利用原有圍護樁進行基坑設計的案例

陳 學 成

(上海勘察設計研究院(集團)有限公司，上海 200093)

1 概述

隨著經濟發展和社會進步，我國建筑行業正處于高速發展的階段，但由于管理不善導致的資金鏈斷裂、工程質量不過關等原因也出現了大量的爛尾工程，造成了巨大的資源和能源的浪費。

上海市浦東新區某工程場地于1996年左右進行開發，期間完成了工程樁及大部分圍護樁的施工，后期因各種原因該項目終止。建設單位取得該土地使用權后對該場地重新開發，擬在利用原圍護樁的基礎上[1]，結合現行標準、規范及當地相關文件等要求進行重新設計。

2 項目概況

2.1 建筑物性質及規模

上海市浦東新區某項目地上由4幢4層、1幢13層～14層及1幢26層～27層的樓房組成，整體設置兩層地下室，總建筑面積46 500 m2，其中地下建筑面積9 800 m2，基礎形式為樁基—灌注樁；該工程基坑面積5 810 m2，周長約300 m，基坑開挖深度10.05 m。

2.2 場地現狀

根據建設單位提供的資料，擬建場地原為“中良大廈”項目用地，該項目原為地下2層，基坑開挖深度11.4 m，基坑外側采用壩寬4.7 m～5.2 m，樁長20 m φ 700@1 000水泥土攪拌樁結合φ1 000@1 500樁長25.5 m灌注樁圍護；坑內區域采用φ700@1 000水泥土攪拌樁裙邊加固，壩寬6.2 m，樁長4.0 m，如圖1所示。該區域灌注樁原設計采用C25混凝土，坑外攪拌樁水泥摻量15%，坑內暗墩加固攪拌樁水泥摻量12%。

基坑西側北段靠近國際信貿大廈處，原設計擬利用國際信貿大廈一側圍護結構(國際信貿大廈一側為地下2層，挖深與該工程相當，圍護采用φ1 000灌注樁+壩寬1.7 m φ 700@1 000水泥土攪拌樁，坑內采用壩寬2.2 mφ700@1 000水泥土攪拌樁加固)，并考慮將支撐撐到國際信貿大廈地下1層樓板處，如圖2所示。

根據建設單位提供的信息，原基坑圍護樁于1996年左右施工，其中外側灌注樁及雙軸攪拌樁已施工完成，坑內加固僅剩余北側及西南側局部未施工。

2.3 周邊環境

周邊環境與20余年前相比發生了顯著的變化，擬建場地東側及北側現狀為已建市政道路，基坑邊線距道路最近約11.1 m；南側總部峰匯地塊已建2層～3層建筑物(基礎為PHC400(80)管樁，樁長30 m)，基坑邊線距離內部道路約3.6 m，距離已建建筑最近約10.6 m；西側為國際信貿大廈(地上26層，地下2層，樁基)，基坑邊線距離內部道路約3.9 m，距離國際信貿大廈地下室外墻最近約7.4 m；市政道路及內部道路下存在移動、電信、路燈、信息、給水、煤氣、雨水、污水等多條市政管線，其中最近電信管線距離基坑僅2.5 m，周邊環境較為復雜。

2.4 工程地質

上海位于東海之濱、長江入海口處，屬長江三角洲沖積平原，擬建場地地貌單元屬濱海平原地貌類型。勘探孔所揭露的65.0 m深度范圍內的地基土均屬第四紀沉積物，主要由飽和的黏性土、粉性土、砂性土組成，根據地基土的成因、時代、結構特征及物理力學性質指標等綜合分析，可劃分為7個工程地質層及亞層、次亞層(①層、③層～⑤層、⑦層～⑨層，上海統編第②層，⑥層缺失)，對本工程基坑有影響的主要為①層～⑤層。

①1-1層雜填土：以黏性土為主，含建筑垃圾，厚度1.00 m～4.10 m，土質松散不均，普遍分布。

①1-2層素填土：以黏性土為主，含少量粉土及植物根莖，層厚0.80 m～2.50 m，雜填土較厚區域缺失。

③層灰色淤泥質粉質黏性土：含有機質、夾薄層粉性土，高等壓縮性，流塑狀態，層厚5.40 m～9.70 m，普遍分布。

④層灰色淤泥質黏土：含有機質、夾少量粉土，高等壓縮性，流塑狀態，層厚7.40 m～8.70 m，普遍分布。

⑤層灰色淤泥質黏土：含有機質，夾泥鈣質結核，高等壓縮性，軟塑狀態，層厚9.50 m～11.00 m，遍布。

土層物理力學指標見表1。

表1 土層物理力學指標

2.5 水文地質

擬建場地淺部土層中的潛水，其水位埋深隨季節、氣候等因素而變化。上海市年平均地下水埋深為地表面下0.5 m～0.7 m，低地下水埋深為地表面下1.5 m，設計時地下潛水位按0.50 m考慮。

勘察期間本工程第⑦層承壓水頭埋深實測值為4.35 m～4.40 m。根據勘察期間的實測值和上海地區一般承壓水變化幅度上限3.0 m對擬建基坑的不同深度進行抗承壓水穩定性計算，計算結果如表2所示。

