敏感環境條件下深基坑工程的風險控制

張　楊

(上海莉源房地產開發有限公司，上海　201620)

0　引言

隨著城市地下空間的不斷開發，深基坑工程愈來愈多。工程規模不斷增加，工程的難度也日益增大，對深基坑工程重大風險的管控也逐漸受到重視。在上海等軟土地區，基坑圍護結構的變形、施工對土體的擾動以及地下水的滲漏等都會對周邊環境產生一定的影響。而且隨著城市空間的開發，中心城區建(構)筑物密集度高，基坑工程周邊環境復雜，在確保基坑自身安全的前提下，還要重視對周邊環境的保護。尤其是基礎埋深淺，距離基坑邊線近，人員活動密集等敏感環境條件下的基坑工程，如何減少基坑施工對周邊環境的影響，全過程管控基坑工程的風險，對基坑支護設計及施工都提出了更高要求。

本文基于上海市九龍倉浦東E18地塊項目為研究背景，將保護周邊環境作為基坑工程貫穿始終的一條主線，詳細介紹了在敏感環境條件下基坑圍護技術方案的選型思路，分析了基坑分期分區支護的可行性，最終也從現場實際反饋的監測數據得到了驗證。

1　工程概況

上海市九龍倉浦東E18地塊項目位于上海市浦東新區，是集住宅、商業及地下室為一體的綜合建筑群，主要包括9幢17層～18層的框剪結構樓房，1幢1層框架結構的會所，場地內滿堂1層地下室。基坑面積42 440 m2，總延長970 m。

1.1　環境條件

本基坑工程東側為浦東南路、南側為寧陽小區、西側為浦明路、北側為張家浜(見圖1)。

場地南部被居民樓房和商鋪所包圍，基本都為6層混凝土結構，部分建筑緊貼場地圍墻，其基礎大都為條形基礎，埋深較淺，在開挖面以上，故其對基坑變形較為敏感，需要嚴格控制該側基坑側向變形，保證居民樓房的安全。

1.2　工程地質與水文條件

本工程開挖范圍內的土層具有明顯成層分布的特點，主要由粘性土、粉性土及砂土組成。各土層物理力學性質指標見表1。

表1　土層物理力學性質指標

2　基坑支護總體方案

由于本工程基坑面積42 400 m2，開挖深度為6 m，周邊又緊鄰居民小區及交通主干道，考慮到本工程基坑周邊環境較為敏感，結合場地地質情況、施工工況以及業主對本工程的工期要求。基坑圍護方案主要分為四個部分，見圖2。

1)居民樓房環境敏感區域：采用鉆孔灌注樁結合三軸攪拌樁止水帷幕作為圍護體，坑內設置一道水平鋼支撐體系。

2)基坑環境普通區域：采用鉆孔灌注樁結合三軸攪拌樁止水帷幕作為圍護體，豎向設置一道斜拋鋼支撐體系。

3)基坑會所區域：采用SMW工法樁作為圍護體，坑內設置一道水平鋼支撐體系。

4)基坑內部分隔墻區域：采用鉆孔灌注樁作為圍護體，設置一道水平鋼支撐體系。

3　環境敏感區域基坑圍護方案

3.1　居民樓房環境敏感區域

場地南部，將近場地一半的范圍內，被居民樓房和商鋪所包圍，基本都為6層磚混結構，淺基礎，距離基坑邊線最近距離為12 m。該區域居民較多，環境較為敏感，基坑施工過程中不能影響周圍居民的正常生活起居，確保居民樓房的安全正常使用，是本工程的重點保護對象。

該區域基坑開挖深度為6.5 m，采用鉆孔灌注樁結合三軸攪拌樁止水帷幕作為圍護體，設置一道水平鋼支撐體系，距離居民樓房較近區域采用φ850@1 050鉆孔灌注樁，插入基底以下11.5 m，有效樁長17.25 m。外側施工φ650@450三軸攪拌樁作為止水帷幕，三軸攪拌樁套打搭接，樁底以插入④層淤泥質粘土層不透水層2 m以上為原則。水平鋼支撐形式為“對撐+角撐”的形式，支撐采用φ609×16鋼管。居民樓房環境敏感區域圍護剖面見圖3。

為減小第一道支撐拆除后的無支撐鉆孔灌注圍護樁的懸臂高度以控制變形，在居民樓房保護區域的設置型鋼換撐，采用H400×400×13×21斜拋鋼支撐，H型鋼斜拋撐作用在暗梁上，暗梁中心標高-3.750，暗梁與圍護樁之間采用400厚混凝土換撐板帶傳遞外側土壓力，見圖4。

