陈 皞 （中建港务建设有限公司，上海 200433）

1 概况

1.1 工程概况

上海市某商品住宅扩建工程位于松江区九亭镇，由3幢18层住宅楼及2层地下车库组成，主体结构采用剪力墙结合桩筏基础的形式。基坑形状呈规则L型，围护周长约450m，开挖面积约7135m2。普遍区域开挖深度10.50m，集水井、电梯井等局部落深1.25～2.65m。

1.2 周边环境

工程场地东侧北段为项目6-4期规划用地，基坑开挖边线距离2、4期分界线最近约1.5m，分界线外分布有一条市政道路，道路外为多栋待拆迁两层住宅楼（浅基础），距离边线最近约14.5m；东侧南段紧邻九亭公交站，距离边线最近处约2.5m；南侧邻近一条直径1.4m的原水管，埋深约5.9m，距离开挖边线约5.0m～8.0m；西侧为6-2期用地，已建成地上2～3层联排别墅（桩基），距离开挖边线最近约6.8m；北侧邻近港欣小区6层住宅楼（浅基础），距离开挖边线最近约10.8m。基坑周边紧邻建（构）筑物、道路及市政管线，环境保护要求相对较高，尤其是对南侧原水管线以及北侧6层住宅楼的保护。场地周边环境如图1所示。

2 工程地质与水文地质

图1 周边环境图

2.1 工程地质

工程场地地貌类型属滨海平原，地基土属软弱场地土，基坑开挖深度影响范围内土层以粘性土、粉性土和砂土为主。第③层淤泥质粉质粘土层具有高压缩性、高触变及流变特性，土层力学性质差，并且厚度达到12.0m。场地土的物理力学指标如表1 所示。

场地土的物理力学指标 表1

2.2 水文地质

本场地的地下潜水主要接受大气降水的竖向入渗补给，水位随季节变化而变化，水位埋深为1.0～2.0m。围护设计时，地下水位按室外自然地坪下0.5m进行选取。另外，场地内⑦层为微承压含水层，易产生流砂、管涌等不良地质条件。本基坑主要开挖深度为10.5m，按最不利考虑C7孔第⑦层层面埋深28.0m，承压含水层埋深水头按照3.0m计算，根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012） 第 12.3.3 条 验 算：PCZ/PWY=（5.48 ×17.8+5 ×17.4+5 ×18.0+2.02 ×19.4）/[（28.0-3.0）×10.0]=1.26＞1.05，不存在承压水突涌问题。

3 基坑工程设计

3.1 总体方案设计

基坑支护结构是个系统工程，在保证受力合理的同时需尽可能达到施工方便、工期节省的要求。本基坑邻近已有建（构）筑物及市政管线。在保证基坑安全的前提下，变形控制为本工程总体方案的主要准则。根据基坑开挖深度及规模，结合周边环境、地质条件等，从安全、经济的角度出发，结合施工工艺、施工周期等因素，本工程采用钻孔灌注桩结合混凝土水平支撑的支护形式，排桩外侧采用水泥土搅拌桩止水。钻孔灌注桩排桩具有侧向刚度大，抵抗变形能力强的优点，能尽可能的减小对周边重要保护建（构）筑物的影响。

基坑南侧近原水管区域，设计从以下几点考虑。

①会同业主及结构协商主体结构边线距原水管后退1.5m；②以环境保护等级一级控制该侧变形；③增大原水管侧围护桩桩径和桩长；④增设一排止水搅拌桩；⑤基坑南侧采用裙边加固，加固体加宽加长；⑥支撑以对撑为主。

图2 围护剖面图

一般区域位移采用Φ900@1100钻孔灌注桩，基坑北侧邻近6层住宅楼区域采用Φ950@1150钻孔灌注桩，基坑南侧紧邻原水管区域采用Φ1000@1200钻孔灌注桩，有效桩长21.5m～24.0m，三轴水泥土搅拌桩止水帷幕有效桩长17.5m/18.5m，可满足强度、变形及稳定性要求。围护剖面图如图2所示。