表2 基坑抗承壓水穩定性計算一覽表

由表2可見，當基坑開挖深度不超過11.25 m時，不論承壓水水頭埋深為3.0 m或4.35 m，基坑抗承壓水穩定性均滿足規范要求。局部消防電梯(高差大于2.38 m時)存在承壓水突涌的可能，擬封底處理；同時設置減壓井備用，按需降水。

3 基坑支護設計

3.1 工程特點

1)場地土層特點。

部分區域第①1-1層、①1-2層填土層較厚，且土質松散不均。

本工程基坑內部存在已施工攪拌樁(坑內加固)，第③層底部夾有1 m～2 m厚的水泥土，Ps值達8 MPa～12 MPa左右；第④層上部夾有4 m～6 m厚的水泥土，Ps值達12 MPa～26 MPa左右，強度較大，可能會對圍護樁施工造成一定的影響，施工過程中應引起注意。

2)基坑自身特點。

擬建基坑大面積開挖深度為10.05 m，基坑安全等級為二級，且根據資料該場地內擬建基坑外側存在已施工灌注樁、雙軸水泥土攪拌樁，設計時應盡可能考慮對已施工圍護樁的利用，節約本工程造價。

3)局部基坑邊線調整。

因建筑的重新規劃，局部地下室外墻線已位于前期施工的攪拌樁區域，需在已施工攪拌樁區域補打灌注樁[2-5]，因攪拌樁施工時間較長，強度較大，施工難度較大。

4)基坑周邊環境特點。

擬建基坑周邊管線較多，且最近管線距離基坑約2.5 m，基坑環境等級為二級。因此設計需合理控制圍護體的變形，減少其地基差異變形，以利于做好對鄰近市政道路及地下綜合管線的保護。

5)現有規范及要求的調整。

隨著社會的進步，基坑開挖規模的變化及周邊環境保護要求的不斷增加，現行規范及要求不斷在調整及更新，擬建基坑需在現行規范下重新去設計，如上海地區相關條文規定開挖10 m左右基坑一般采用兩道支撐等。

3.2 施工前準備

鑒于該場地原有圍護樁已施工，考慮施工的便利性及經濟性，擬對已施工圍護樁進行利用，施工前聘請具有相應資質的檢測單位對原圍護灌注樁進行樁長、強度、磁梯度[6]等的檢測，確保灌注樁樁長、強度等滿足原圍護設計要求，檢測數量不少于2%。對原圍護坑外存在4.7 m～5.2 m重力壩進行樁長、強度等的檢測，以確保可以滿足本基坑開挖過程中的止水要求，檢測數量不少于1%，具體檢測結果如表3，表4所示。

表4 攪拌樁檢測結果

表3 灌注樁檢測結果

根據檢測結果及對比原有圍護圖紙，灌注樁強度、長度等均滿足現有設計要求，攪拌樁個別區域樁長不滿足原有設計要求，但基本可以滿足本工程止水要求。

3.3 圍護體系

基坑東、南、北三側利用原圍護樁：原圍護樁采用φ1 000@1 500灌注樁結合4.7 m～5.2 m重力壩進行擋土，坑內采用6.2 m壩寬攪拌樁裙邊加固，由于原圍護僅采用一道支撐導致樁頂落低較大，現我司考慮對原灌注樁進行接長并結合布置第一道支撐，考慮施工便利性及可操作性，于現狀灌注樁樁頂設置一道圈梁，上部采用800厚混凝土墻進行接長處理[7]，如圖3，圖4所示。

基坑西側(靠近國際信貿大廈處)：已施工圍護灌注樁在場地圍墻外側，如利用該圍護樁時，原雙軸水泥土攪拌樁在基坑開挖過程中坑底以上部分將被挖除，不利于止水。綜上擬利用已有雙軸攪拌樁進行止水并補打φ800@1 000灌注樁進行擋土，如圖5所示。

對已施工圍護樁長、強度等進行檢測后，新建基坑圍護體系在利用原有項目圍護樁的基礎上進行設計，滿足現有規范及地方標準的需求，減小了建設單位對基坑圍護的投入，并節約了大量的施工工期。

4 計算及監測分析

4.1 計算模擬分析

計算過程中土體采用四結點等參單元，圍護墻體采用梁單元，支撐采用二力桿單元模擬。模型寬度及高度不小于基坑開挖深度的7倍及3倍。計算模型的上邊界為自由邊界，底邊界固定，其余各邊分別限制其向基坑方向的變形。計算模型見圖6。

4.2 計算結果分析

根據計算結果顯示，基坑開挖至坑底時變形最大，且變形最大位置出現在基坑底部位置，最大水平變形約33.4 mm，基坑豎向變形主要為坑底隆起，最大豎向位移約28.9 mm，水平變形云圖如圖7所示。

4.3 實測結果及分析

基坑施工過程中應對圍護結構和周邊環境進行全過程監控，以便于對施工進行指導，根據圍護樁測斜結果顯示，一般最大位移出現在坑底附近， 最大數值一般在30 mm～40 mm，坑底以下變形迅速收斂，部分區域實測數值較計算值略大，可能原因為周邊加工場地存在堆載或車輛行走，典型測斜數據見圖8。

5 結語

本文以具體工程實例為依托，對利用原有圍護樁基坑進行設計和分析，說明對原有樁位進行相關檢測及驗證后，在采取一定的措施下可針對性的運用在新建工程中并取得顯著的經濟效益，目前該工程已竣工并投入使用。