王慧峰

隨著我國經濟社會的進步和城市化進程的快速發(fā)展，像上海這類超大城市土地資源緊張日益加劇，城市建設和地下空間開發(fā)已高度發(fā)達。各類高層建筑和地下空間設施每日仍在建設，但均面臨著場地空間有限、周邊環(huán)境復雜的窘境，因此上海地區(qū)各類建設項目中深基坑工程幾乎成為標配。建筑的質量安全始于根基，高質量基坑工程是建筑牢固的根基,如何既確保深基坑本體、周邊環(huán)境安全又經濟快速地完成深基坑工程，成為建筑工程的重中之重。因此必須研究深基坑工程設計、施工全過程新理念、技術。

上海某產業(yè)園研發(fā)辦公樓工程，基坑形狀呈不規(guī)則多邊形，開挖面積約為13540m2，基坑周長約為510m，開挖深度一般區(qū)域為10.45m、局部深坑加深2.5m。上海屬軟土地區(qū)，本工程基坑開挖深度內均以軟弱的粘性土為主，坑底層淤泥質粘性土，土體呈流塑狀態(tài)，易產生明顯坑底隆起現(xiàn)象，從而易引起坑外地面沉降。擬建場地淺部地下水屬潛水類型，承壓水主要為深部第1 層中的、承壓水埋深一般在3m～12m，低于潛水水位，并呈周期性變化。本工程基坑西側鄰近運行中的門架行車基礎，南、東側鄰近已建建筑物，地下車庫邊線至建筑物邊線最近距離分別為18.0m、5.8m，北側鄰近市政道路，四面分布地下管線，周邊環(huán)境較復雜。本工程基坑開挖深度較深、面積大，基坑圍護結構平面形狀不規(guī)則，對圍護結構平面布置較為不利，最終在上海地區(qū)屬較早采用大直徑環(huán)形內支撐支護結構體系：鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕+二道鋼筋砼支撐（圓環(huán)+角撐結合邊桁架）。本文結合該工程案例，對深基坑支護結構選型設計、深基坑土方開挖技術、深基坑工程安全重點問題實施策略進行了分析探討。

1.深基坑支護方案選型設計分析

1.1 深基坑支護方案的分析及確定

本工程結合本地區(qū)大量基坑工程經驗充分考慮了以下要素：

（1）充分考慮周邊環(huán)境的要求，確保基坑施工過程中對其的影響在其允許的變形范圍內；

（2）滿足基坑圍護體自身安全及穩(wěn)定性，防止失穩(wěn)、坍塌、傾覆、突涌等隱患的發(fā)生；

（3）在安全的前提下，盡量選擇經濟合理的圍護方案，有效控制基坑作為臨時工程的資源成本的投入；

（4）充分考慮到施工的可行性及方便性，施工方便則便于管理及控制，并可節(jié)省工期，從而減少基坑的時空效應對周邊環(huán)境的影響。

1.2 圍護結構選型

根據(jù)上海地區(qū)類似工程經驗，通常的圍護結構形式有SMW 工法、鉆孔灌注樁＋止水帷幕、地下連續(xù)墻等圍護主體結合內支撐的方式。

1.2.1 SMW 工法的特點

（1）施工占用場地小，需利用的圍護寬度小，所用型鋼可回收，有明顯的經濟優(yōu)勢；（2）型鋼在拔設過程中，易引起周邊土體擾動，對周邊環(huán)境產生二次影響；（3）圍護結構剛度相對較小，對控制圍護體位移不利，適用于飽和粘性土地區(qū)開挖深度7m 以內的基坑（若土體強度較好，開挖深度10m～11m 以內的基坑亦可考慮此方案）。

1.2.2 地下連續(xù)墻圍護體特點

（1）地下連續(xù)墻工藝日益成熟，尤其在深大基坑工程和環(huán)境條件要求嚴格的基坑工程，以及圍護墻和地下室外墻“兩墻合一”的結構形式中成為常用圍護形式；（2）同時具備擋土、止水作用，側向剛度大，但由于施工設備的限制，墻幅寬度選擇性較?。ㄒ话銥?.6m、0.8m、1.0m、1.2m）；（3）施工工藝復雜；（4）地下連續(xù)墻如僅僅作為臨時圍護結構，圍護造價昂貴，無論從資源的節(jié)約還是從環(huán)保的角度來看，都是極不合理的。

