潘世斌

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

上海位于长江入海口，太湖流域东缘，属于长江冲积平原，为典型的软土地区。该区域土质较差，土体承载力低、流变性大，地下水位极高，因此，上海地区的深基坑设计和施工难度很大。上海地区地下1层的建筑，基坑开挖深度一般约为5.5 m，基坑支护多采用悬臂支护形式的水泥土搅拌桩重力坝，重力坝的设计及施工质量、降水形式及降水效果对基坑安全起着关键作用。因此，对于采用重力坝的悬臂支护基坑的施工关键技术进行研究至关重要[1-8]。

本文以上海某地上4层、地下1层、基坑挖深为5.5 m的工程项目为例，进行了基坑施工方案优化，并通过有限元软件Abaqus进行了方案优化前后基坑变形的对比分析。

1 工程概况

1.1 工程地块信息

背景项目位于上海市闵行区华漕镇华翔路以西，柴塘北路以北（含柴塘北路），总建筑面积53 110.37 m2，其中地上建筑面积42 396.57 m2，地下建筑面积10 713.80 m2。本项目主要由停车楼、办公楼、站房等单体组成（图1）。

图1 项目效果图

停车楼是集车辆修理、检测、试车、停车、充电等功能为一体的综合停车场，地上4层，地下1层，建筑高度23.1 m，基坑区域面积11 000 m2，基坑开挖深度为5.5 m，基坑支护采用双轴搅拌桩，为悬臂支护形式，基坑降水采用轻型井点降水。

1.2 项目水文地质概况

本场地属滨海平原地貌类型。拟建场地原为华漕镇杨家巷村民房及苗圃，旧建筑均已拆除，现场地势较为 平坦。

根据勘探揭露的地层资料分析，拟建场地内的地基土，主要由黏性土、粉性土及砂土组成，从上至下可划分为8个主要层次，其中场地缺失上海市统编第④层淤泥质黏土。整个基坑开挖面深度均分布较厚的③层淤泥质粉质黏土，含水量高、渗透性能好，呈流塑状态，属高压缩性，工程性能差。

本工程地下水稳定水位埋深一般在0.35～0.60 m之间，相应标高在3.02～3.15 m之间，平均值为3.25 m。承压水埋深一般在3～12 m，低于潜水位，并呈年周期性变化。

1.3 项目周边环境情况

拟建场地北侧为绿化地及河浜，河浜距基坑仅11 m，西北角有1幢1层民房，与基坑相距约26 m。南侧为杨家巷村进出重要通道的雅乐路，地下管线众多，环境条件较为复杂，最近与基坑相距14 m；西侧为绿化土，空阔。东侧建筑边线与华翔路相距约65 m。东南侧与华漕镇杨家巷村老年活动中心建筑相距最近28 m。因此，基坑施工对南侧雅乐路影响的控制至关重要。

2 工程重、难点

2.1 施工场地有限、交通组织困难

本工程地下室1层，整个地下室区域上部均为结构，基坑施工阶段，南侧距原柴唐北路较近，最近处仅1.4 m，现场施工道路无法环通，场地布置困难。根据基坑阶段施工计划，搅拌桩施工及土方施工与南侧柴唐北路改道施工同时进行，导致基坑南侧围护施工无材料堆场及运输道路。

2.2 基坑开挖面积大

基坑面积约11 000 m2，由于基坑施工阶段施工道路无法环通，基坑施工须由西向东依次施工，西南侧局部无法采用跳仓法开挖，根据现场实际情况，整个基坑只能分4块依次进行施工，因此单次开挖面积较大。为减少基底暴露时间，保证基坑安全，在人力、物力投入较大的情况下，须合理安排人工及材料供应。

2.3 基坑北侧邻近河浜

项目基坑北侧邻近河浜，最近处离基坑仅11 m，河浜水位对基坑地下水位影响较大，对北侧重力坝止水效果要求较高，围护施工时基坑北侧重力坝为施工重点，以确保降水效果及基坑北侧止水帷幕不漏水。

