周 婉

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

随着国家推进城市化建设的步伐不断加快，在土地资源日益短缺的形势下，结合城市建设，进行大型地下空间的改造和开发成为一种必然[1]。在建设过程中，为适应建筑功能需求，地下空间的开挖深度往往不是单一的，各地下空间的开挖深度差异性较大。在施工过程中，开挖深度不同的基坑支护结构受力与变形往往比开挖深度一致的基坑要复杂得多，如何选取合理的支护设计措施及施工工序，在实现围护结构受力合理性与基坑开挖整体稳定性的同时，加快施工工期、节约工程造价并保证施工质量，是基坑工程设计与施工的重点。本文以软土地区某一深基坑工程案例为背景，对基坑不等深同步开挖的设计思路进行探讨分析，以期为类似工程的实施提供有益的参考。

1 工程背景

上海闵行区体育活动中心新建工程位于闵行区江川街道区域，占地面积为27 618 m2，拟建建筑为地标型公共体育中心，是以地下1层顶板为大底盘的四塔结构，四塔均为1层框架结构，地下室部分区域为1层，部分区域为2层，用作地下车库以及各类运动场馆等，基础形式为承台/筏板＋桩基。

本工程基坑总面积约2.07万 m2，周长603 m，地下1层区普遍挖深6.05 m/6.30 m，地下2层区普遍开挖深度9.80 m。靠边深坑区域降深1.30～1.45 m。基坑平面形状大致呈不规则矩形，局部阳角较多，基坑整体外观及周边环境如图1所示。

图1 基坑周边环境示意

1.1 周边环境概况

基地东侧和南侧邻近已建城市道路，车流量密集，路面下均布置有一定数量的市政管线，其中信息管线距离坑边最近13.1 m；基地西侧为拟建的上海市第五人民医院新建综合楼与宿舍楼，现已施工完毕工程桩，其上部结构距坑边最近8.2 m；基地北侧为“金铭福邸·四期”高层住宅区，距坑边最近18.2 m。周边环境较为复杂，在基坑设计与施工中需对西侧在建工程重点保护。

1.2 工程地质概况

地勘报告显示，拟建场地位于滨海平原地区，主要由饱和黏性土、粉性土组成，土层分布差异较大，场地内土层从上至下依次为①杂填土、②粉质黏土、③淤泥质粉质黏土夹粉砂、③夹黏质粉土、④淤泥质黏土、⑤黏土、⑥粉质黏土。

其中：场地浅部普遍分布的①层土，成分复杂，土质松散，局部区域较厚，对工程施工影响较大；基坑开挖深度范围内存在的③层和④层土，为上海地区典型软土层，流塑状态，压缩性高，抗剪强度低[1]；场地深部⑦1层土属本工程承压水含水层，承压水头埋深在3～12 m，经验算，基坑的抗承压水稳定性能满足规范要求。

2 基坑支护方案设计

本工程属于软土地区大面积深基坑工程，基坑开挖深度不等，需要根据实际情况选取合理的设计方案确保基坑开挖的安全性、施工过程的可行性与方便性，同时尽可能地节省工期、降低造价。

2.1 总体设计方案选取

综合考虑周边环境及空间条件、施工便捷及经济性等因素，本工程优先采用明挖顺作法施工。

在上海软土地区，针对不等深的相邻基坑，常用的土方开挖方案有以下2种：

1）先深后浅，分区开挖：即深、浅区分别独立围护，在深区完成地下结构施工后再进行浅区的开挖施工，利用时空效应原理减少基坑大面积暴露的时间和空间，降低对周边环境的影响。本工程地下2层区基坑形状不规则，局部区域阳角较多，若仍采用常规的先深后浅施工方案，地下2层区支撑布置复杂将使得开挖出土困难，多处阳角应力集中将带来局部失稳风险，且设置深、浅区2套独立临时支护体系也将引起临时围护造价的增加。

2）同步开挖：即在基坑外围设置1圈封闭的板式围护体，内部采用水泥土搅拌桩作为地下1层和地下2层区交界高差部位的加固围护结构；全坑竖向统一设置第1道水平支撑，地下2层区靠边区域局部增设第2道水平支撑。在施工过程中，基坑可全面开挖，地下1层区基础底板与地下2层区第2道水平支撑同时浇筑形成整体，之后继续开挖施工地下2层落深区结构，在其基础底板施工完成后拆除第2道支撑并连通两区地下结构，最后拆除第1道支撑，完成整个地下室的施工。

