敏感环境条件下深基坑工程的风险控制

张　杨

(上海莉源房地产开发有限公司，上海　201620)

0　引言

随着城市地下空间的不断开发，深基坑工程愈来愈多。工程规模不断增加，工程的难度也日益增大，对深基坑工程重大风险的管控也逐渐受到重视。在上海等软土地区，基坑围护结构的变形、施工对土体的扰动以及地下水的渗漏等都会对周边环境产生一定的影响。而且随着城市空间的开发，中心城区建(构)筑物密集度高，基坑工程周边环境复杂，在确保基坑自身安全的前提下，还要重视对周边环境的保护。尤其是基础埋深浅，距离基坑边线近，人员活动密集等敏感环境条件下的基坑工程，如何减少基坑施工对周边环境的影响，全过程管控基坑工程的风险，对基坑支护设计及施工都提出了更高要求。

本文基于上海市九龙仓浦东E18地块项目为研究背景，将保护周边环境作为基坑工程贯穿始终的一条主线，详细介绍了在敏感环境条件下基坑围护技术方案的选型思路，分析了基坑分期分区支护的可行性，最终也从现场实际反馈的监测数据得到了验证。

1　工程概况

上海市九龙仓浦东E18地块项目位于上海市浦东新区，是集住宅、商业及地下室为一体的综合建筑群，主要包括9幢17层～18层的框剪结构楼房，1幢1层框架结构的会所，场地内满堂1层地下室。基坑面积42 440 m2，总延长970 m。

1.1　环境条件

本基坑工程东侧为浦东南路、南侧为宁阳小区、西侧为浦明路、北侧为张家浜(见图1)。

场地南部被居民楼房和商铺所包围，基本都为6层混凝土结构，部分建筑紧贴场地围墙，其基础大都为条形基础，埋深较浅，在开挖面以上，故其对基坑变形较为敏感，需要严格控制该侧基坑侧向变形，保证居民楼房的安全。

1.2　工程地质与水文条件

本工程开挖范围内的土层具有明显成层分布的特点，主要由粘性土、粉性土及砂土组成。各土层物理力学性质指标见表1。

表1　土层物理力学性质指标

2　基坑支护总体方案

由于本工程基坑面积42 400 m2，开挖深度为6 m，周边又紧邻居民小区及交通主干道，考虑到本工程基坑周边环境较为敏感，结合场地地质情况、施工工况以及业主对本工程的工期要求。基坑围护方案主要分为四个部分，见图2。

1)居民楼房环境敏感区域：采用钻孔灌注桩结合三轴搅拌桩止水帷幕作为围护体，坑内设置一道水平钢支撑体系。

2)基坑环境普通区域：采用钻孔灌注桩结合三轴搅拌桩止水帷幕作为围护体，竖向设置一道斜抛钢支撑体系。

3)基坑会所区域：采用SMW工法桩作为围护体，坑内设置一道水平钢支撑体系。

4)基坑内部分隔墙区域：采用钻孔灌注桩作为围护体，设置一道水平钢支撑体系。

3　环境敏感区域基坑围护方案

3.1　居民楼房环境敏感区域

场地南部，将近场地一半的范围内，被居民楼房和商铺所包围，基本都为6层砖混结构，浅基础，距离基坑边线最近距离为12 m。该区域居民较多，环境较为敏感，基坑施工过程中不能影响周围居民的正常生活起居，确保居民楼房的安全正常使用，是本工程的重点保护对象。

该区域基坑开挖深度为6.5 m，采用钻孔灌注桩结合三轴搅拌桩止水帷幕作为围护体，设置一道水平钢支撑体系，距离居民楼房较近区域采用φ850@1 050钻孔灌注桩，插入基底以下11.5 m，有效桩长17.25 m。外侧施工φ650@450三轴搅拌桩作为止水帷幕，三轴搅拌桩套打搭接，桩底以插入④层淤泥质粘土层不透水层2 m以上为原则。水平钢支撑形式为“对撑+角撑”的形式，支撑采用φ609×16钢管。居民楼房环境敏感区域围护剖面见图3。

为减小第一道支撑拆除后的无支撑钻孔灌注围护桩的悬臂高度以控制变形，在居民楼房保护区域的设置型钢换撑，采用H400×400×13×21斜抛钢支撑，H型钢斜抛撑作用在暗梁上，暗梁中心标高-3.750，暗梁与围护桩之间采用400厚混凝土换撑板带传递外侧土压力，见图4。