3 施工关键技术

3.1 基坑围护二次深化加固

基坑围护设计采用双轴搅拌桩重力坝形式。基坑主要为采用φ 700 mm @500 mm双轴水泥土搅拌桩，水泥掺量13%，有效桩长13～15 m，基坑内侧一排内插φ48 mm×3.0 mm钢管，间距1 000 mm，长7.0 m；外侧内插φ48 mm×3.0 mm钢管，间距1 000 mm，长7.0 m；面层采用厚200 mm的C20混凝土压顶，坝顶插筋φ12 mm@1 000 mm，插入混凝土压顶板100 mm，压顶板内配φ8 mm@200 mm双向钢筋，坝压顶宽度为4.7 m，具体做法如图2所示。

对基坑局部贴边深坑区域，内插钢管改为内插28b#槽钢，槽钢长12 m。具体做法如图3所示。

图2 重力坝剖面做法

图3 贴边深坑区域重力坝剖面做法

基坑东侧、南侧、西侧为计划主要施工道路，特别是南侧离杨家巷村委会主要进出道路雅乐路较近，为保证后期施工过程中整个基坑安全及减小对南侧雅乐路的影响，对原围护设计进行深化加固，加固区域如图4所示。该加固区域内插钢管改为内插22b#槽钢，长12 m，间距2 000 mm。对基坑这些薄弱区域通过槽钢及混凝土压顶形成门式刚架结构，有效增加坝体强度。同时在整个基坑内侧重力坝顶部增加600 mm×400 mm冠梁，使整个重力坝形成有效整体。具体加固措施如图5 所示。

图4 加固区域示意

图5 加固剖面示意

3.2 降水方案优化

本工程基坑降水采用轻型井点降水，以抽取基坑内土中的滞水，使基坑内土体疏干，从而保证基坑安全、顺利施工。降水方案需经过围护结构设计单位认可后，方可施工。双轴搅拌桩重力坝围护结构，在降水过程中能有效隔断重力坝深度范围内基坑外地下水对基坑范围的补给，因此降水过程不考虑周边地下水的侧向补给。但为防止基坑北侧河浜水头压力过大，在基坑北侧临时施工道路上增加3口深井，以有效避免河浜水位对基坑内水位的影响。

根据设计图纸，轻型井点共布置23套，沿基坑周边布置9套，中间布置14套，轻型井点布置如图6所示。图纸中轻型井点的平面布置未合理避开坑底加固区域，该区域井点管无法施工，达不到降水效果，且设计井点管长度为7 m，属非常规钢管长度，施工费用较高。为确保基坑安全及施工经济性，综合考虑对降水方案进行优化，对井点位置重新布置，对井点管长度进行优化。降水井点布置原则为每套轻型井点影响范围为15 m左右，合理避开坑底加固区域，优化后的平面布置如图7所示。为降低钢管材料费用，且能够保证降水效果，对降水方案进行优化：先挖去整个基坑范围内0.8 m的表层土，再进行降水作业；同时井点管施工时，开槽采用二级放坡开挖，深度增加200 mm，这样钢管选用常规的6 m长度时，就能保证水位降至开挖面下0.5～1.0 m。

图6 设计井点平面布置

图7 方案优化后井点平面布置

3.3 土方开挖方案优化

本工程基坑开挖深度为5.5 m，开挖面积11 000 m2。基坑开挖前保证地下水位降至开挖面以下0.5～1.0 m。本次开挖根据现场实际施工条件，充分考虑基坑工程的“时空效应”，采用分区、分层、明挖法，加快底板施工速度，减少坑底暴露时间。

为优化降水效果及降低材料费用，本次土方开挖共分为2层。第1层土方为大开挖，从场地自然标高面往下挖深0.8 m。第1层土方开挖完成后进行降水施工，水位必须降至第2层土方开挖完成面以下0.5～1.0 m之后，才能进行开挖。根据现场出土路线及停车楼后浇带位置，第2层土方开挖分为4个施工区，如图8所示。按照1→2→3→4区依次由西向东开挖，每个区一次性开挖至坑底标高，相邻2个施工区边坡采用二级放坡，坡度1∶1。

