單排樁支撐體系在軟土地基超大深基坑支護中的應用

蔡曉榮

1. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200080

上海地區是典型的沿海軟土地區，土壤松軟、水文復雜，地質條件差。水泥土重力式圍護墻、內撐式單排樁、地下連續墻是這一地區常用的基坑支護結構體系。其中，內撐式單排樁支護體系因不侵越紅線、地層適應力強、施工便捷等優點而得到廣泛應用。但內撐式單排樁支護結構在軟土地基超大深基坑中的應用并不常見，并且內撐式單排樁支護體系在施工過程中的受力、變形情況有待進一步研究。

上海市普陀區真如城市副中心A5地塊超大深基坑工程采用內撐式單排樁作為支護體系。通過整理分析基坑在施工過程中測得的支護結構、基坑土體和周圍建筑的變形數據，研究其變形規律和影響因素。進一步探討內撐式單排樁支護體系在軟土地基超大深基坑施工中的適用性，以為軟土地基超大深基坑設計與施工提供參考。

1 工程概況

上海市普陀區真如城市副中心A5地塊規劃用地面積60 585 m2，其中地塊2期、3期地下室，2#、3#、4#塔樓及連廊總承包工程，占地面積34 000 m2，建筑面積215 000 m2，其中地下新建面積97 000 m2。

本工程設3層地下室，基坑開挖深度15.877 m，局部開挖深度達18.877 m，開挖面積11 589 m2，周長約475 m。基坑安全等級一級，環境保護等級二級。

基坑周圍建筑物密集，有多棟在建的高檔辦公樓和酒店，另有軌交11號線真如站、在建的軌交14號線和大量通信、水管等市政重要管線分布（圖1）。

圖1 工程鳥瞰效果圖

1.1 水文及工程地質條件

該基坑所在地區屬濱海平原地貌類型，場地地形較為平坦，絕對高程為3.11～5.02 m。地下水主要有淺部土層中的潛水、部分地區淺部粉（砂）性土層中的微承壓水和深部粉性土、砂土層中的承壓水。基坑場地深度范圍內的地基土主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成，一般具有成層分布特點。本工程施工影響范圍內的土層由上及下依次為：①填土、②粉質黏土、③淤泥質粉質黏土夾黏質粉土、④淤泥質黏土、⑤1黏土、⑤2粉砂、⑤3粉質黏土、⑥粉質黏土、⑦1粉砂、⑦2粉細砂。

本工程地質屬軟土，軟土地基具有孔隙比大、天然含水量高、壓縮性強的特點，所以在基坑支護類型選擇、參數的設定以及應急處理措施制訂等方面需更加謹慎。

1.2 基坑支護方案

該基坑采用單排鉆孔灌注柱圍護結構，三軸攪拌樁止水，4道鋼筋混凝土支撐體系，局部第5道雙拼型鋼支撐（圖2）。

圖2 基坑支護平面布置

支護樁采用混凝土鉆孔灌注樁，樁徑有2種，分別為1 200、1 100 mm。基坑東側采用φ1 200 mm鉆孔灌注樁，樁長為31 m；南側、北側則采用φ1 100 mm鉆孔灌注樁，樁長為31 m。西側（靠近地鐵）采用厚800 mm地下連續墻，墻深35 m（圖3）。止水體系采用單排φ850 mm@1 200 mm三軸水泥土攪拌樁（局部雙排），水泥摻量20%，止水帷幕與鉆孔灌注樁凈距200 mm，灌注樁間設厚100 mm鋼筋混凝土豎向密封板。

圖3 基坑典型剖面示意

基坑集水坑、電梯坑、落低承臺等區域采用φ800 mm@600 mm高壓旋噴樁進行坑底加固。高壓旋噴樁采用P.O 42.5級新鮮普通硅酸鹽水泥，水泥摻量30%。

1.3 基坑監測方案

為確保基坑安全且開挖順利，在基坑施工區域內外布置監測點對基坑及周圍路面和建筑物進行全方位監測。

圍護結構受力及變形分析是基坑支護結構分析的重點，是其他變形產生的根源。本文針對監測方案中的支撐軸力以及圍護樁變形進行著重分析，并從第2層土方開始開挖至第6層土方開挖結束5個階段展開闡述（表1）。

