下立交深基坑圍護工程選型與應用

周 魏

[上海奉賢建設發展（集團）有限公司，上海市 201499]

0 引言

隨著社會經濟的加速發展，基礎設施建 設需求逐漸加大，同時也對建筑施工安全性 提出了更高的要求。對一些發達地區，深基坑建設的安全性一直是工程建設者最關心的問題。深基坑設計施工領域的專家學 者做了很多研究，例如郭建飛[1]、溫艷華[2]、田志勇[3]、范麗[4]等對深基坑的圍護方案優 選和施工技術做了一些研究。本文以金海公路（大葉公路—浦南運河）道路改建工程EPC設計采購施工一體化工程作為載體，通過分析航南下立交深基坑工程的開挖深度，周邊環境、周邊重要管線、建（構）筑物的影響等因素，確定了基坑的安全等級及環境保護等級，明確了基坑的圍護形式。

1 工程概況

隨著虹梅南路越江段和軌道交通5號線 的實施，奉賢南橋商住區的開發和上海之魚 的建設，為提升金海公路整體景觀效果，航南公路節點采用下立交形式進行建設。下立交主線全長840 m，分為暗埋段440 m和敞開段400 m，地道規模為雙向4車道（單孔單向2車道）。地道在最低點處設一處附建式雨水泵房，底板落低約2.9 m。地道近南北走向，地道總體布置見圖1和圖2。

圖1 航南下立交平面布置圖

圖2 航南下立交北線結構縱斷面布置圖

建設場地處原地面標高為4.43~4.82 m，平均地面標高約4.6 m。該基坑寬19.4~20.2 m，深0.3~11.2 m。在線路最低點設置一座雨水泵房，基坑局部落深約2.9 m。

1.1 周邊環境

在擬建地道位于航南公路和年豐路之間的東側有1住宅小區（合景萬景峰小區），小區由多層和高層住宅組成，建筑物距道路紅線15 m，距地道圍護樁外邊線約29 m，對圍護結構影響不大。地道的其他各方向場地空曠。

1.2 周邊管線

基坑附近內有電力、污水、通信、燃氣、原水、上水等管線，主要集中在金海公路東西兩側和航南公路、年豐路沿線。特別是D1600的上水管以及燃氣管的保護措施對該深基坑的圍護選型有影響。

1.3 軌交5號線影響

在建的地鐵5號線南延伸段為盾構結構，5號線由航南公路轉向金海公路，沿金海公路穿過年豐路后逐漸與航南公路下立交平行，5號線與該下立交圍護外邊線最小凈間距為9.46 m。該下立交南側敞開段200 m及HNA17節段在地 鐵50 m保護線范圍內。

2 地質條件

2.1 工程地質

根據本工程地質勘察結果，基坑開挖主要影響土層見圖3，地層分布見圖4。

圖3 航南下立交開挖影響土層

圖4 航南下立交沿線地層分布圖

2.2 水文地質

擬建項目地下水主要包括潛水、微承壓水和承壓水。潛水埋深0.3~1.5 m，對工程影響不大；微承壓水埋深3~11 m，承壓水埋深3~12 m，將對下立交施工產生主要影響。

2.3 設計計算參數

根據下立交工程的勘察報告，各土層設計計算參數見表1。

表1 各土層設計計算參數

3 基坑圍護選型與應用分析

3.1 圍護選型依據

根據上海市工程建設規范《基坑工程技 術規范》（DG/TJ 08-61—2010），基坑工程安全等級如下：基坑開挖深度大于等于12 m，屬一級安全等級基坑工程；基坑開挖深度小于7 m時，屬三級安全等級基坑；其余均屬二級安全等級基坑。

本基坑寬19.4~20.2 m，深約0.3~11.2 m。在線路最低點設置一座雨水泵房，基坑局部 落深約2.9 m。基坑安全等級劃分：基坑深度不小于12 m時（泵房處），屬一級安全基坑；基坑深度小于7 m時屬三級安全等級基坑，其余屬二級安全等級基坑。

航南公路下立交周邊存在軌道交通5號線，但距離基坑范圍均在兩倍基坑深度以外。部分節段基坑1倍基坑深度范圍內存在較重要管線（電力排管等），部分節段基坑2倍基坑深度范圍內存在較重要管線（原水管），對管線保護要求較高。根據上海市工程建設 規范《基坑工程技術規范》（DG/TJ 08-61—2010），HNA2~HNA17、HNB11~HNB12共18節基坑，屬二級環境保護等級，其余節段根據基坑工程的環境保護等級表，均定為三級環境保護等級。