4 基坑变形控制效果分析

4.1 数值模拟对比分析

上海等沿海软土地区，土质较差，工程性能差，基坑变形的控制是基坑安全的前提保证。在项目未施工前，采用Abaqus有限元软件分别对方案优化前和优化后进行了基坑变形模拟，通过2种方案基坑变形的对比分析，更能直观地反映出基坑方案优化对基坑变形的影响。

本次模拟采用二维模型，根据相关工程经验，基坑开挖在水平方向上影响范围为3～5倍基坑开挖深度，竖向上影响范围为约3倍开挖深度（图9、图10）。本次模拟选取基坑南侧方案优化区域的经典截面，由于基坑具有对称性，因此选取1/2模型，模型尺寸为70 m×30 m。土体选用匀质弹塑性应变单元，选用摩尔-库仑模型，槽钢选用线弹性梁单元。

图8 土方分区示意

图9 方案优化前基坑变形云图

图10 方案优化后基坑变形云图

由图9、图10可知：在水平方向上，距基坑越远，土体变形量越小，距基坑24 m以后，土体基本无变形，影响范围为约5倍开挖深度；深度方向上，随着深度增加，土体变形量也越小，距基坑开挖面约20 m，土体基坑无变形，因此在深度方向基坑开挖影响范围为约4倍开挖深度。方案优化前基坑最大变形为90.07 mm，发生在基坑顶部，而方案优化后，对重力坝进行了二次加固，基坑壁的变形明显减小，最大变形为坑底土体回弹，约86.45 mm，而基坑顶最大变形为70.70 mm。

基坑的安全与否主要是由基坑变形决定的。在悬臂支护类型的深基坑中，基坑坑壁的土体变形尤为重要，是反映基坑安全最重要的指标。因此，本次模拟以基坑坑壁土体变形为主要分析参数。变形监控路径如图11所示。

在基坑壁深度方向上，对15 m范围内土体位移进行监测，方案优化前后变形曲线如图12所示，方案优化前围护顶部最大变形90.07 mm，方案优化后围护顶部最大变形70.70 mm，变形量减小19.37 mm，减小约21.51%，方案的优化对围护的变形有很好的控制作用，在深度约8 m，方案优化前后土体变形基本相差不大，因此，此次方案的优化影响深度为1.6倍开挖深度左右。综上所述，通过本次方案优化，能有效减小基坑变形，对基坑的安全控制十分 有利。

图11 变形监控线路示意

图12 变形曲线

4.2 监测结果分析

在基坑施工过程中，对围护结构的变形进行实时监测，时刻关注基坑变化。基坑施工完成后，重力坝顶最大水平位移为2区南侧距基坑边约2/3位置的Q14点，达39.30 mm，测斜最大位移也为该位置CX5点，达63.35 mm，南侧雅乐路最大沉降量为26.33 mm。综上所述，整个基坑施工过程中基坑变形稳定，无突发性变形，基坑外道路变形较小，周边建筑物沉降量较小，重力坝无漏水现象发生。通过对基坑关键施工技术的控制以及施工方案的优化，很好地控制了基坑变形，保证了基坑安全。

5 结语

本项目位于上海市闵行区，北邻河浜，南侧道路车流量大，东侧距华翔路和嘉闵高架路等主要市政道路较近，基坑环境较为复杂，对基坑变形控制要求高，必须保证基坑安全。

为保证基坑安全，在前期围护结构设计优化上进行了一定的加强，并得到了业主和设计的认可。在施工过程中严格控制重力坝的质量，为后期保证基坑安全打下了基础。对降水方案进行合理优化，避免无法施工区域，在保证降水效果的前提下节约了材料费用。对土方开挖方案进行合理优化，并加快大底板施工进度。通过以上措施，有效确保了基坑施工的安全，减小了基坑施工对周边环境的影响，为上海等软土地区地下1层、重力坝支护的基坑施工提供了一定的参考。