多支护形式在深基坑支护中的应用—以上海市松江区某基坑围护工程为例

多支护形式在深基坑支护中的应用—以上海市松江区某基坑围护工程为例

徐鹏祥

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 200092

摘  要 随着城市建设的不断发展，人口密度持续增大，导致建筑日益向高处向深处扩张，基坑工程的开挖深度和建设规模逐渐增大，复杂程度也迅速提高，因此对基坑工程的设计提出了更高的要求。本文以上海市松江区某基坑围护工程为例，针对不同周边情况，采取多种支护形式，确保基坑安全可靠。此外，采用有限元软件对基坑开挖引起的周边环境影响进行了预测。本文的研究可为同类型的工程提供一定的参考。

关键词 深基坑工程，钻孔灌注桩，SMW工法，围护结构

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0   引言

我国正处于城市化进程加快发展的阶段，城市人口过度集聚，城市地面发展空间日趋紧张，地下空间成为城市立体化拓展的重要方向[1-2]。地下空间的开发利用，导致深基坑工程数目逐渐增多，基坑开挖的深度和规模逐渐增大，复杂程度也迅速提高。周边管线多、杂填土层厚、地下水位高、毗邻建筑近等多种不利因素导致单一支护形式往往不能满足基坑结构安全及变形要求。

本工程结合实际情况采用钻孔灌注桩和SMW工法作为围护墙，钢筋混凝土支撑、格构柱及灌注桩立柱桩作为支撑体系，三轴搅拌桩作为止水帷幕，共同组成基坑围护体系。该围护体系安全性高，可行性强，能够满足软土地区复杂深基坑工程的需求，具有较好的应用前景。

1 工程概况及周边环境

1.1 工程概况

本工程位于上海市松江区，拟建地下二层车库，规划用地面积为22513m2，总建筑面积为83727.60 m2，其中地上建筑面积为50127.60 m2，地下建筑面积33600m2。基坑形状近似矩形，地下室基坑面积约1.79万m2，周长550m，深度10m，局部落深1.5m。本工程±0.000 相当于绝对标高4.850m，基坑及周边拟平整至绝对标高4.000m（相对标高-0.850m）。

1.2 周边环境

本工程东西两侧均为规划道路（目前为空地），南侧为已建市政道路，距离开挖边线约7m（小于1倍开挖深度），分布有市政管线，埋深为0.3~1.5m，距离开挖边线9~22m。北侧为河流，距离开挖边线约10.7m~15m（大于1倍开挖深度），石砌景观驳岸。东北侧为景观河桥（石砌桥与场地平齐），在3倍开挖范围外，后期需拆除，重建桥梁与东侧规划道路连通。

2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，场地地貌为滨海平原地貌，场地地势较为平坦。场地土质主要有人工填土、浜土、黏土、粉质黏土、砂质粉土和粉性土等，按其时代、成因、埋藏条件及物理力学性能等因素综合考虑可分为6层，缺失上海市统编第④层，其中第③、⑤、⑥、⑦、⑧层根据土性和工程性质的差异又可细分为若干亚层及次亚层。其中，场地内不良地质现象如下：软土层较厚，受扰动易发生结构破坏，导致强度降低，进而诱发地表变形；分布有较多砖块、碎石等地下障碍物，；浅部大部分区域分布有砂质粉土，在动水条件下容易发生管涌、流砂。

拟建场地北侧约10m处为长浜河，河面宽约20m，水面标高约2.71m～2.80m。勘察期间测得部分钻孔潜水稳定水位埋深0.95～1.70m，设计潜水埋深为0.5m。根据上海地区的区域资料，（微）承压水水位一般低于潜水水位，随季节而呈周期性变化，埋深一般为3.00~12.00m。本工程开挖深度较深，局部受微承压水影响。故考虑设置降、止水措施，管井降水、三轴搅拌桩止水（隔断微承压水层，设备用降压井，按需降压）。

3 基坑围护体系设计

基坑设计不仅关系到基坑自身及周边环境的安全，而且直接影响着土方开挖以及地下室结构施工等施工成本。因此基坑支护结构是个系统工程，围护结构设计不仅要保证围护结构受力合理，而且要节省工期、降低造价、方便施工。

根据相关技术规范[3-4]，确定基坑支护工程设计安全等级为二级; 环境保护等级：普遍区域为三级，南、北侧处为二级。

3.1 围护墙

根据不同位置的场地实际情况，综合考虑安全性、经济性，施工难易程度以及施工工期等因素，因地制宜采取钻孔灌注桩和型钢水泥土搅拌墙（SMW工法）两种形式的围护墙。

（1）临近南侧市政道路侧的位置剖面，围护墙采用钻孔灌注桩（Φ850@1050，桩长19m，插入比1：1）+三轴止水桩（Φ850@1200整圆套打，水泥掺量20%，桩长27m，隔断③3微承压水层，进入⑤1不透水层3.4m）的围护形式。

（2）邻近长浜河的位置剖面，围护墙采用钻孔灌注桩（Φ850@1050，桩长19m，插入比1：1）+三轴止水桩（Φ850@1200整圆套打，水泥掺量22%，桩长19.2m）。

（3）贴边深坑位置剖面，围护墙采用三轴搅拌桩内插H型钢的形式，三轴搅拌桩采用Φ850@1200整圆套打，搅拌桩水泥掺量为20%。搅拌桩桩长24m ，H型钢采用H700×300×13×24规格，长度24m，水平间距为0.6m（密插），H型钢顶标高为-0.850，开挖深度11.5m，插入12.5m，插入比为1：1.09。对于局部深坑（1.5m），采用高压旋喷桩围护，桩长3.5m，宽度1.4m，坑底压密注浆封底，贴边集水坑在完成四周垫层后再开挖。