2 基坑監測結果分析

2.1 支撐軸力監測結果

對于支撐軸力的監測，根據支撐不同方向及支撐點位置的不同，特別選取8個點位（圖4）進行支撐軸力的分析。第1道支撐監測警戒值為6 000 kN，第2道支撐監測警戒值為8 000 kN，第3道支撐監測警戒值為9 500 kN，第4道支撐監測警戒值為8 000 kN。

表1 監測工況

圖4 支撐軸力監測代表點

基坑工程開挖過程中，根據第1～4道混凝土支撐軸力監測結果（圖5）可知，第3道支撐軸力較其他3道支撐的受力情況都較大，且每道支撐受力都會隨著每層土方開挖過程呈不同程度的增大。每道支撐都在基坑開挖結束之后，及大底板鋼筋基本綁扎完成之后，受力趨于平穩狀態。第1道支撐軸力受力較大方向為矩形基坑的短邊方向；第2道支撐軸力受力較大方向介于短邊受力向長邊受力的轉換階段；第3、第4道支撐軸力受力較大方向為矩形基坑的長邊方向。其比較吻合基坑開挖過程中的時空效應理論。

2.2 圍護樁變形監測結果

本節主要針對單排樁側向變形監測結果進行分析。由于基坑北側為鉆孔灌注樁中隔墻，不具有代表性，西側為地下連續墻，南側為銅川路、東側為禮尚路，施工車輛及社會車輛主要從這2條路經過，所以主要取5個代表點進行變形分析（圖6）。

根據圍護樁側移變形（圖7）可知，圍護樁側向位移隨著基坑土體的開挖逐漸增加，圍護樁CX13側向位移最大值出現在第4層土開挖完成后，圍護樁CX14、CX16、CX18、CX20側向位移最大值均出現在第6層土開挖完成之后。

本次基坑圍護選用單排樁加內支撐作為支護體系，其圍護樁的側向位移在第6層土開挖完成之后還沒達到70 mm，主要原因是由于單排樁圍護墻首次在軟土地基挖深達到18 m的深基坑中應用，無論是設計單位還是施工單位，對基坑的加固措施都相當投入，在原有加固措施上，施工單位施工時還在基坑內側增加高壓旋噴樁坑底加固，但是相對于采用地下連續墻作為圍護，其經濟性要高很多。

圖5 支撐軸力監測結果

圖6 圍護樁基坑監測代表點

圖7 單排樁各測點在各個工況下的側移

2.3 立柱沉降監測結果

本節主要針對立柱豎向變形監測結果進行分析。由于基坑呈矩形范圍較廣，在基坑范圍內各個區域選取立柱監測點進行變形分析，所以主要取13個代表點進行變形分析（圖8）。

從立柱沉降結果（圖9）可以得出，在基坑開挖過程當中隨著基坑開挖深度的增加，立柱的累積沉降不斷增大。在基坑第6層土方開挖結束之后，立柱沉降趨于平穩。從圖中可以明顯看出立柱LZ51的豎向變形最大達到了82.6 mm，其次為立柱LZ54的豎向變形。這2個立柱位于基坑中部位置，說明了坑底隆起在基坑的中部位置較為嚴重。立柱LZ65的豎向變形較其他立柱變形幅度較小，其位置位于基坑的邊側。

圖8 立柱沉降監測代表點

圖9 立柱沉降監測結果

3 結語

單排樁＋混凝土內支撐＋止水帷幕＋高壓旋噴樁加固的圍護結構形式在軟土地基超深基坑開挖工程中是可行的，且經濟性要高于地下連續墻＋內支撐支護體系。采用單排樁＋混凝土內支撐的支護結構，可降低支護樁造價，便于基坑開挖。

基坑變形監測結果顯示，支護結構設計計算模型和實際工作工況相吻合，工程實踐驗證了設計理論的正確性和可靠性。根據立柱沉降分析可得出，在相同的工況下，基坑邊側的豎向位移小于基坑中部位置的變形位移，印證了基本變形的空間效應。

由于鋼筋混凝土支撐承受圍護結構的變形，施工中應保證混凝土支撐連續澆筑，注重各支撐梁與桁架斜梁的結合質量。

上海真如副中心單排樁＋混凝土內支撐＋止水帷幕＋高壓旋噴樁加固的圍護結構的成功應用，確保了基坑周圍建筑物、道路和地下管線的安全，取得了一定的社會、經濟效益，為今后在軟土地基進行深基坑工程施工積累了一定的經驗。