上海某环境复杂软土基坑设计施工及监测研究

唐兴

（上海佘山乡村俱乐部有限公司，上海市 201619）

0 引言

随着上海跻身国际化大都市之列，长三角区域经济一体化加速发展，城市建设日新月异，但伴随着经济的高速发展，长三角作为典型的冲积软土区域地质特点，叠加复杂的周边环境，导致该区域基坑工程建设安全及环境影响问题愈加突出[1-2]。如何在周边近邻大量管线、建筑甚至地铁等复杂条件下进行基坑工程实施成为一个愈加困难的问题，这就对广大从业者提出了新的挑战[3-6]。

本文基于以上前提，依托上海青浦某环境复杂基坑项目，探讨研究基于监测的某环境复杂软土基坑建设，可以供类似工程借鉴与参考。

1 工程概况

某工程总建筑面积202 307.3 m2，地上建筑面积约139 635.4 m2，地下室建筑面积62 671.9 m2；地下室埋深9.5 m。总体分为两个地块，分别为21A-02A地块和22A-04A地块，在这两个地块内总共有四栋高层，其余为多层商业，高层为框剪结构和框筒结构，多层为框架结构；框剪结构和框筒结构，抗震等级一级，其余均为框架结构，抗震等级三级；抗震设防烈度为7度。

该工程是以办公、商业及公建配套组成的大型综合楼项目，包括 C1-1、C1-2、C1-3 和 D1、D2、D3#办公楼及商业用房、地下车库所组成。最大建筑高度97.90 m。其中该项目地块基坑场地位于上海市青浦区崧雅路以东、盈港东路以北、崧泉路以西、秀源路以南。周边环境复杂，见图1所示，具体如下所述。

图1 周边环境示意图

基坑东侧：为崧泉路，基坑开挖边线距道路红线最近为2.20 m，红线外为崧泉路，道路下方埋设有多条市政管线。具体分布情况见表1所列。

表1 崧泉路下管线信息一览表

基坑南侧：为盈港东路，道路下方为在建17号线区间。地铁区间为箱型结构，最大埋深11.30 m，采用明挖施工。其围护结构采用SMW工法围护墙体，布设一至三道钢筋混凝土水平支撑，围护桩桩长18～24 m。该围护结构距基坑开挖边线最近为39.27 m，在基坑三倍影响范围之外。

基坑西侧：为崧雅路。基坑开挖边线距用地红线最近为2.20 m，红线外为崧雅路，道路下方埋设有多条市政管线，目前秀源路至盈港东路之间管线已封堵，部分拆除。具体分布情况见表2所列。

表2 崧雅路下管线信息一览表

基坑北侧：为北夏阳河。基坑开挖边线距用地红线最近为2.20 m，河岸目前为天然驳岸，未来拟整治加宽，基坑开挖边线距河道规划河口线最近为10.20 m。

根据上海市《基坑工程技术规范》（DG/T J08-61—2010）的规定，该工程基坑深度大于7 m，但小于12 m，且未使用结合主体结构的围护型式，基坑安全等级二级。基坑东侧沿崧泉路1倍开挖深度范围有重要管线，环境保护等级定为二级；其它三侧可定为三级，为安全计，提高到二级考虑。

2 项目重难点分析

该基坑工程的重点、难点主要有以下几点：

（1）场地土除局部③3灰色粘土较为深厚，局部围护的内力变形控制较为困难以外，整体而言土质较佳，对围护设计有利。

（2）场地土第⑥2层砂质粉土厚度较大，埋藏较浅，且为微承压含水层。基坑开挖过程中容易产生坑底突涌；其次若止水帷幕质量出现问题，坑内降水容易引起基坑周围地层严重的沉降。因此，该工程最大的风险是承压水问题，止水帷幕和基坑降水极大影响工程的成败。

（3）基坑南侧处于地铁保护区范围内，基坑开挖时，17号线区间隧道和汇金路地铁站已经建成但未投入使用，对其保护措施应引起高度重视。

（4）西侧崧雅路管线受17号线和21#地块和22#地块之间的连通道基坑开挖影响须局部拆除，且已局部封堵切断。但基坑施工之前应再次调查落实管线的实际情况，落实对管线的保护工作。

3 设计方案概述

该基坑围护面积约12 500 m2，周边462延长米。根据该工程周边环境、开挖深度及土层情况，围护结构采用钻孔灌注桩挡土+三轴水泥土搅拌桩止水帷幕+地连墙+二道混凝土支撑的形式，坑内土体加固采用双轴水泥搅拌桩和旋喷桩封底，以保证周边建筑和环境不出现异常。