（4）环境一般位置剖面：围护墙采用三轴搅拌桩内插H型钢的形式，三轴搅拌桩采用Φ850@1200整圆套打，搅拌桩水泥掺量为20%。搅拌桩桩长19.2m ，H型钢采用H700×300x13x24规格，长度19.2m，水平间距为0.9m（插二跳一），H型钢顶标高为-0.850，插入比为1：1。

3.2 内支撑

本项目开挖深度和规模均较大，故设计采用2道钢筋混凝土支撑形式。水平支撑采用对撑+角撑+边桁架的形式。

第一道支撑中心标高为-1.750，冠梁截面为1200mm×800mm，主撑截面为800mm×800mm，次撑截面为700mm×700mm；第二道支撑中心标高为-6.850，围檩截面为1300mm×800mm，主撑截面为1000mm×800mm，次撑截面为800mm×800mm。支撑混凝土采用C30等级混凝土。

3.3立柱与立柱桩

本工程一般支撑下临时立柱采用4L140×14型格钢构柱，立柱间距约12m左右，截面为480×480mm，立柱桩采用钻孔灌注桩，直径800mm，长度为19m（古河道沉积区20m），钢立柱插入立柱桩中3.0m；栈桥下临时立柱采用4L160×16型格钢构柱，立柱间距约7m左右，截面为480×480mm，立柱桩采用钻孔灌注桩，直径800mm，长度为24m（古河道沉积区25m），钢立柱插入立柱桩中3.0m。钢格构立柱在穿越底板的范围内设置止水片。

4 基坑监测与信息化施工

基坑监测是保证基坑安全施工的一个非常重要的措施，基坑监测包括对环境的保护监测和对本围护体系的安全监测，及时预报施工过程中可能出现的问题，通过信息反馈法指导施工，防止意外事件的发生。

根据有关条文规定及基坑分段开挖的原则[5]，本工程的监测内容主要有：支护墙深层水平位移监测、支护墙顶位移和沉降监测、支撑轴力监测、地下水位的监测、立柱竖向位移的监测、坑外地表及管线以及路面沉降监测等。

同时，本工程注重信息化施工，施工期间根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，做到监测、设计、施工协同配合，对施工全过程进行动态控制[6]。监测数据必须做到及时、准确和完整，发现异常现象，加强监测。监测数据未达到报警值期间，应向设计单位每周提交书面监测结果，监测材料上应注明对应的施工工况及平面分布图等施工信息，便于相关各方分析监测结果所反映的情况。监测数据如达到或超过报警值应及时通报有关各方，以期尽快采取有效措施保证本工程顺利进展。

5 周边环境有限元分析

基坑开挖可能对周边环境产生一定影响，因此在开挖前，可以通过有限元软件对基坑的施工过程进行模拟分析，从而预测基坑开挖对周围临近管线等的影响。

根据土体的性质，计算采用了莫尔-库仑模型，土体参数根据岩土勘察报告选取。围护结构采用plate单元模拟，该单元可以设定抗弯刚度以及抗压刚度等参数；支撑系统采用Anchor单元模拟，由于支撑有一定的间距，因此若按照二维问题处理需要进行一定换算，该单元只需输入抗压刚度、支撑间距以及支撑长度，软件可自动换算并按照二维问题处理。

此外，为减小模型边界对模拟结果的影响，必须采用足够尺寸的计算模型。根据基坑的开挖深度，计算深度方向设为30m，水平方向设为30 m。同时对模型边界进行约束，左右两侧进行X向约束，下侧进行Y向约束。采用15节点三角形单元进行模拟土体。计算所得基坑周边土体变形云图如下所示：

（a）水平变形云图                       （b）竖向变形云图

图1 基坑周边土体变形云图

经计算，基坑围护结构侧移、地表沉降和管线沉降计算值均小于允许值，满足要求。

表1 计算结果汇总

6 结论

本文以上海市松江区某基坑围护工程为例，选取钻孔灌注桩和型钢水泥土搅拌墙两种形式的围护墙，结合2道钢筋混凝土支撑，并采用三轴搅拌桩进行降水。通过分析主要得出以下结论：

（1）鉴于当前基坑本身的开挖难度及周边环境的复杂性不断提高，应根据具体周边情况采取多种支护手段相结合的形式，在保证基坑安全的同时，方便施工，降低成本，避免因单一支护措施而造成不必要的浪费。

（2）基坑工程在设计施工过程中，应尽量降低对周边环境的不良影响，避免对地下空间造成不必要侵占，为后续的建设留下空间。

（3）基坑的信息化施工可根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，做到监测、设计、施工协同配合，对施工全过程进行动态控制。

参考文献

[1] 刘鑫，洪宝宁.城市地下工程[M].北京：中国建筑工业出版社,2021:1-4.

[2] 万钧.浅谈深基坑工程监管的经验和信息化技术的应用[J].工程质量,2022,

40(01):58-61.

[3]JGJ120-2012. 建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国标准出版社，2012.

[4] DB33-T1008-2014. 建筑基坑工程技术规程[S].浙江：浙江工商大学出版社，2014.

[5] GB50497-2019. 建筑基坑工程监测技术规范[S].北京：中国计划出版社，2019.

[6]罗六强.建筑深基坑工程的施工监理控制措施[J].四川水泥,2022(01):66-67.