1.2.3 鉆孔灌注樁+止水帷幕圍護體特點

（1）施工工藝成熟，是上海地區(qū)開挖深度在15m 范圍以內的深基坑普遍使用的圍護方案；（2）鉆孔灌注樁施工時對周圍環(huán)境影響小，且樁徑可變可以根據(jù)周邊環(huán)境控制要求調整合理的側向剛度；（3）圍護樁自身不能兼起止水效果，需在外側另設止水帷幕；（4）止水帷幕根據(jù)工程特點及基坑開挖深度，以及經濟性等綜合因素，可選擇三軸、雙軸水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁等。本基坑距離用地邊界較近，且開挖深度深，故可采用防滲性能好、占地面積小的三軸攪拌樁進行止水；（5）鉆孔灌注樁＋止水帷幕圍護方案通過大量工程的經濟技術分析，開挖深度在15m 范圍以內的深基坑，其較地下連續(xù)墻方案具有明顯的經濟優(yōu)勢[1

]。

基于對以上三種圍護結構特點的對比分析，結合本工程主體結構特點、基坑的開挖深度、面積及周圍環(huán)境因素，通過對工期、成本、周邊環(huán)境的影響等因素的綜合考慮：本工程不宜采用SMW工法圍護方案；地下連續(xù)墻雖然方案可行，但從經濟角度考量造價過于昂貴，不適用；而采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水是合理及可行的方案。因此，本工程采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水的圍護結構形式。

1.3 支撐體系選型

支撐體系的選型應在安全的基礎上，盡可能考慮到有利于挖土、出土和提高施工效率，減少基坑整體工期及相關費用。內支撐體系主要有以下兩種：

1.3.1 鋼支撐特點

（1）最大的優(yōu)點就是安裝速度快，施工拆除方便；（2）為現(xiàn)場安裝，整個體系的焊縫質量、整體性和平直度不易控制；（3）鋼支撐較鋼砼支撐剛度要小，限于其拼裝特點，適用于形狀規(guī)則、跨度不宜過大的基坑；（4）作為對撐時傳力路線明確、效果較好，但作為角撐等斜向受力桿件時，效果較差。

1.3.2 鋼筋混凝土支撐特點

（1）能根據(jù)基坑的具體形狀選擇合理的布置形式；（2）能夠通過選擇合理截面尺寸，調整支撐剛度，從而控制圍護變形；（3）布置靈活，便于分塊施工，可預留較大出土空間，同時，鋼筋混凝土支撐能與挖土棧橋或平臺相結合，均可方便土方開挖，加快速度，縮短工期；（4）為現(xiàn)場澆筑，施工簡單，質量易控制；（5）支撐養(yǎng)護期較長，且支撐拆除也較鋼支撐復雜。但可采取在砼中摻早強劑或選用高標號水泥等措施，在一定程度上縮短養(yǎng)護期。

基于以上分析，結合本工程基坑特點并考慮圍護結構對變形控制要求較高，支撐系統(tǒng)采用剛度較好的鋼筋混凝土支撐，支撐平面布置以圓環(huán)+角撐結合邊桁架的形式，支撐體系整體性好，受力明確；結合地下中樓板位置設置二道內支撐。

1.4 深基坑支護方案介紹

綜合前述圍護結構和支撐體系選型分析，根據(jù)本基坑實際情況，同時考慮造價、工期、變形、施工方便性等方面因素，經基坑各項穩(wěn)定性驗算確定的：鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水+二道環(huán)形鋼筋砼支撐的深基坑支護方案如下：

1.4.1 圍護樁（鉆孔灌注樁＋三軸水泥土攪拌樁）

一般區(qū)域鉆孔灌注樁為Φ850mm@1050mm，樁長為21.0m；局部深坑靠邊區(qū)域灌注樁為Φ900mm@1100mm，樁長為24.0m。

鉆孔灌注樁外側采用三軸水泥土攪拌樁3Φ850mm@1200mm（水泥摻入量20%）作為止水帷幕。

1.4.2 支撐系統(tǒng)

（1）水平支撐各構件斷面尺寸：第一道支撐，圍檁1200mm×800mm、主撐800mm×800mm、聯(lián)系桿700mm×800mm，圓環(huán)支撐1600mm×800mm。第二道支撐，圍檁1300mm×800mm、主撐900mm×800mm、聯(lián)系桿800mm×800mm，圓環(huán)支撐1800mm×800mm。

