上海宝建（集团）有限公司 上海 201900
摘要：软土地基具有天然含水量大、孔隙比大、压缩性高、承载能力低等特点。上海地区软土深达30m，是长三角地区最典型的软土地区，因此在正式施工前，应根据工程所在地的地质地貌、周边情况，确定最佳的围护形式。本文主要以上海某地区工程项目为背景，对软土地区复杂环境下的深基坑围护设计的选型及其关键施工技术展开研究。本工程通过对基坑周边环境的分析和对基坑周边环境影响的有限元分析，满足了对周边环境保护的要求，介绍了相关关键施工技术。
关键词：软土地基；深基坑设计；深基坑围护选型；重力坝；搅拌桩；钢支撑
Design selection and key construction technology of deep foundation pit in complex environment
Abstract：Soft soil is characterized by large natural water content, large pore ratio, high compressibility and low bearing capacity. The depth of soft soil in Shanghai area is up to 30m, and it is the most typical soft soil area in the Yangtze River Delta. Therefore, before the formal construction, the best enclosure form should be determined according to the geological landform and surrounding conditions of the project location. In this paper, based on a project in Shanghai, the selection and key construction techniques of deep foundation pit enclosure design under complex environment in soft soil area are studied. Through the analysis of the surrounding environment of the foundation pit and the finite element analysis of the impact on the surrounding environment of the foundation pit, this project meets the requirements of the surrounding environment protection, and introduces the relevant key construction technologies.
Keywords：Soft soil foundation；Deep foundation pit design；Selection of deep foundation pit enclosure；Gravity dam；Mixing pile；Steel support
前言
目前上海地区常见的深基坑围护形式主要有放坡开挖、重力坝、工法桩+钢支撑、排桩+止水帷幕、地下连续墙等形式。
放坡开挖成本低，但对于场地有要求。周边环境简单的软土地基，场地条件允许的情况下，挖深6m以内大部分采用两级放坡开挖形式。重力坝一般采用简单的梯形截面形式，高度通常在5~6m以下。对于挖深不深的软土地基，常见的围护形式还有重力坝和工法桩+钢支撑等。对于挖深较深且对周边环境保护有较高要求的情况，大多采用排桩+止水帷幕或地下连续墙等形式。
本文主要以上海某地区工程项目为背景，对软土地区复杂环境下的深基坑围护设计的选型及其关键施工技术展开研究。
1 工程背景
1.1工程简介
本项目为青浦区朱家角浦泰路西侧B1、B2地块商品房项目,位于上海市青浦区朱家角地区，拟建建筑物由88幢2~4层多层公寓、商业及地下车库等配套设施组成，总建筑面积为195146.94m2，其中地上建筑面积116517.0 m2，地下建筑面积75529.8 m2。,整个地块共分B1、B2两个地块,有两个独立的整体地下室，本文研究主要基于B2地块。本工程基坑开挖深度为4.95m。基坑安全等级和环境保护等级均为三级。
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图1 项目效果图
1.2周边环境
东侧：基坑东侧局部区域离用地红线最近，间距约为1.68m。用地红线东侧为浦泰路，道路宽约16.0m，道路下分布有多条市政管线。
南侧：基坑南侧边界与用地红线间最小间距约为27.82m。用地红线南侧为沙淀中路，道路宽约12.0m，从地形图反映道路下分布有多条市政管线，但均在5倍开挖深度以外。
西侧：基坑西侧与用地红线间最近距离约为1.38m，西侧为规划孟将堂路。规划孟将堂路西侧为预留的B1地块，为空置闲地。