3.2 支撑体系

基坑规模较大，开挖较深，且环境保护要求较高，对支撑的安全性、稳定性提出了较高的要求。结合基坑形状，支撑体系采用“角撑+对撑+边桁架”的平面布置形式。该形式安全可靠，经济性较好，且有较大的出土空间，便于施工。基坑南北向跨度较大，东侧北段以及北侧东段设有场地出入口。支撑平面布置图如图3所示，阴影区域为栈桥区域，以满足挖土机、运土车、混凝土泵车、运输车等施工设备运作，也可作为施工堆场，以解决场地狭小用地空间的问题。

图3 支撑平面布置图

3.3 降水设计

本工程坑底位于③层淤泥质粉质粘土中，开挖深度影响范围内土层含水量较大，处于饱和状态，需有一定时段的预降水方可保证土体达到基坑开挖要求。本降水设计采用真空管井进行疏干及深层降水。

4 环境影响分析

工程南侧紧邻直径为1.4m的原水管，北侧邻近6层住宅楼，在基坑开挖过程中，易受到开挖引起土体位移产生的附加内力与变形。因此，为确保建（构）筑物的安全，对建（构）筑物在基坑开挖工况下位移变化分析具有重要意义。

4.1 计算模型及工况模拟

采用平面应变有限元法，土体本构模型采用摩尔-库伦模型，采用15节点三角形单元模拟；围护桩采用梁单元，支撑采用点锚式杆件单元模拟；结构与土体的相互作用采用接触面来模拟。竖直向影响深度一般≥2H（H为基坑开挖深度），本模型取为地表以下40m；水平向影响范围一般大于≥3H，本模型水平向距离取为距基坑边为60m。左右两侧边界约束水平位移，底边界约束水平和竖向位移。土体参数根据岩土工程勘察资料和类似工程取值。围护桩的计算参数根据实际选取，支撑计算参数抗压刚度根据混凝土支撑的实际刚度计算。北侧住宅楼区域以及南侧原水管区域的计算模型及网格划分如图4、图5所示。

对基坑开挖各施工工况进行模拟，分析整个支护系统的整体变形情况。

①计算初始地应力场；

②施工围护桩、施加地面超载；

③降水至基底以下0.5m；

④开挖第一层土至第一道支撑底面；

⑤施工第一道支撑，后开挖土层至第二道支撑底面；

⑥施工第二道支撑，后开挖土层至坑底；

⑦施工底板，后拆除第二道支撑；

⑧施工地下一层楼板，后拆除第一道支撑；

图4 计算模型及网格划分图（6层住宅楼）

图5 计算模型及网格划分图（原水管）

4.2 数值计算分析

图6、图7分别为第二道支撑施工完成后开挖至坑底时北侧住宅楼区域与南侧原水管区域的水平位移图，该工况为开挖过程最不利工况。图中橙色区域显示水平位移值较大区域，可以看出该区域主要分布在坑底附近。图8、图9为南北两侧建筑物桩身水平位移变化图。具体数值见表2。

图6 水平位移云图（6层住宅楼）

图7 水平位移云图 （原水管）

图8 建筑物桩身水平位移变化图（6层住宅楼）

图9 建筑物桩身水平位移变化图（原水管）

计算结果汇总 表2

通过数值模拟手段的分析，可见围护桩的水平变形越大，导致的建（构）筑物的变形也越大。该工程基坑开挖对邻近住宅楼以及原水管有一定的影响，但变形仍处于工程允许的范围内。及科学的信息化监测，是保证工程顺利进行的重要因素，降低搅拌桩的施工速率，降低搅拌桩下沉抬升速率，合理定制土方分区分块分层开挖组织设计。

5 结语

上海市某商品住宅扩建工程基坑规模较大，开挖深度较深，且周边环境较为复杂。通过选取合理的支护方式和受力良好的支撑布置形式，可以保证基坑在开挖期间的安全性及周边环境的变形控制要求。

通过数值模拟手段的分析，可以发现控制围护墙的侧向变形可间接减少基坑开挖对邻近建筑的影响，将变形控制在工程允许的范围内。

基坑施工期间严格的施工工艺、合理施工工序以