砂性地质区深基坑工程设计研究

中船第九设计研究院工程有限公司 上海 200063

1 工程简介

怡富苑位于上海市杨浦区，北临国顺路、东临黄兴路，西侧、南侧为居民小区，基坑工程位置图详见图1。项目总用地面积为12 411 m2，包括1 幢25 层办公楼、1 幢21 层酒店及商业裙房，地下共3 层，地下1 层为设备、办公用房及商铺，地下2、3层为停车库及配套的设备用房。地下主体结构采用钻孔灌注桩桩基+大底板的形式。

图1 基坑工程位置

本工程场地特点：场地杂填土厚度较大，成分较为复杂，大部分为碎砖、混凝土碎块等建筑垃圾。②3-2砂质粉土渗透系数很大，容易产生流砂，管涌等不利情况。

2 基坑周边环境

本工程周边临近多层、高层建筑物，道路管线较多，环境保护要求较高。

东侧黄兴路宽27 m，人行道距基地红线最近12 m，路对面为2～5 层新上海乐园，距基地红线最近45 m。

北侧国顺路宽12 m，人行道最近距基地红线3.9 m，路对面为25 层新建高层，房屋最近距基地红线26 m。

西侧为3 幢6 层房屋及萌芽幼儿园，房屋最近距基地红线5.5 m、距地下室结构外墙约13 m，幼儿园最近距基地红线28.6 m。

南侧为1 幢6 层及1 幢7 层多层房屋，房屋最近距基地红线7 m、距地下室结构外墙约22 m。

在本基地内东侧沿黄兴路建有施工临时房屋，房屋最近距地下室结构外墙3 m；东北角建有2 层售楼处，最近距地下室结构外墙2.0 m。

国顺路及黄兴路下分布有各类市政管线。

3 基坑围护结构设计[1-3]

3.1 方案优选

本工程基坑开挖深度较深，基坑开挖面积大，为一级基坑。工程位于中心城区，周边道路下的地下管线种类繁多、民居密集，是一项复杂的、带有风险性的深基坑围护工程，必须从多方面进行比较，综合考虑。根据开发商的进度要求，基坑拟采用顺作法施工，故围护设计可供优选的范围仅为围护墙体的选择和内支撑体系的布置。

在上海市区12 m左右深度的基坑一般可采用SMW工法、钻孔灌注排桩及地下连续墙等作围护墙体，以上3 种工法的围护体整体刚度及工程造价逐步增高。考虑1 万m2的基坑，由于SMW工法型钢的租赁费用较高，主体设计单位要求地下连续墙仅作为施工期的围护体，“钻孔灌注排桩”的围护结构型式在本工程中的安全性及经济性优势凸显。

本工程地下室层高分别为4.55 m、3.60 m、3.60 m，底板厚度2 m。根据以往较为常规的设计，主体结构地下室3层与之对应的围护需设置3 道支撑系统。若突破常规地采用2 道支撑方案，则围护钻孔灌注桩的费用会增加，但可以减少支撑体系的费用，同时也可相对减少工期。

经过造价及工期上的综合比较，本工程基坑支护体系采用设置2 道钢筋混凝土支撑更具优势。

3.2 围护墙结构

围护墙体采用钻孔灌注排桩的型式：Φ1 200 mm@1 400 mm钻孔桩，桩顶标高为－3.30 m，桩底标高为－27.50 m；钻孔桩后采用三轴搅拌桩加压密注浆止水，搅拌桩3Φ850 mm@600 mm，桩顶标高为－2.0 m，底标高为－21.30 m，钻孔桩与搅拌桩之间再压密注浆，基坑围护剖面见图2。

图2 基坑围护剖面示意

3.3 支撑布置

支撑平面布置见图3，本基坑结构形状呈矩形，平面按对撑加角撑布置，支撑平面间距一般为8.4 m左右。

第1道支撑的顶圈梁断面尺寸1 400 mm×1 000 mm，钢筋混凝土支撑为1 100 mm×800 mm，其中心标高为－3.05 m。第2道钢筋混凝土围檩1 300 mm×900 mm，钢筋混凝土支撑1 200 mm×800 mm，其中心标高为－9.05 m。

根据业主及总包单位的要求，第1道支撑设置施工栈桥及平台。施工栈桥利用中间1 榀对撑，施工平台利用西南、西北侧两角撑体系，桥面板均采用钢筋混凝土现浇。

图3 支撑平面布置

3.4 围护结构的分析与计算

剖面计算采用同济启明星frws7.0软件分别对基坑围护的2 道支撑和3 道支撑设计方案进行分析。

支撑平面计算采用同济启明星BSC4.1软件分别对基坑围护的2 道支撑和3 道支撑设计方案进行分析。

根据数据分析，2 个方案各项稳定系数均能满足规范控制值要求，2 道支撑方案灌注桩桩内力及围护墙位移，支撑轴力均大于3 道支撑方案，但均在可控范围以内。

4 监测数据与计算值比较

在基坑施工过程中，对周边市政道路、管线、建筑物、围护墙、支撑体系等进行监测，监测数据与计算值比较如下：

（a）围护墙最大变形数据：监测值42 mm，计算值28.6 mm。

（b）支撑体系位移及轴力数据见表1。

表1 轴力监测数据

（c）周边环境沉降数据见表2。

表2 周边环境沉降数据

实测值比计算值增大原因为：

（a）计算中基坑围护结构参数选取，如地基加固后土体指标的提高值、支撑的刚度、坑外施工超载及周围建筑物的荷重等参数，对围护内力的计算影响较大；

（b）基坑内大面积地基加固及超前降水的施工质量对控制基坑位移的作用较大，而实际施工中受制于施工总体组织安排及各专业单位的施工水平。

（c）在第1道支撑浇筑完毕后，恰逢春节前，施工方第2层挖土造成节日期间基坑长时间的暴露，造成对地层浅表位移增加较多，对控制后期整个基坑的变位不利；

（d）现场实测墙体变形值的准确与否与其原始参照点关系较大，在实际量测时可能存在一定的出入。

5 结语

本工程邻近上海市砂性地质较为严重的五角场地段，此前该地段的其他基坑工程发生过多种险情。通过这次对围护结构的精心设计，在3 层地下室结构的围护中采用2 道支撑方案，既加快了工程总体进度、减少了围护工程造价，又确保了工程施工过程中围护本体的安全和周边建筑的安全，具有一定的社会效益和工程意义。