（2）立柱和立柱樁：土方開挖期間需要設置豎向構件來承受水平支撐的結構自重及棧橋上的活荷載，立柱，坑底以下采用Φ800mm 鉆孔灌注樁，有效樁長18m（非棧橋區(qū)域）、20m（棧橋區(qū)域）；考慮格構柱軸壓穩(wěn)定性，坑底以上立柱采用4L140mm×14mm 拼接的480mm×480mm 斷面型鋼格構柱，格構柱插入立柱樁內2.5m。

1.4.3 降水（疏干）

由于本工程基坑開挖深度較深，應采用深井降水，并由專業(yè)施工單位進行專項深井降水設計。降水有兩個目的：疏干開挖深度范圍土體、改善土體物理力學指標。

1.4.4 坑內加固及其他

基坑四周均勻設置坑內加固，坑內加固采用雙頭水泥土攪拌樁2Φ700mm，厚4.2m，水平排距500mm，豎向排距1000mm，搭接為200mm，樁長7.0m?？窟吷羁咏Y合暗墩加固封底。

2.深基坑土方開挖和基坑支護配套施工策略

2.1 深基坑土方開挖

深基坑土方開挖應充分結合基坑支撐結構形式，確立“階段分區(qū)、分層對稱，開槽支撐、先撐后挖，嚴禁超挖”的基本原則。

根據(jù)本工程支撐體系的結構特點，土方開挖分三個階段實施，穿插兩道支撐結構施工：

第一階段挖土，由場地自然標高開挖至第一道支撐梁墊層底，開挖深度約1.660m。采用“島式”開挖，沿基坑周邊四象限分區(qū)、對稱向環(huán)形支撐內圈后退一次開挖，留出中心島。支撐梁墊層隨挖隨澆，每個分區(qū)土方、墊層完成后，第一道鋼筋砼支撐及時跟進分區(qū)分段施工。第一階段中心島土方在第一道砼支撐養(yǎng)護期間進行開挖，并預留出土通道。

第二階段挖土，由第一道支撐梁墊層底開挖至第二道支撐梁墊層底，開挖深度約為5.5m?；就谝浑A段分區(qū)，同樣采用“島式”開挖法，本階段開挖深度大于4m，采用分區(qū)分層開挖。最上層中心島土體在第一層取土時全部挖除，并預留出土通道。合理利用中心島區(qū)布置大挖機裝載土方，土方車可停留在棧橋或直接利用出土通道進入基坑運載土方。中心島第二、三層土方可暫時留置在基坑內，待第二道砼支撐基本完成時同時挖除中心島區(qū)域土方，并回填、修筑出土通道。

第三階段挖土，由第二道支撐梁墊層底開挖至基礎底板墊層底，開挖深度3.0m。按基礎底板后澆帶將基坑底部自然劃分了5 個區(qū)塊，按5 區(qū)分區(qū)、分層盡量對稱開挖，每區(qū)塊按“盤式”挖土法，小型挖機掏挖桁架梁內土方，進入第二道支撐梁下方后，往基坑周邊修整土方并由第一道支撐棧橋板上的長臂挖機裝車外運；往基坑中心方向，小型挖機分層階梯式挖土、退行轉運至出土通道前平臺，由大挖機裝車經中部出土通道外運?；A墊層應隨挖隨澆筑，且墊層砼必須施工到圍護樁邊完全封底。

2.2 土方開挖過程中重點問題實施策略

（1）第二階段土方開挖必須待第一道水平支撐體系養(yǎng)護到設計強度的80%后才能開始，第三階段土方開挖同理，真正做到“先撐后挖”才能確保深基坑圍護結構安全；（2）坑底預留30cm 土方改用人工扦土，禁止挖機在坑底返復進行碾壓，以免坑底原土擾動、形成橡皮土，嚴重時引發(fā)坑底滲水、泥沙、突涌；（3）扦土人工配備充足，由關砌分組帶領，精確控制測量標高，快速后退清理坑底，減少坑底暴露時間；（4）嚴禁挖機直接碾壓通過支撐梁，嚴禁挖機碰撞支撐梁、豎向支撐構件，確保基坑支撐體系穩(wěn)定。（5）開挖前必須先降水，降低地下水位保證地下水位離挖土面0.5m～1.0m 以上，配足坑底明（暗）排水設施設備，疏干開挖深度范圍土體，不僅方便土方外運，且能提高被動土壓力。