3.2　有限元計算分析

本次數值模擬計算采取二維有限元平面應變模型進行分析。模型計算區域為豎向范圍取40 m，水平范圍取150 m；模型的底部采用全自由度約束，即水平、豎直向固定約束，側面采用法向約束，允許豎向變形。

3.3　有限元分析結果

采用鉆孔灌注樁+一道水平鋼支撐圍護體系，在基坑開挖過程中，基坑南側6層居民樓房最大沉降位于距離基坑最近處，最大沉降量為10.03 mm，遠離基坑沉降逐漸越小，最小沉降量為8.69 mm，居民樓房差異沉降小于2‰。

有限元分析計算結果如圖5～圖7所示。從上述有限元計算結果可以看出，采取鉆孔灌注樁+一道水平鋼支撐圍護體系，對基坑南側敏感區域的居民樓房相鄰環境的影響較微小，在可控范圍內，滿足基坑周邊的環境保護要求。

4　監測

基坑圍護結構施工及開挖過程中，會對基坑周邊影響范圍內的土體產生擾動，尤其是開挖過程中，土體開挖工況和支撐形成時間，都會對圍護結構和土體位移造成影響。所以在施工過程中做好基坑監測工作，信息化施工，根據監測數據來優化調整施工，從而有效控制基坑施工過程中的風險，保護周邊環境。

4.1　監測工作布置

本工程基坑監測項目主要分為基坑圍護結構監測及周邊環境監測。監測內容主要涉及圍護結構和坑外土體的側向位移、支撐軸力及地下水位；同時針對周邊敏感環境，加強了對周邊地下管線沉降、周邊建(構)筑物沉降和傾斜的狀況監測。

各監測項目的監測點應結合圍護形式、施工工況以及保護對象等因素進行布置，充分反映監測對象的實際狀態及其變化趨勢，為周邊的居民樓房安全提供全面、準確、及時的監測信息。

4.2　監測數據分析

本工程基坑施工期間針對周邊居民樓房沉降進行了跟蹤監測，從2013年8月17日開始直到2016年2月1日結束。通過對監測數據(如圖8所示)的分析，以及與現場施工工況的比對，分為以下幾個階段：

1)工程樁及圍護樁施工階段(2013年8月～12月)：對周邊居民樓房垂直位移造成輕微的上抬現象，隨著圍護樁施工完成，居民樓房垂直位移彈性變形回歸。

2)基坑開挖階段(2014年1月～4月)：對周邊居民樓房造成一定沉降變形，最大沉降約為-8 mm(距離基坑最近的5號樓)。

3)地下室結構施工階段(2014年5月～12月)：對周邊居民樓房的垂直位移變化速率微小，沉降變形收斂穩定。

4)基坑拆換撐施工階段(2015年1月～2月)：在2倍基坑開挖深度影響范圍內的5號樓垂直位移發生突變，最大沉降約為13 mm，而遠離基坑的居民樓房未發生明顯的垂直位移。

5)上部結構施工階段(2015年3月～2016年2月)：在2倍基坑開挖深度影響范圍內的5號樓垂直位移發生一定增大后趨于穩定，最大沉降約為17 mm，主要原因是由于地下室結構施工完成后未及時進行回填而造成的；遠離基坑的居民樓房未發生明顯的垂直位移，沉降變形收斂穩定。2015年10月期間垂直位移增大，主要原因是由于上部結構施工在鄰近居民樓房側出現了一定的施工超載。

通過上述分析，可知本工程基坑針對周邊敏感環境采取的技術措施總體上較為成功，周邊居民樓房未發生過大沉降，基坑工程風險得到了有效控制。

5　結語

深基坑工程的風險控制是工程人員長期以來關注研究的重點，尤其在本工程如此敏感的環境條件下，首先控制基坑自身的安

全風險，其次還要著重防范對周邊敏感環境的影響，在工程實施過程中一直在摸索相應的技術解決對策。本文以上海市九龍倉浦東E18地塊項目為例，介紹了居民密集區的敏感環境下基坑設計中的圍護結構及支撐選型，并通過有限元二維分析軟件，計算圍護樁、地面以及周邊環境的變化情況。在具體實施過程中，采取有效的監測方法，確保基坑工程的安全順利地開展。該項目的成功經驗可為今后類似敏感環境條件下基坑工程的風險控制提供借鑒。