3.2　有限元计算分析

本次数值模拟计算采取二维有限元平面应变模型进行分析。模型计算区域为竖向范围取40 m，水平范围取150 m；模型的底部采用全自由度约束，即水平、竖直向固定约束，侧面采用法向约束，允许竖向变形。

3.3　有限元分析结果

采用钻孔灌注桩+一道水平钢支撑围护体系，在基坑开挖过程中，基坑南侧6层居民楼房最大沉降位于距离基坑最近处，最大沉降量为10.03 mm，远离基坑沉降逐渐越小，最小沉降量为8.69 mm，居民楼房差异沉降小于2‰。

有限元分析计算结果如图5～图7所示。从上述有限元计算结果可以看出，采取钻孔灌注桩+一道水平钢支撑围护体系，对基坑南侧敏感区域的居民楼房相邻环境的影响较微小，在可控范围内，满足基坑周边的环境保护要求。

4　监测

基坑围护结构施工及开挖过程中，会对基坑周边影响范围内的土体产生扰动，尤其是开挖过程中，土体开挖工况和支撑形成时间，都会对围护结构和土体位移造成影响。所以在施工过程中做好基坑监测工作，信息化施工，根据监测数据来优化调整施工，从而有效控制基坑施工过程中的风险，保护周边环境。

4.1　监测工作布置

本工程基坑监测项目主要分为基坑围护结构监测及周边环境监测。监测内容主要涉及围护结构和坑外土体的侧向位移、支撑轴力及地下水位；同时针对周边敏感环境，加强了对周边地下管线沉降、周边建(构)筑物沉降和倾斜的状况监测。

各监测项目的监测点应结合围护形式、施工工况以及保护对象等因素进行布置，充分反映监测对象的实际状态及其变化趋势，为周边的居民楼房安全提供全面、准确、及时的监测信息。

4.2　监测数据分析

本工程基坑施工期间针对周边居民楼房沉降进行了跟踪监测，从2013年8月17日开始直到2016年2月1日结束。通过对监测数据(如图8所示)的分析，以及与现场施工工况的比对，分为以下几个阶段：

1)工程桩及围护桩施工阶段(2013年8月～12月)：对周边居民楼房垂直位移造成轻微的上抬现象，随着围护桩施工完成，居民楼房垂直位移弹性变形回归。

2)基坑开挖阶段(2014年1月～4月)：对周边居民楼房造成一定沉降变形，最大沉降约为-8 mm(距离基坑最近的5号楼)。

3)地下室结构施工阶段(2014年5月～12月)：对周边居民楼房的垂直位移变化速率微小，沉降变形收敛稳定。

4)基坑拆换撑施工阶段(2015年1月～2月)：在2倍基坑开挖深度影响范围内的5号楼垂直位移发生突变，最大沉降约为13 mm，而远离基坑的居民楼房未发生明显的垂直位移。

5)上部结构施工阶段(2015年3月～2016年2月)：在2倍基坑开挖深度影响范围内的5号楼垂直位移发生一定增大后趋于稳定，最大沉降约为17 mm，主要原因是由于地下室结构施工完成后未及时进行回填而造成的；远离基坑的居民楼房未发生明显的垂直位移，沉降变形收敛稳定。2015年10月期间垂直位移增大，主要原因是由于上部结构施工在邻近居民楼房侧出现了一定的施工超载。

通过上述分析，可知本工程基坑针对周边敏感环境采取的技术措施总体上较为成功，周边居民楼房未发生过大沉降，基坑工程风险得到了有效控制。

5　结语

深基坑工程的风险控制是工程人员长期以来关注研究的重点，尤其在本工程如此敏感的环境条件下，首先控制基坑自身的安

全风险，其次还要着重防范对周边敏感环境的影响，在工程实施过程中一直在摸索相应的技术解决对策。本文以上海市九龙仓浦东E18地块项目为例，介绍了居民密集区的敏感环境下基坑设计中的围护结构及支撑选型，并通过有限元二维分析软件，计算围护桩、地面以及周边环境的变化情况。在具体实施过程中，采取有效的监测方法，确保基坑工程的安全顺利地开展。该项目的成功经验可为今后类似敏感环境条件下基坑工程的风险控制提供借鉴。