北侧：基坑北侧与用地红线间最近间距约为3.17m。用地红线北侧为规划沙淀路，规划沙淀路以北分布有朝阳河道，河道蓝线与基坑开挖边线最近间距约为26.41m。
1.3地质情况
本工程场地属长江三角洲泻湖沼泽平原Ⅰ-1区，实测各勘探点孔口绝对标高+2.71～+4.48m，地势有一定起伏。开挖深度影响区域内土层情况如下表。
表1 土层分布表
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与本基坑有关的地下水为潜水，勘探期间测得地下水稳定水位埋深一般为0.30～1.70m，围护设计计算时按地下水埋深0.5m考虑。
不良地质:（1）本场地内局部填土较厚，最厚约3.90m，对围护桩施工不利；（2）场地内分布有明浜，厚度为0.40～1.40m，土性以淤泥为主；（3）开挖深度范围内分布第②粘质粉土夹粉质粘土，渗透性较强，在动水压力作用下易发生管涌、流砂等不良地质作用。
2 工程难特点
2.1深基坑面积大
B2地块基坑开挖面积约为48177平方米，形状接近于矩形，开挖深度为4.95米，总出土量接近250000m3。
2.2周边环境复杂
本工程位于朱家角旅游地区，环境保护要求较高，基坑周边道路排布重要市政管线，大型运输车辆较多。
3 基坑对比选型分析
3.1深基坑围护选型
根据类似工程经验，两级放坡、水泥土搅拌桩重力坝两种围护形式都较为合适，可供选用。以下根据项目特点对B2地块围护选型作简单分析：
基坑东侧：距离市政道路较近，不具备放坡条件，故采取重力坝方案，考虑到搅拌桩施工期间具有一定的挤压效应，故应科学控制施工速率，强化基坑监测。
基坑南侧：分布有待建浅基础建筑物，不具备放坡条件，故采取重力坝方案。
基坑西侧：该侧分布有规划市政道路，目前为空地，但根据建设单位场地布置，该侧分布有施工便道（主干道）、材料堆场等临时设施，故大部分区域不具备放坡条件，采取重力坝方案，局部采用两级放坡+止水帷幕围护形式。
基坑北侧：该侧分布有规划市政道路，目前为空地，但根据建设单位要求该侧不具备放坡可能性，故采用重力坝方案。
3.2深基坑围护概况
基坑主要采用重力坝为基坑的临时挡土结构，两排双轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕。施工采用700双轴搅拌桩，Ф48x3.0钢管、L=6m@1000，Ф12钢筋、L=1.5m@每根，搭接200mm长度，水泥掺量为13%（如桩位处于明暗浜或回填土区域则水泥掺量加大到16%），水泥浆液水灰比为0.50～0.60。护坡面层采用70厚喷射混凝土面层，内配Ф6.5@200双向钢筋网片，混凝土等级为C20。
3.3土体开挖对周边环境的影响有限元分析
（1）有限元分析对象
B2地块基坑东侧浦泰路下市政管线（考虑第⑥1层 粉质粘土埋深不同分别进行计算）
（2）土体模型
土体本构采用Hardening-Soil模型（可以兼顾剪切硬化和压缩硬化的等向硬化弹塑性模型），并采用了Mohr-Coulomb破坏准侧。不同于Duncan-Chang模型采用变模量的弹性关系来表达，HS模型采用弹塑性来表达这种关系，即假设三轴加载下的剪应力q与竖向应变 为双曲线关系。HS模型基于三轴排水实验的轴向应变- 和偏应力q之间为双曲线关系这一基础设想，由于考虑了土体的剪胀和中性加载，因此弥补了DC模型的不足。下图绘出了这种关系。
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图2 竖向应变
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和剪应力
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之间曲线关系
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图3 主应力空间中的H-S模型屈服面
（2）结构单元
围护搅拌桩采用soil单元，周边建筑物、管线及工程桩采用plates单元进行模拟。
（3）计算模型
为尽量避免模型边界对结果的影响，计算模型必须采取足够尺寸。依据基坑挖深，计算模型尺寸如下：深度为30米，水平向80米。同时对模型边界进行约束，左右两侧进行X向约束，下侧进行Y向约束。采用15节点三角形单元进行模拟土体， 管线计算参数按钢材选取，截面积、惯性矩等几何参数折算至每单位长度上确定。
（4）计算结果
本文以B2地块基坑东侧浦泰路下市政管线（第⑥1层 粉质粘土埋深较深剖面）为例。
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图4 开挖至坑底后水平位移云图
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图5 开挖至坑底后竖向位移云图
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图6 开挖至基底后电信管水平及竖向位移云图
