软土地区复杂边界条件群坑支护设计及施工研究

【摘要】随着城市化建设的推进，深基坑工程开挖深度越来越大、环境保护要求越来越高。软土地区复杂边界条件群坑支护设计和施工给大型基坑工程的实施带来较大挑战。本文基于上海市某深基坑项目，通过数值模拟和工程实践等方式，对软土地区复杂边界条件群坑支护设计及施工开展研究，现场实测数据验证了支护设计的合理性和安全性。策划的群坑开挖顺序、基坑施工的流程工艺等既可以满足设计安全需要，又可以缩短项目工期、降低对周边环境的影响，可为类似工程提供参考。

【关键词】软土地区;复杂边界;群坑施工;支护设计;现场监测

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.09.045

引言：

随着国家经济建设的发展，绝大部分工程在考虑规划建设需要下都是成片开发，基坑面积通常较大。如上海中心大厦基坑面积为3万m、深度为33m，陆家嘴中心大厦基坑面积为4.6万m、深度为14m，静安嘉里中心基坑面积为3.8万m、深度为25m。这些大型综合体建筑除主体结构的地下室外，外还附带裙房地下室、下沉广场、轨交连通道等地下设施，引起软土地区復杂边界条件超大型群坑支护设计和施工等问题，给地下空间开发带来了新的挑战。

为保护周边环境，当前超大型软土深基坑的施工，采取分坑支护、分区施工的工艺。把一个大型基坑划分成多个分区，分区与分区之间通过围护结构进行分隔，然后根据现场情况、工程建设需要、施工方案等依次施工各个分区地下结构。这种做法有助于减小基坑变形，但也造成了工序复杂，并且支护体系传力难以连贯，施工工期长、环境影响大等问题。

群坑支护设计和施工是软土地区复杂边界超大型基坑工程能否高效、安全建造的关键性环节。确定适宜的深基坑支护形式、合理安排分坑之间的施工顺序、支撑结构的选型等对确保基坑及周边环境安全至关重要，值得进行深入细致的分析研究。针对软土地区复杂边界条件群坑支护设计及施工关键技术，具有重要的现实意义和应用价值。

本文基于上海市某深基坑项目，通过数值模拟和工程实践等手段，开展对软土地区复杂边界条件群坑施工承压水控制关键技术的研究，可为相似工程提供参考。

1、工程概况与水文地质条件

1.1工程概况

本工程为前滩21-02及21-03地块项目，建设基地位于浦东新区东方体育中心东南侧，场地东、西两侧为济阳路、东育路，南、北侧为海阳西路、杨思西路。本工程21-02 及21-03 地块统筹共建，两个地块基坑总开挖面积约为5.8万m。根据开发进度，结合周边环境保护要求，基坑分为18个区先后交叉施工，其中1a～1d区、2a～2b 区、3a～3b区地下四层，4a～4e区、5a～5d区地下二层，3c 区为地下一层（图1）。

1.2水文地质条件

场地属于滨海平原地貌，场地地形较平坦，实测地面标高4.28～6.25m。主要组成为砂土、粘性土和粉性土，土层分布从上到下依次为：①杂填土（层厚1.20m～5.60m）、②粉质粘土（层厚0.70m～3.40m）、③淤泥质粉质粘土 （层厚1.60 m～1.90m）、③t灰色粘质粉土（层厚1.50m～3.20m）、④灰色淤泥质粘土（层厚5.20m～8.50 m）、⑤灰色粘土（层厚2.20m～3.10m）、⑤2-1灰色砂质粉土夹粉质粘土（层厚8.90m～10.10m）、⑤2-2灰色粉砂（层厚7.50m～11.10m）、⑤3灰色粉质粘土夹粉性土（层厚10.90m～12.10m）、⑦1灰色粉砂（层厚2.00m～4.20m）、⑦2灰色粉砂（层厚3.00m～6. 20 m）。

表土层的地下水为潜水，稳定水位埋深介于0.60～1.60m之间（相应标高3.82～5.62m之间）。⑤2-1层、⑤2-2层为微承压水含水层，第⑦层（第⑦1层和第⑦2层）第⑨层分别为第I、第II 承压含水层。本工程各分区基坑均需要抽降⑤2-1层和⑤2-2层微承压水，因此本工程外围地下连续墙隔断微承压水。工程地下二层以及地下四层普遍区域均不需要抽降⑦层承压水，仅塔楼局部深坑开挖阶段需要抽降第⑦2上层承压水。

2、支护结构设计

2.1基坑分区筹划

基坑总开挖面积约为5.8 万m，分为18 个区先后交叉施工，各分区面积如表1所示。

2.2围护结构设计

（1）考虑到本工程周边环境复杂，地下四层基坑的外圈地下墙加深至55m，进入相对隔水层⑦2t，以减小降压对环境的影响。

（2）本工程地下四层外圈地下墙需要有效隔断微承压水，采用十字钢板接头以加强止水效果。

（3）为确保外围地墙施工质量，防止地墙成槽塌壁导致周边土体变形过大，并加强基坑开挖阶段围护结构的止水有效性，在外圈地下墙（邻地铁和邻道路侧）两侧设置了Ф850 三轴搅拌桩槽壁加固。同时，地铁保护范围内地墙接缝位置设置MJS 旋喷止水予以加强。