三轴搅拌桩：采用 ø850@600水泥土搅拌桩，桩长23 m、25 m，桩顶标高-0.70 m。水泥搅拌桩采用P42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1.5～2.0，水泥掺量20%，暗浜区域25%，采用一次搅拌工艺。

钻孔灌注桩：采用三种型号，直径 ø800@1000、ø850@1050和 ø950@1150，桩长16.05 m至19.55 m不等。桩顶标高为-2.30 m、-2.40 m。桩身强度采用水下C30混凝土。钢筋采用HPB300，HRB335和HRB400钢筋。

双轴搅拌桩：采用 ø700@1000双轴搅拌桩，水泥选用P42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.5～0.6，水泥掺入量13%，暗浜处提高到16%，坑底上部桩体水泥低掺量为8%。采用两喷三搅工艺。

立柱及支撑：立柱采用460×460钢格构柱，4L160×10（16）焊接钢板组成。立柱桩采用 ø650钻孔灌注桩（栈桥部位桩径为 ø800），上部扩孔至ø800，混凝土等级水下C30。

坑内加固旋喷桩采用二重管注浆工艺，喷浆水泥采用P42.5普通硅酸盐水泥，每立方米土体水泥用量不小于540 kg，水灰比为1.0，注浆扩散半径应大于等于0.8 m，喷射注浆压力不小于25 MPa，喷射量不小于30 L/min。

4 主要施工方案

4.1 工程总体流程

由于施工场地狭小，供电有限（为630 kVA），整个围护工程工种较多，有钻孔灌注桩、三轴搅拌桩、高压旋喷注浆、格构柱、圈梁、支撑、降水井、土方开挖、换拆撑、结构施工等，工艺流程复杂，配备的机械设备众多，且工期较紧，施工总体安排必须考虑场地、用电、施工道路及施工工期的统筹兼顾。

该基坑围护工程施工由现场条件予以确定，但每阶段施工要求较高，现场机械设备众多，因此施工机械配备及合理的施工流程是确保该工程顺利进行的关键。

施工总体安排如下：在前期准备工作就绪的前提下，采用2台三轴搅拌桩进行截水帷幕的施工，在其施工后10 d，待水泥土强度达一定程度时，进行围护钻孔灌注桩的施工；在钻孔灌注桩的施工开始施工7 d左右，进行基础内局部深坑的加密注浆的加固施工。

待围护体施工结束及坑内加固结束后，可先行挖除第一层土方，进行第一道支撑和围檩的施工工作；待强度达到设计要求时，进行第二层土方开挖和支撑、围檩施工；按顺序完成第三道土方开挖。基础垫层的施工应在土方开挖到底24 h内浇筑完成，随后的结构施工和换撑施工遵循：先撑后拆、满足强度的原则。

4.2 土方开挖原则及要点

针对上海地区软土的流变特点和地铁保护要求，应用“时空效应”原理，严格按照“分块、对称、平衡、限时”的原则，开挖过程中尽量缩短基坑无支撑暴露时间，严格控制基坑变形。土方开挖及支撑施工具体要求如下：

（1）二层至三层土方采用盆式开挖加抽条式开挖。

（2）基坑沿地铁侧留土宽度不少于4倍的单层挖深，且最后挖除，单块土体的开挖支撑的总施工时间控制在24 h以内；其他区域在坑边土体挖除后应在48 h内形成支撑。21A-02A地块C区单根支撑的开挖支撑时间严格控制在24 h以内。

（3）每次开挖深度控制在2.5～3.0 m内，并宜按1∶1.5放坡。

（4）基坑严禁超挖，机械开挖后坑底应保留200～300 mm厚土层用人工挖土清挖修整，防止超挖和扰动基底土体；坑底混凝土垫层应在土方开挖到底后随挖随捣，每块垫层不大于200 m2。

（5）为严格控制坑底隆起，减少对地铁的影响，要求“边挖边形成垫层，快速形成底板”，且靠近地铁侧C区分块在土方垫层完成2 d内须完成全部底板。

（6）采取信息化施工，以每层土方及支撑施工阶段基坑的变形控制值为依据，以每天和前期分阶段的监测数据作参考，调整制定本层及其以下各层土方与支撑施工的时间和措施，确保基坑及周边设施的变形量控制在计划的范围内。