3.基坑維持期的深基坑安全與環(huán)境變形監(jiān)測

土方開挖完成即刻進入地下結構施工階段，我們稱之為基坑維持期。支護結構在基坑維持期內為深基坑安全發(fā)揮著至關重要的作用，但同時支撐體系又對地下結構正常施工形成障礙。因此必須合理設置、高質量施工換撐結構。

3.1 換撐結構設置及施工

（1）盡快施工基礎底板，底板與圍護墻之間空隙下部用砂石填實，上部澆筑30cm 厚C30 素混凝土傳力帶。利用素砼傳力板帶與基礎底板形成完整對撐，即可拆除第二道水平支撐，完成一次換撐。如此，可在確?；臃€(wěn)定的情況下順利施工地下二層外墻及中樓板。不可忽視的一個問題是：由于本工程地下室面積較大，基礎底板上留置了縱橫四道后澆帶，初期底板斷開被分成五塊，并不能形成貫通的對頂支撐。通過設計計算，在后澆帶內豎向中部偏上處連續(xù)預埋工字鋼傳力桿，傳力桿水平間距1.5m。如此可真正形成對頂支撐，保證底板不位移、基坑不變形、失穩(wěn)。

（2）施工中樓板，并在中樓板與圍護墻之間澆筑20cm 厚C30 鋼筋混凝土換撐板帶。同理，中樓板上的后澆帶中部預埋水平間距1.5m 工字鋼傳力桿，在樓梯間、汽車坡道等大開口頂部預埋DN300鋼管傳力桿。如此，利用中樓板換撐板帶與中樓板及傳力桿件形成完整對撐，即可拆除第一道水平支撐，完成二次換撐。繼續(xù)地下一層外墻及頂板施工。

（3）地下結構施工至出±0.000，基坑周邊空隙砂石回填完后，并不代表基坑工程安全結束。為滿足地下室抗浮計算，必須在地下室頂板覆土、主樓結構封頂后，才能拆除坑內深井降水井點、停止降水。

3.2 環(huán)境變形監(jiān)測

（1）根據(jù)本工程基坑特點、周邊環(huán)境情況，結合基坑支護特殊結構型式，按照安全、經濟、合理的原則，測點布置主要選擇在3 倍基坑開挖深度范圍布點，須監(jiān)測的項目有：建構筑物（房屋+相鄰圍墻+行車）垂直位移；地下管線垂直、水平位移；地表沉降剖面監(jiān)測；圍護頂部垂直、水平位移；圍護結構側向位移；坑外土體深層側向位移；立柱樁垂直位移監(jiān)測（立柱隆沉）；砼支撐軸力監(jiān)測；坑外潛水水位觀測。

（2）在基坑開挖過程中，由于地質條件、荷載條件、材料性質、施工條件和外界其它因素的復雜影響，很難單純從理論上預測工程中可能遇到的問題，不能全面而準確地反映工程的各種變化。通過理論指導下有計劃地進行現(xiàn)場工程監(jiān)測，實現(xiàn)設計既定的監(jiān)測目的，切實實現(xiàn)信息化施工。

（3）基坑維持期內，拆撐換撐過程中，由于后補新?lián)巍Q撐動作，明顯存在應力釋放過程，基坑施工監(jiān)測頻率應合理加密，重點關注。通過設計核算科學設置監(jiān)測報警指標，給施工單位提供信息支持，做出有效的預案和應對、調整措施。

4.結語

綜上所述，深基坑工程是一項復雜而艱巨的系統(tǒng)工程，需要工程建設參建各方密切配合。本工程通過收集該地區(qū)相關經驗資料，進行分析計算，選擇了科學合理的環(huán)形內支撐深基坑支護方案，在不規(guī)則多邊形深基坑中得到很好的應用，有效控制了基坑圍護結構自身安全性及對環(huán)境變形影響。結合支護結構形式，提出高效土方開挖方案、深基坑工程施工關鍵環(huán)節(jié)優(yōu)化實施策略、有效管控理念，通過科學的環(huán)境變形監(jiān)測實現(xiàn)信息化施工，推動案例深基坑工程得以經濟、快速、安全順利實施。