根據基坑安全等級以及環境保護等級，本工程基坑初步擬定鋼筋混凝土地下連續墻、灌注樁排樁圍護墻、型鋼水泥土攪拌墻三種圍護方案。

3.2 圍護選型優缺點分析

3.2.1 地下連續墻

優點分析：適用于所有安全等級的基坑，防滲截水性能好，墻體硬度、剛度較大，能 承受較大的重力，耐久性優越；結構變形和地基土變形較小，能夠緊鄰已有建筑物及地下管線施工，對軌交5號線施工影響較小。

缺點分析：相對工程造價最高，不夠經濟；施工周期長，施工操作比較復雜，對工 人技術要求較高，并且對施工質量要求也較高，對可使用的地質條件要求較嚴格。

3.2.2 灌注樁排樁圍護墻

優點分析：適用于一、二級安全等級的 基坑，有較好的剛度，施工中不需要大型機械，對周邊環境要求較低，相對地下連續墻造價要低。

缺點分析：對止水帷幕契合度要求高，施工周期長，施工質量要求高；樁身間間隙土會位移變位，對于上海軟土地區不太適用。

3.2.3 型鋼水泥土攪拌墻

優點分析：適用于所有安全等級的基坑，軟土地區適用性好，構造簡單，止水性能優越，施工周期短，工程造價最低，環境污染 小，特別適合城市中的深基坑工程。

缺點分析：場地受機械影響要求高，墻體強度受施工質量影響較大，獨立支護能力較弱。

3.3 圍護結構施工方案

綜上所述，航南下立交擬采用型鋼水泥土攪拌墻以及放坡開挖相結合的形式進行施工。

該工程中，立交總長840 m，基坑深度約11.2 m，其中采用φ850@600型鋼水泥土攪拌墻的范圍約440 m，采用φ650@450型鋼水泥土攪拌墻的范圍約180 m，采用φ600@450型鋼水泥土攪拌墻的范圍約60 m，放坡開挖約160 m。其中年豐路以南段與在建的地鐵5號逐漸平行，距地鐵5號線最小凈距為9.46 m，圍護SMW工法樁的埋深超地鐵 盾構，工法樁施工時產生的擠壓效應會對5號線盾構造成影響。為減少工法樁對盾構的擠壓效應，地道結構完成后，采取不拔除型鋼的處理方式。基坑圍護結構平面布置如圖5所示。

圖5 圍護結構平面布置面

地道基坑圍護布置匯總見表2。

表2 基坑圍護布置表

3.4 圍護結構變形及內力計算

圍護結構分析的原則是“先變形，后支撐”，地面超載取20 kN/m2，側向荷載按水土分算確定。該下立交選取泵房最深處對圍護結構內力進行計算。

3.4.1 內力變形計算

每兩根樁抗彎剛度K=E×I=870 630 kN·m2。

以每兩根樁計算相應的結構內力和土體抵抗力，每延米計算支撐發力，計算見圖6。

圖6 圍護結構內力圖

墻體最大側向變形37.5 mm，小于規范要求 的42.42 mm，符合規范要求。

3.4.2 S MW工法水泥土強度計算

水泥土抗剪強度系數為0.21，設計值系數為1.25，彎矩折減系數為1.0。

該處泵房最深處達到14.14 m，根據圖7以第9工況計算：開挖到-9.74 m時，滿足該處剪應力為144.65 kPa和127.38 kPa的要求。

圖7 S MW工法水泥土強度

3.4.3 型鋼抗彎驗算

計算最大彎矩為2 139.2 kN·m，彎矩設計值為2 674.0 kN·m，型鋼抗彎截面模量為11 520 000.0 mm3，型鋼邊緣正應力為232 120.5 kPa，允許抗彎強度 設計值為210 000.0 kPa。均滿足規范要求。

3.4.4 鋼支撐驗算

鋼支撐軸力標準值N=467×4=1 868 kN，計算跨徑10 m，查鋼支撐軸力承載力對照表，滿足承載力要求。

4 結 論

該工程重視周邊環境的保護，加強針對性和集約化設計，利用各種技術手段掌握基坑變形影響規律，降低了施工風險。由此可得出以下結論：

（1）圍護結構選型綜合考慮地質條件、基坑深度、周邊環境保護、建設工期、工程經濟等因素，最終選擇相對經濟環保的型鋼水泥攪拌墻圍護方式。

（2）基坑泵房局部挖深達14 m，該處圍護考慮密插，豎向設置4道支撐，坑底和坑內進行了地基加固。針對承壓水水位波動可能引發的突涌，設置降壓井，按需降壓。最終建設期間，未開啟降壓設備，基坑坑底穩定。

（3）通過傳統基坑計算軟件和有限元軟件的雙重驗算，深度剖析基坑變形規律，精細化評估深基坑工程對周邊環境的影響，分析結果顯示變形是可控的。

該基坑設計得到了評審專家和業主單位的認可，從深基坑施工、開挖到主體結構貫通歷時17個月，周邊環境未見異常，實踐證明，基坑設計較為成功，取得了良好的經濟效益和社會效益。