軟土地區異形深基坑圍護設計及施工技術研究

戴 偉

1. 上海外高橋集團股份有限公司 上海 200137；2. 上海城市非開挖建造工程技術研究中心 上海 200002

1 工程概況

1.1 基坑概況

上海外高橋某工程基坑面積約為44 232 m2，總長約為1 064 m，呈倒L形扇形。主樓區（12～17層）開挖深度13.15 m，裙樓區（4層）開挖深度11.65～11.85 m。

1.2 環境概況

基坑南側為已建商業建筑，東側為保護建筑楊氏民宅。基坑西側、北側為上海軌道交通6號線高架，最近距離為45.5 m，處于軌道交通保護區外，但仍需嚴格控制基坑變形（圖1）。

1.3 地質概況

基坑開挖范圍內地層從上到下依次為①雜填土、②黏土、③淤泥質粉質黏土夾黏質粉土、④淤泥質黏土、⑤1粉土、⑤2-1灰色粉質黏土夾黏質粉土，以淤泥質黏土為主，坑底位于③層土中，土層物理力學性質較差。

2 基坑分坑及圍護設計

2.1 基坑分坑原則

由于本工程基坑面積較大，呈倒L形扇形，基坑形狀較不規則，基坑單邊較長，且基坑西、北側鄰近軌交6號線高架橋，尤其是北側高架距離基坑較近，故本工程考慮采用分區開挖的順作法施工方式。本基坑從面積上而言，可分為2個基坑，但若采用2個基坑的方式，基坑受相鄰基坑的影響不能同時開挖，無法滿足工期要求。故以本工程關鍵節點的2棟高層A、B為切入點，本工程必須劃分為3個基坑：即以2座塔樓與中間4層裙樓的界線為分區線，將基坑由北向南依次劃分為A區、B區、C區（圖2）。其中A區基坑面積為21 000 m2，C區為18 000 m2，中間B區基坑作為分隔的緩沖帶，基坑面積4 100 m2，應先施工A、B這2棟高層所在區域的基坑（即A區與C區），后施工B區，從而保證總體工期[1-3]。

圖2 分坑示意

2.2 圍護形式及支撐布置

2.2.1 圍護形式

本工程采用鉆孔排樁結合三軸攪拌樁止水帷幕作為圍護體系，采用分區開挖的順作法施工方式，分區樁采用φ900 mm@1 100 mm鉆孔灌注樁，兩側均設置止水帷幕。A、B區西北側鄰近地鐵高架區域采用φ1 000 mm@1 200 mm鉆孔灌注樁結合φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕進行圍護；其他側采用φ950 mm@1 150 mm鉆孔灌注樁結合φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕進行圍護。基坑豎向設置2道混凝土支撐。

2.2.2 支撐布置

本工程基坑呈倒L形扇形，在分坑后，C區基坑較為規則（呈梯形），其東西向邊線互相平行，南北向邊線與東西向邊線形成夾角適中，適宜采用傳統對撐＋角撐＋邊桁架的形式。該類型支撐體系具有較好的變形控制能力及大面積無支撐的出土作業面。

B區基坑面積較小，且在兩側完成后進行開挖，故其土壓力僅存在于東西兩側，僅需布置部分角撐桿件支護東西側土壓力即可。但出于施工考慮，由于兩側完成后無太大施工空間，故需要考慮設置一部分挖土平臺。

A區基坑呈不規則扇形，若要布置對撐，則會成為發散狀，若要形成較好的傳力路徑，則對撐布置需較為密集，無法很好地形成土方開挖作業面，對工期有較大影響。但由于基坑呈扇形，且為軸對稱分布，A區基坑外圓弧邊線與內圓弧邊線的距離大致等距。故而采用雙圓支撐的布置形式，圓環直徑相等。具體思路如下：將扇形按對稱軸分為大致相等的2個小扇形，各取一距離小扇形四邊大致相等的點作為圓環撐的圓心，以距離四邊一跨支撐的長度（一般為10～12 m）為半徑作圓，以圓心為起點，等分圓周長，確保圓心放射線分隔的圍檁長度在6～10 m之間，能夠較好地控制基坑位移。

按此思路，整個圓環的直徑達到86 m，能夠提供最大的挖土作業面，便于挖土及施工地下室結構。

3 分坑施工

3.1 相鄰基坑工況設計

A區及C區間間隔距離為24～50 m，根據相鄰基坑的相關研究，基坑間間距在2倍開挖深度以外基本無太大影響。

按照普遍挖深分析，本基坑A、C分區間基本已處于影響范圍外，但仍需協調兩分區之間的相互工況，盡量做到兩區工況的統一（對稱挖土及施工結構），使兩區均勻受力，避免產生附加變形及內力。故對本基坑進行了工況設計。

