軟土地區復雜環境下深基坑支護結構設計實例

邵晨晨

摘要：上海地區的快速發展，基坑規模越來越大，開挖深度越來越深，且城區建筑密集，使得在基坑支護設計過程中考慮的因素更多。本文以上海某復雜深基坑工程為背景，介紹其基坑支護設計方案，解決基坑降承壓水和開挖過程中對周邊建筑沉降控制的難題。通過工程監測表明，基坑施工過程中周邊建筑物沉降變形滿足其保護要求。本工程取得的經驗對類似工程具有借鑒意義。

關鍵詞：復雜環境；深基坑支護；軟土地層

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）05—119—02

1工程概況

1.1基坑規模

擬建場地位于上海市普陀區真北路與金鼎路交匯口。設兩層地下室，基坑呈不規則多邊形，開挖深度為10.8m，面積近2萬平方米，支護周長約660m。

1.2周邊環境

該基坑工程場地東臨中環線銅川路出口下匝道；北側緊鄰真光新村小區一期，居民樓為6層磚混結構，樓面采用預制板，為天然地基，結構年代較為久遠，居民樓離基坑開挖邊線最近處僅為9.5m；西側為真光新村二期居民樓，為6/7層磚混結構，條形基礎；南側為2層輕鋼結構廠房，其外墻距離基坑最近處為4.4m。若不能合理進行支護設計，基坑開挖過程中必將對周邊建筑物產生較大影響，因此科學支護結構設計成為本工程的關鍵。

2工程水文地質條件

2.1工程地質

基坑開挖主要中涉及第①層填土、第②層粉質粘土、第③層淤泥質粉質粘土、第③_夾層砂質粉土及第④層淤泥質粘土；圍護結構還涉及第⑤；層粘土、第⑤_2-1層砂質粘土及第⑤_2-2層砂質粘土。土層參數見表1。

2.2水文地質

本場地淺部土層中地下水屬潛水類型，大氣降水為主要補給來源，水位隨季節變化。本次勘察期間測得的鉆孔靜止水位0.50～1.30m，水位標高在2.76～3.17m之間。

場地第⑤2-1、⑤2-2層為微承壓含水層，第⑦層及第⑨層為承壓含水層，且微承壓水層與承壓水層相通。據上海地區的承壓水觀測資料，深部承壓水的水位，一般均低于潛水水位，年呈周期性變化，埋深3.0m～11.0m。

3基坑支護設計

3.1方案選型

3.1.1圍護結構

本工程基坑開挖深度10.8m，根據上海及長三角地區已實施的大量基坑工程的成功實踐經驗，類似基坑工程一般采用板式圍護體系板式圍護體一般可供選擇的有：地下連續墻、鉆孔灌注樁結合止水帷幕和SMW工法墻。

地下連續墻具有抗側剛度大、可有效控制基坑變形保護周邊環境，以及施工工藝成熟等諸多優勢，近年來在周邊環境保護要求高以及基坑開挖深度較深的基坑工程中得到了大量的應用。

灌注樁排樁結合隔水帷幕作為一種成熟的工法，其施工工藝簡單、質量易控制，施工時對周邊環境影響小，應用廣泛且積累了大量的設計施工經驗。適用于順作法基坑工程。其隔水帷幕可根據工程的土層情況、周邊環境特點、基坑開挖深度以及經濟性等要求的綜合因素選用合適的工藝，一般選用三軸攪拌樁或高壓旋噴樁。

SMW工法樁將受力結構與隔水帷幕合一，圍護體占用空間小；圍護體施工對周圍環境影響小，墻體防滲性能好；施工過程無需回收處理泥漿，且型鋼可回收，環保節能、經濟性好；

SMW工法樁施工便捷，但剛度較小，無法有效控制圍護變形，而本工程周邊環境保護要求高，因此不適用于本工程。地下連續墻剛度大，符合周邊環境保護的要求，但本工程需要降承壓水，且止水帷幕無法隔斷層壓水層。為減少降承壓水對周邊環境的影響，須根據降水要求增加地下連續墻在承壓水層中的懸掛長度，若采用地下連續墻工程造價極高。因此，綜合考慮本工程的挖深、工程地質、周邊環境保護要求及工程經濟性，采用鉆孔灌注樁結合止水帷幕。