4.3 土方开挖安排

（1）首层土方开挖及支撑栈桥（含养护）在2016年2月22日完成。开挖顺序：1-2-3-4-5。由远及近开挖，如图2所示。

图2 首层土方开挖分区示意图

（2）二层土方及二道支撑（含养护）从2016年2月23日至2016年3月13日完成，计20 d。开挖顺序：先开挖中间的1-2区域；继续开挖北侧的3-4区域，形成南北支撑；然后开挖5、6区域，最后开挖7、8区域，如图3所示。先从远离地铁侧开挖，及时形成南北向的支撑。为了尽快地进行第三次土方开挖，第二道支撑使用早强混凝土。

图3 二层土方开挖分区示意图

（3）三层土方和底板施工从2016年3月14日至2016年4月4日完成，计22 d。划分依据：按后浇带划分。开挖顺序：先开挖中间的1-2区域；继续开挖中间的3区域，接着开挖4区域，形成南北支撑。然后开挖5、6区域，最后开挖7、8区域。先从远离地铁侧开挖，及时形成南北向的支撑。如图4所示。

5 动态监测设计及分析

该工程的施工监测共设置了如下监测点（具体见图5）：墙体测斜监测孔-基坑围护共布置了15孔；围护墙的墙顶沉降与位移监测点-对应墙体测斜孔位置共布置27点；支撑轴力监测点-各区域支撑分别布置12组轴力监测点；坑外水位监测点-布置了9个坑外水位监测孔；基坑周边地表沉降监测点-共布置40点；土体测斜监测孔-基坑外土体共布置了10孔；周边道路监测点-共布置11点；立柱沉降监测点-基坑立柱共布置7点；管线沉降监测点-布设周边管线变形监测点60点（其中电力管线变形监测点10点、上水管线变形监测点11点、污水管线变形监测点16点、煤气管线变形监测点7点、雨水管线变形监测点17点）。

图4 三层土方开挖分区示意图

图5 测点布置示意图

典型变形曲线典型雨水管线累计沉降曲线见图6、图7所示。

图6 临近地铁侧测斜孔累计变形曲线图

图7 典型雨水管线累计沉降曲线图

由图6可知，基坑降水到基础施工结束后，地块墙体测斜孔CX8最大位移量在-10 m处,累计位移量为37.86 mm（累计报警值35.00 mm），孔口位移量为270 mm，超过报警值，但变化较慢，趋于稳定；底板完成后，墙体向基坑内位移趋势不是很明显。说明，在结构的施工过程中围护结构得以支撑、固定下，期间各测斜监测点日变形量在±0.05 mm左右。围护结构逐步达到稳定状态。变化最大点随基坑开挖深度加深而向下移动，一般在开挖面上1～2 m。

综合整个监测过程的各个阶段基坑挖土施工阶段的监测是整个监测工程的重点。该阶段无论是周边环境还是围护体系都因挖土施工而产生垂直和水平方向的变形。由于土体被挖除后基坑内、外的土压力失去原有的平衡而产生压降带动周围土体产生朔性流动导致沉降及位移，所以该阶段的变形特征表现为周围环境下降，围护体系向基坑方向位移，支撑轴向应力增大，地下水位下降。监测资料表明，基坑挖土阶段，周边监测点均有不同程度的下降，其中蒸汽管线监测点累计变形最大是Z5变化量为-3.99 mm，日变化速率-0.01 mm；建筑物监测点累计变形最大是J10变化量为-8.40 mm（报警值20 mm），日变化速率-0.02 mm；地表监测点累计变形最大是DB8-5变化量为-30.10 mm（报警值32 mm），日变化速率-0.03 mm。总体而言，如图7所示，变形比较合理，且变形曲线较为平缓，无突变等情况，未发生管线损坏事件。

6 结语

纵观基坑施工全过程，在基坑围护及基坑开挖直至底板浇筑、结构完成，参建单位始终对信息化施工非常重视，并采取了大量有效措施，尤其在基坑开挖期间，以“时空效应”理论为指导，认真参考和研究了该工程的实时监测数据。根据监测信息及时采取相关措施，真正实现了信息化施工管理，在整个地下结构施工过程中，在确保基坑自身安全的前提下，最大限度地减小了施工对周边环境的影响，收到了较好的效果。

该工程施工过程虽然对个别管线及建（构）筑物产生了一些沉降变形，但未对其造成损坏，目前所有地下管线均完好，不影响地下管线的正常使用。监测数据表明，各个监测项目的监测点在基坑底板施工结束后趋于稳定。目前，该项目竣工近三年，周边环境已基本不受该项目的影响。