3.1.1 A、C區工況

1）場地平整，打設工程樁、基坑周邊圍護結構、鋼立柱和加固體，對A、C區進行基坑降水。

2）開挖A、C區及B區基坑土體至第1道支撐底標高，澆筑混凝土壓頂梁及第1道支撐（B區僅開挖支撐部位土體）。

3）分塊開挖A、C區土體至第2道支撐底標高，澆筑A、C區基坑圍檁及第2道混凝土支撐。

4）分塊開挖A、C區基坑土體至基底標高，及時澆筑A、C區墊層和基礎底板。

5）待A、C區基礎底板及換撐板帶達到設計強度的80%，拆除第2道支撐，往上施工A、C區地下2層結構，并設置換撐板帶。

3.1.2 B區工況

1）待A、C區地下1層結構梁板達到設計強度的80%后，密實回填周邊空隙。

2）分塊開挖B區至第2道支撐底標高。

3）澆筑B區基坑圍檁及第2道混凝土支撐。

4）分塊開挖B區基坑土體至基底標高；及時澆筑B區墊層和基礎底板，并設置底板換撐板帶。

5）拆除第2道支撐，往上施工B區地下2層結構，并設置換撐板帶。

6）拆除第1道支撐，往上施工B區地下1層結構。

7）密實回填周邊空隙，連通A、B區和B、C區地下室頂板，并鑿除分區墻、連通地下室各層樓板、框架梁、底板等構件。

3.2 土方開挖

由于本工程分為3個基坑，且每個基坑的圍護形狀及支撐布置形式均不太相同，因此，3個小基坑的土方開挖形式有一定的區別，其中A區基坑首層土方采用大開挖，基坑采用雙圓環撐的支撐形式；第2層土方采用中心島式開挖，先開周邊支撐區域下土方并快速形成支撐，再開挖中間無支撐區域的土方（圖3）；第3層土方根據后澆帶分塊開挖，墊層隨挖隨澆，隨后逐個挖出落深坑。各塊基礎底板及相關工序及時跟進施工，確保基坑穩定。

圖3 A區中心島式開挖平面示意

C區基坑與A區基坑實施同步對稱開挖施工。首層土方采用大開挖；第2層土方采用盆式開挖，先開挖盆中土方，然后再開挖周邊，使主要支撐及早形成（圖4）；第3層土方根據后澆帶分塊開挖，墊層隨挖隨澆。

圖4 C區盆式開挖平面示意

B區第2道支撐需待A、C區地下1層結構梁板達到設計強度的80%并密實回填周邊空隙后，方可開挖。其第2層土方采用中心島式開挖，先開挖周邊支撐區域下土方并快速形成支撐，再開挖中間無支撐區域的土方（圖5）。第3層土方由中間向兩側挖土平臺方向退挖。

4 實施效果

該基坑于2015年1月開始圍護施工，2015年5月進行土方開挖，2015年10月8日C區大底板完成、10月18日A區大底板完成，至2015年12月完成地下室結構。

墻體測斜方面，基本滿足設計要求，主要是由于將基坑分坑施工開挖，控制住開挖邊線長度，且根據各個分區的圍護形式及支撐布置選擇開挖方式，因而位移控制較好。

在A、C區開挖階段，西北側地鐵高架區間段墩臺監測點累計下沉變化量在0.14～0.64 mm之間，地鐵墩臺沉降十分穩定，周邊管線處于安全范圍內，驗證了異形基坑分坑施工對周邊環境的保護卓有成效。

圖5 B區中心島式開挖平面示意

5 結語

1）本工程根據結構形式將塔樓與裙房區域分為3個基坑施工，利用分坑技術解決塔樓工期問題，也避免了超大面積深基坑一次性開挖給基坑自身、周邊環境帶來的不利影響[4-5]。

2）B區基坑的設置原則借鑒了上海市相鄰基坑相關經驗，將A、C基坑間間距控制在2倍開挖深度以外，實踐也印證了這一經驗的可靠性。

3）對于呈不規則扇形的基坑，傳統對撐的支撐布置方式無法較好地控制基坑變形及受力，可采用雙圓支撐的布置形式，將主要受力傳遞至雙圓上，但在設計時應加強圓環的剛度，并在施工上提出要求，避免圓環不均勻受力。

4）基坑土方的開挖應根據基坑自身特點確定，對于圓環支撐首先應保證均勻對稱開挖，并配合島式開挖，利用圓環的大空間進行出土；對于B區基坑，在基坑中部沒有支撐覆蓋的情況下，出土較為便捷，可采用退挖的方式出土，加快出土速度。

5）本工程的成功實施表明，在軟土地區進行深大基坑施工時，有效結合工程特點及基坑自身特點進行合理規劃，在提高施工進度的同時也能保證自身及環境的安全，可為今后城市地下空間的開發利用提供借鑒與參考。