑施工过程中应对围护结构和周边环境进行全过程监控，以便于对施工进行指导，根据围护桩测斜结果显示，一般最大位移出现在坑底附近， 最大数值一般在30 mm～40 mm，坑底以下变形迅速收敛，部分区域实测数值较计算值略大，可能原因为周边加工场地存在堆载或车辆行走，典型测斜数据见图8。

5 结语

本文以具体工程实例为依托，对利用原有围护桩基坑进行设计和分析，说明对原有桩位进行相关检测及验证后，在采取一定的措施下可针对性的运用在新建工程中并取得显著的经济效益，目前该工程已竣工并投入使用。