3.1.2支撐類型

由于上海地區地下室退界較小，且對支護結構超出用地紅線有嚴格限制，因此樁錨結構在上海地區應用極少，故方案中不作考慮。

鋼筋混凝土內支撐具有剛度大、變形小、適應性強的特點。同時通過在第一道支撐設置施工棧橋可以解決施工場地狹小的問題。

3.2支護方案設計

根據本工程特點，基坑開挖過程中有承壓水突涌的風險，在基坑開挖前須對承壓水層進行降水。而坑外承壓水水位變動過大，土體重新固結，極易引起周邊建筑物沉降。

因此，本工程中若要降低基坑施工過程中對周邊建筑的影響，須控制兩個關鍵點：其一，圍護樁變形引起的建筑物沉降；其二，基坑將承壓水引起的建筑物沉降。

針對基坑北側和南側環境保護要求最高，采用Φ1000@1200鉆孔灌注樁，插入比1：1.2。考慮天然地基對變形較為敏感，在基坑圍護樁與天然地基的居民樓之間采用一排0600@1000鉆孔灌注樁作為隔離樁，且坑內采用雙軸攪拌樁作裙邊加固，加固范圍為坑底以上8.5m，坑底以下4.0m，加固寬度為5.2m。其余側采用Φ900@1100鉆孔灌注樁，插入比1：1.1。止水帷幕采用Φ850三軸攪拌樁插入坑底17.2m（如圖2）。在環境保護要求較高側，設置回灌井，在坑內進行降承壓水的同時，坑外對承壓水層進行回灌，確保坑外承壓水水位穩定。

采用兩道鋼筋混凝土水平內支撐，第一道支撐從場地標高落低1.2m，第二道支撐較第一道支撐落低5.5m。支撐采用“對撐+角撐+邊桁架”的平面布置形式（如圖3）。

4基坑工程監測

4.1圍護測斜

隨著開挖深度的增加，圍護變形的速率也明顯增加，在基坑開挖至坑底后到地下室底板澆筑完成前圍護變形速率達到峰值。隨著底板強度的增加，圍護變形趨于穩定。最大變形出現在第二道支撐與底板之間。以CX2為例，3m和9m處圍護變形累計曲線如圖4。

4.2地表沉降

基坑周邊土體隨著基坑開挖，產生沉降變形，最大沉降出現在距離基坑開挖邊線0.5H～0.7H（H為基坑開挖深度）處。地表最大累計沉降為-19.6mm，設置隔離樁處地表沉降累計-14.3ram。以DM5-1和DM6-1（設置隔離樁）為例，累計沉降曲線見圖5。

4.3周邊建筑物沉降

根據監測結果，基坑南側輕鋼廠房靠基坑端沉降8.6mm，遠離基坑端沉降4.7mm，傾斜率0.065%；基坑北側天然地基居民樓靠基坑端沉降4.4mm，遠離基坑端沉降2.1mm，傾斜率0.026%。變形均滿足結構的安全要求。

5結論

本文以上海某復雜環境深基坑工程為例，討論了復雜環境下的深基坑支護問題，并對基坑施工過程中監測結果進行分析，可以得到以下結論：

（1）采用灌注樁+三軸攪拌樁+隔離樁+鋼筋混凝土內支撐的設計方案，可以有效控制圍護樁的水平變形。隔離樁的設置對降低臨近建筑物的沉降變形效果顯著。

（2）坑內降承壓水的同時，坑外對承壓水層進行回灌，可以有效控制坑外承壓水水位降低。

（3）本基坑的成功為軟土地區復雜環境下深基坑的設計提供了參考。