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图7 开挖至基底后污水管水平及竖向位移云图
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图8 开挖至基底后雨水管水平及竖向位移云图
（5）计算结果分析
表2 管线计算结果
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有限元计算结果表明：基坑开挖引起管线最大水平位移约为5.92mm，最大竖向沉降约为7.02mm；根据上述理论计算结果，并结合已有的工程经验，本方案能满足对管线的保护要求。
4 关键施工技术
4.1施工总体部署
本工程桩基工程为预制PHC管桩，由于预制桩的打设对土体有较大的挤压效应，故施工时先打设PHC管桩，再跟进施工围护结构。施工搭接顺序为：桩基总体从南侧向北跳打施工，待基坑南侧区域预制桩打设完成后，跟进施工搅拌桩围护和止水帷幕（暂缓区域除外），南侧搅拌桩施工结束后，达到28天设计强度，可进行后续施工。土方开挖由西南角的开始挖土（暂缓区域土方暂缓施工，待暂缓区域的围护桩达到设计强度后再考虑流水搭接，进行土方开挖）。故整体的桩基和围护桩施工顺序为从南向北。
4.2搅拌桩施工技术
（1）施工工艺流程
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图9 双轴搅拌桩施工工艺流程
(2)施工要求
采用Ф700双轴搅拌桩，搭接200mm，水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量为13%（如桩遇明暗浜或回填区域则加大到16%），土体容重取18KN/m3，每方水泥用量为234kg，水泥浆液水灰比为0.5~0.6（具体施工时控制标准以施工前比重计测试为准）。施工完成后应养护28d以上，28d无侧限抗压强度设计值为0.8MPa。
4.3挖土施工技术
根据基坑近似长方形形状、设计要求并结合大底板沉降缝及现场业主图纸调整情况，本基坑施工初步划分为南北方向八个水平基坑，每个基坑宽度约50米左右，然后每个水平基坑再进行细化成两至三个小基坑，宽度也约为50米，即整个B2基坑共分21个小型基坑。整体开挖顺序为由南向北推进，基坑东南侧因图纸调整，开挖顺序进行微调。遵循“分区、分块、分层开挖”原则，首先开挖基坑西南侧的①区，待该区域的大底板浇筑完成后，再开挖②和③，待大底板浇筑完毕后，依次按基坑编号顺序开挖。具体见基坑分区图。
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土图10 基坑分区图
4.4钢支撑施工技术
（1）施工工艺
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图11 钢支撑施工工艺流程
（2）施工要求
本工程局部区域设置Ф609钢管支撑。
在支撑施工前，应预先准备好连系梁、支座（钢垫箱）和钢牛腿料，工作面一旦具备能及时开始施工。
支撑安装完毕后，应及时施加预应力，未加预应力前禁止开挖支撑下部土方。拆除千斤顶前需确保预应力加至设计要求，并用钢楔顶紧。
为避免因支撑与受压面不垂直产生徐变，并致使挡土墙水平位移递增以至于支撑失稳等现象产生，在支撑受力后，确保经过严格检查。
钢支撑焊缝均需满焊，焊缝高度确保在8mm以上，焊缝表面需做到焊波均匀，杜绝出现汽孔、夹渣、裂纹、肉瘤等情况。
采用螺栓接拼时，确保穿向一致，两次旋紧，螺栓外露不可小于二牙。
5 基坑监测及结果
5.1基坑监测范围
为减小地下结构施工对周边环境的影响，及时了解最新信息变化，实现信息化施工，使本工程基坑施工处于受控状态，根据本工程基坑施工特点及周边环境现状，布置以下监测点。
表3 监测点表
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图12 监测点布置图
5.2基坑检测结果
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图13 管线沉降监测图
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图14 围护桩深层位移曲线图
基坑施工期间的监测数据如下，周边管线的最大沉降7.01mm，在允许值内。围护桩深层位移测量值也在允许值范围内，其余基坑监测点数据也均未超过允许值。
6 结语
软土地基具有天然含水量大、孔隙比大、压缩性高、承载能力低等特点，上海地区软土深达30m，因此在正式施工前，应根据工程所在地的地质地貌、周边情况，确定最佳的围护形式。本文基于工程实际，介绍了软土地基情况下的围护设计选型，通过对周边复杂环境的分析和施工技术的应用，确保了地下结构施工的安全性，减少了对周边建筑物和管线的影响，为今软土地基及复杂环境下的深基坑围护设计的选型和深基坑施工提供了良好的参考。
参考文献
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作者简介：程珺（1982-），男，本科，中级工程师。