分區基坑同步開挖實例研究

陸麗君 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200011）

當今城市建設發展迅速，基坑工程設計及施工常常面臨工期緊、周邊環境復雜敏感[1]等外部難題。如何在確保基坑安全的前提下，采取針對性的設計措施及施工工序來合理加快施工工期，是當前基坑工程設計及施工的重、難點。

本文以上海市區某基坑工程為背景，對分區基坑同步開挖的實例進行了研究與探討。

1 工程背景

該舊區改造高品住宅項目位于上海市黃浦區。項目設置兩層地下室，基坑總面積2.03萬m2，普遍挖深9.75～10.35m，局部落深 1.4～3.2m。

基坑東側毗鄰住宅小區。其中，某7層住宅樓距離本工程地下室外墻最近約8.5m。該住宅樓為磚混結構，地基采用Φ500粉噴樁進行加固，樁體有效長度11.5m，復合地基承載力按125kPa設計；基礎形式為條形基礎，埋深約2.2m，均置于②層粉質粘土層。

基坑西、南、北側均與市政道路接壤，道路下分布多條市政管線，距離本工程地下室外墻最近約8.9m。總體而言，本工程周邊環境較為復雜，保護要求較高，如圖1所示。

2 地質條件

擬建場地土層主要由粘性土、粉性土和砂土組成。基坑圍護設計參數如表1所示。

圖1 周邊環境總圖

土層物理力學性質綜合成果表 表1

場地淺層普遍分布以建筑垃圾為主的雜填土，含原有建筑物舊基礎、混凝土地坪等。施工前須預先清除并回填，確保工程樁及圍護樁順利施工。

地下水類型有淺部土層的潛水和第⑦層承壓水。經驗算，本工程基坑一般底板區域、局部落深坑區域的抗承壓水穩定性均能滿足規范要求[2]。

3 基坑支護設計

本項目屬于軟土地區深大基坑項目。周邊分布住宅樓、大直徑市政管線等重要保護對象，環境保護要求較高[2-3]。同時，基坑開挖影響范圍內分布深厚的淤泥質土層，對于基坑施工階段的變形控制也十分不利。綜合考慮上述因素及業主對施工進度的安排，本項目基坑支護設計方案確定如下。

3.1 分區設計

根據業主施工進度安排，本項目基坑擬分為南、北兩區進行施工，北區地下二層頂板完成且達到設計強度后方可開挖南區第一道支撐以下土方。分區示意參見圖1。

3.2 圍護結構設計

基坑采用上海地區常見的板式支護體系。圍護樁包括南、北區分隔樁均選用剛度較大、利于基坑變形控制的鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁設計樁身強度C30，樁徑0.85～1.0m，樁長20～26m，均穿透④層淤泥質黏土層并進入力學性能較好的⑤1-2層粉質黏土層。止水帷幕采用全面搭接、止水效果可靠、擠土效應小的Φ850三軸水泥土攪拌樁，并進入坑底以下不小于7m。

3.3 坑內被動區加固設計

被動區土體加固采用φ700@500雙軸水泥土攪拌樁，以控制基坑引起的變形。同時，針對臨近建筑物位置的加固深度及范圍均有所加強。基坑東側臨近住宅樓區域，坑內加固范圍為第二道支撐底部到坑底以下6m。基坑典型圍護結構剖面如圖2所示。

圖2 典型圍護結構剖面圖

3.4 支撐及棧橋設計

基坑采用兩道臨時水平鋼筋混凝土支撐，以“角撐+對撐+邊桁架”的形式布置，可有效控制基坑開挖引起的側向變形。棧橋分布則著重考慮總包單位對于行車、堆載等方面的需求。支撐平面布置見圖3，其中陰影區域為施工棧橋分布區域。

圖3 支撐平面布置圖

3.5 換撐措施

為確保南區基坑支撐體系受力平衡，需在北區地下二層頂板設置型鋼斜換撐后，方可開挖南區第一道支撐以下土方。換撐設置如圖4（a）所示。

為控制基坑開挖對東側住宅樓的變形影響，本項目B1層樓板澆筑完成且達到設計強度后，需架設型鋼斜換撐，而后再拆除第一道混凝土支撐，以減少水平支撐拆除后基坑的側向變形，保護鄰近住宅樓。換撐設置如圖4（b）所示。