综合分析考虑，本工程采用同步开挖的施工方案是科学合理的。

2.2 基坑支护结构

本工程整体采用板式支护体系：基坑周边围护桩选用刚度较大、利于基坑变形控制的钻孔灌注桩，外侧止水帷幕采用全面搭接、止水效果可靠、挤土效应小的φ850 mm三轴水泥土搅拌桩；坑内竖向统一设置第1道钢筋混凝土水平支撑，地下2层区增设第2道钢筋混凝土支撑，采用对撑、角撑结合边桁架的平面布置形式，以预留较大的作业空间方便土方开挖；内部交界高差部位采用水泥土重力式围护墙的加固结构。

此外，为控制围护体变形，加强基坑稳定性，对被动区土体采用φ700 mm@500 mm双轴水泥土搅拌桩进行墩式加固，对坑内局部落深大于1.50 m的电梯井等区域采用φ700 mm@500 mm双轴水泥土搅拌桩结合压密注浆封底的加固处理。

同时，为控制本工程基坑拆撑工况变形对西侧在建工程的影响，在西侧区域局部增设HW400 mm×400 mm× 13 mm×21 mm@6 000 mm型钢斜撑作为换撑传力构件。需待地下室各层结构梁板及车道板浇筑结束并达到设计强度，且地下室周边密实回填后，方可拆除临时换撑。基坑同步开挖的施工工序如下：

1）整平场地，进行围护结构施工及土体加固。

2）对基坑进行预降水后，开挖表层第1皮土方，浇筑施工首道水平支撑。

3）地下1层区待首道撑达到设计强度后，土方开挖至基底，及时浇筑混凝土垫层，施工底板并设置底板换撑板带；地下2层区待首道撑达到设计强度后，土方开挖至第2道支撑底，浇筑施工第2道支撑。

4）地下1层区进行地下室结构施工；地下2层区待第2道支撑达到设计强度后，开挖土方至落深区基底，及时浇筑混凝土垫层，施工底板及其换撑板带。

5）地下2层区待底板达到设计强度，并架设型钢斜撑后，拆除第2道支撑。

6）地下2层区施工B1层结构梁板，设置换撑，交界处与地下1层区基础底板结构连通。

7）待底板及地下2层区B1层结构楼板达到设计强度，且地下2层区周边回填至B1层楼板标高后，拆除基坑内全部首道支撑。

8）施工完成地下室结构并达到设计强度后，将地下室外墙与围护体之间的空隙回填密实。

基坑的支护结构典型剖面如图2所示。

图2 基坑支护结构典型剖面

3 数值模拟分析计算

本工程采用岩土工程分析软件Plaxis按平面应变连续介质有限元方法分别对地下1层区靠近既有管线、地下2层区靠近高层住宅区域进行开挖过程的模拟分析，以预测对周边环境附加变形的影响。土体采用常规的Hardening-Soil（硬化土）模型模拟，围护结构选用线弹性模型模拟，同时为减小模型边界对分析结构的影响，基坑外计算宽度按4～5倍基坑开挖深度取值，计算深度取坑底以下30～35 m，坑外均布置有施工超载20 kPa。根据工程项目实际情况采用中等粗糙程度网格对模型进行划分，有限元模型如图3、图4所示。

图3 地下1层区靠近既有管线处有限元模型

图4 地下2层区靠近高层住宅处有限元模型

图5给出了基坑开挖至基底时的变形计算结果。其中，地下1层区围护桩的最大侧移为11.3 mm，坑外既有管线最大沉降为0.6 mm；地下2层区围护桩的最大侧移为15.9 mm，高层住宅的沉降值最大为1.8 mm，影响很小。上述变形值均在规范要求的变形控制值范围内，且有一定余量[2-3]，表明本工程的设计方案能够保证基坑土方开挖对周边环境的影响满足相应的基坑环境保护等级要求。

图5 开挖至基底时围护结构变形矢量

4 结语

本工程属于上海软土地区不等深大面积基坑工程，设计以确保基坑安全施工为前提，以施工便捷、节约工程造价为目标，采用了同步开挖的总体方案。相较于常规设计思路，该方案有效降低了由于地下2层区平面形状不规则所带来的局部应力集中与变形失稳风险，结构受力转换直接明确，施工便捷、可操作性强；节约了交界处围护体及第2道支撑的工程量，经济效益显著；交界处留缝较少，结构整体性较好，安全性也有一定的保证。目前，该基坑工程正在有序施工。通过合理的土方分层分区开挖，并严格控制施工质量，基坑整体处于稳定、可控状态。本工程的设计理念可为今后同类基坑工程提供参考。