2.3支撑体系设计

（1）地铁保护区范围内的大坑1a、1c、1d/2a和3a区，采用五道混凝土支撑。

（2）地铁保护区外的大坑1b、2b和3b区采用四道混凝土支撑。

（3）基坑地下二层区域包括4a～4e 区及5a～5d区，采用一道混凝土支撑+两道钢支撑的形式。钢支撑布置结合地墙分幅，每幅地墙设置两根钢支撑，不设围檩，可以做到快速施工。另外，为控制该区域底板施工阶段基坑的侧向变形，坑内设置300mm厚加强垫层。

（4）3c区为地下一层，采用一道混凝土支撑+一道钢支撑的形式。

2.4坑内加固设计

本工程场地③层、④层、⑤1层和⑤3层土层软弱，流变性大，为控制基坑变形，拟采用如下坑内加固方案：

（1）地下四层分区基坑邻近地铁8、6、11 号线盾构隧道侧，采用10m 宽Φ850三轴搅拌桩裙边。

（2）地下四层分区基坑邻济阳路能源管侧，设置12m 宽Φ850 三轴搅拌桩裙边加固。邻东育路侧，设置8m 宽Φ850 三轴搅拌桩裙边加固。

（3）4a～4e 区、5a～5d 区基坑紧邻运营地铁盾构隧道，采用Φ850三轴搅拌桩满堂加固。

2.5基坑开挖对周边环境的影响

2.5.1计算假定

采用有限元法，计算基坑周边土层应力和位移。模型范围为基坑周围约135m范围内的土体。围护和支撑结构采用弹塑性BEAM单元，土体采用十五节点平面单元及硬化土（HS）模型。计算模型及对应平面位置如图2所示。

2.5.2计算结果

计算结果如表2所示，周边地铁及管线变形均处于安全可控状态。

3、施工关键工艺

3.1基坑施工总体流程

（1）首先开挖1a、1c区，待其第三道支撑完成且达到强度后再跟进施工1b和1d区。

（2）待1a、1c区地下室结构完成后开挖2a区;待1b、1c和1d区地下室结构完成后，开挖施工2b区。

（3）待2a区地下室结构完成后，开挖3a区;待2a区和2b区地下室结构完成，开挖施工3b区。

（4）待2a区地下室结构完成后依次开挖5a和5b区，待3a区地下室结构完成后依次开挖5c和5d区。

（5）待1c区地下结构完成后开挖4b区、待1d区地下结构完成后开挖4d区;待4b和4d区地下室结构完成后开挖4a、4c、4e区。

3.2支撑结构施工

3.2.1钢筋混凝土支撑施工

（1）根据开挖顺序分区浇捣，根据每次所能浇筑的支撑方量进行配置泵车。

（2）施工縫设置在1/3跨内。

3.2.2轴力补偿钢支撑施工

（1）本工程4区域、5区域第二、三道内对撑和角撑采用钢支撑形式，局部钢筋混凝土连梁。

（2）钢支撑的根据钢管支撑的构件模数布置。

（3）支撑的安装利用钢立柱托架梁作支撑安装的搁置点，将预拼好的Φ609钢管对接，对接时要拉通线控制直线度。定位时要校对定位、标高与预测安装位统一。

3.3围护结构施工

（1）本项目地下连续墙仅作为围护结构，采用800、1000、1200mm厚地下连续墙，混凝土等级为水下C35，抗渗等级为P8。

（2）本项目C1型、C3型～C5型及F型地下连续墙采用圆形锁口管柔性接头，其余类型地下连续墙均采用十字钢板刚性接头。

（3）地下连续墙垂直度控制为1/300，清孔后的成槽深度与设计深度的误差为0～+100mm。

4、监测结果及分析

根据基坑开挖深度及周边环境，确定本基坑安全等级为一级，邻地铁侧及能源管侧环境保护等级为一级，其余侧环境保护等级均为二级。监测检测数据显示地铁沉降监测、周边管线沉降和地墙水平位移均满足安全要求，基坑开挖过程对周边环境影响亦较小，说明本超大型群坑支护设计和施工实施效果良好（图3～图6）。

（1）地铁沉降监测

（见图3、图4）

（2）周边管线沉降

（见图5）

（3）地墙水平位移

（见图6）

结语：

（1）结合施工可行性、基坑周边环境保护及项目开发进度等要求，对软土地区超大型群坑的分区方案、加固、开挖顺序等进行了详细策划，基于数值计算结果验证设计方案的合理性。

（2）实测地墙水平位移、地铁及周边管线沉降等数据进一步验证了方案的合理性。

（3）合理设计基坑分区、策划基坑各分区施工的流程工艺，既可以有效满足设计安全需要，又可以减少对项目工期、周边环境的影响。

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作者简介：

汪源（1987.01-），男，汉族，上海人，硕士研究生，工程师，研究方向：施工管理。