圖4 換撐剖面示意圖

4 同步開挖技術措施

本項目初期即完成南、北區第一道支撐及棧橋施工。北區按原定設計工況進行第一道支撐下的土方開挖。隨后業主提出加快施工進度，南、北兩區同時開挖。針對這一工況的調整，設計從安全角度出發，提出以下技術措施。

4.1 完善南、北分區水平支撐的整體傳力性能

南、北分區同時開挖，北區基坑對撐（南北向）所受土壓力需經由南區支撐傳遞并平衡。經支撐平面設計分析與計算，北區中部對撐A（南北向）與南區分界處中部對撐B（南北向）可基本銜接對應；北區東側對撐C（南北向）受力則可經由南區新增“八字撐”D和原有角撐E傳遞并平衡。

新增的第一道“八字撐”與已有鋼筋混凝土圍檁及支撐結構采用鑿毛及植筋等方式連接。

4.2 新增南、北分區分界處換撐

考慮到北區總體施工進度先于南區約一周時間。北區分界線處底板澆筑完成并達到強度后，應立即架設型鋼斜換撐，如圖4a所示。而后再開挖南區分界處留土，施工該區域的墊層及底板。

4.3 基坑土方開挖方式調整

南、北分區第一道支撐下土方應充分考慮時空效應[4]，采取盆式開挖方法，及時形成第二道水平支撐體系。北區靠近分界線區域的土方宜后挖。南區靠近分界線區域應留土寬約20m（約4倍挖土高度），且開挖至分界線處時，應先開挖中間對撐區域的留土，待對撐形成后，再開挖東、西兩側角撐區域的土方。

南、北分區開挖第二道支撐下土方時，北區應由北至南施工，且隨挖隨澆，及時施工墊層、底板及傳力帶。北區臨近分界線處應留土寬約20m，待南區第二道支撐達到強度后方可開挖。

南區第二道支撐下土方應由南至北開挖，且隨挖隨澆，及時施工墊層及底板。此外，南區臨近分界線區域應留土寬約20m，待北區底板換撐架設完成后，再開挖留土，施工墊層及底板。

5 實施與監測分析

本項目北區基坑從第一道支撐下土方開挖到底板澆筑完成，歷時52d；南區基坑到底板澆筑完成歷時57d，稍晚于北區，基本實現南北區基坑同步開挖。

基坑監測數據顯示，截至南、北區基坑底板澆筑完成，南區角撐E軸力值最大，首道及第二道支撐軸力分別為3879kN和4457kN。可推斷在南、北區基坑同步開挖期間，角撐E承擔了部分北區東側對撐C傳遞的支撐軸力；支撐平面布置可以滿足本基坑南、北分區同步施工的要求。

圖5 第二道支撐下土方開挖順序示意圖

基坑圍護墻體傾斜監測值普遍超出設計報警值（一般區域報警值25mm，東側臨近住宅樓區域18mm）。墻體測斜最大值出現在北區基坑西北角，達到38.7mm（CX4）。東側圍護墻體測斜最大值出現在北區東南角，達到33.17mm（CX12）；該測點附近的鄰近住宅樓沉降監測也超出報警值，達到17.75mm（F25）。此外，西側燃氣、電力、上水等管線也存在多處監測點報警的現象。經分析，主要有以下三方面原因：

①基坑暴露時間較長。因基坑開挖期間，支撐、墊層及底板等施工不及時，延長基坑暴露時間，導致基坑變形普遍增大。

②基坑開挖未嚴格按照設計要求實施。南、北分界處，南區第二道支撐下土方未作留土。未能通過留土“緩沖帶”減小南區基坑無支撐暴露的時間。

③由于本工程施工場地較小，基坑部分區域施工堆載較多，也不利于基坑的側向變形控制[5]。

6 結語

本文以上海市區某基坑工程為背景，對分區基坑同步開挖的可行性進行了研究分析。實例研究證明，采取合理的技術措施，調整土方開挖工況，可基本實現基坑同步開挖。監測數據也表明分區基坑在同步開挖期間，圍護體及周邊建（構）筑物的變形基本在可控范圍內，基坑整體處于穩定狀態。為類似基坑工程的設計施工提供參考。