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摘要：以上海市中心某深基坑項目為例，針對基坑處于軟土地區、土質條件差且周邊環境復雜的特點，采用地下連續墻和內支撐相結合的基坑支護設計，并通過有限元分析計算表明本設計滿足基坑和周邊建筑物安全的各項要求。另在軟土地區深基坑設計時，重點考慮除圍護體剖面設計的安全性外，更重要的是處理基坑的變形和地下水對基坑開挖的影響，減少基坑變形并結合合理的降水方案以確保基坑開挖的安全施工。

關鍵詞：軟土地區；地下連續墻；鋼筋混凝土內支撐；承壓水

1概述

近年來，隨著我國的經濟發展和城市用地的限制，城市建筑基坑逐漸向更深、更具風險的趨勢發展。基坑深度越大、周邊環境越復雜，將導致設計和施工的難度也越來越大。本文根據深基坑實際的項目案例，對軟土地區具有地質條件差、周邊環境復雜等特點的深基坑進行了系統性的計算與分析。

2工程概況

2.1項目位置

本工程位于上海市黃浦區王家碼頭路、王家嘴角街北角（見圖1）。基坑由3層地下車庫與南側地下聯通道兩部分組成。北側地庫基坑開挖面積約3200m2，基坑開挖深約15.30m（承臺底），集水井等落深區深度為1.4m（自底板算起）；南側地下聯通路基坑開挖面積約560m2,基坑開挖深約15.30m～7.85m；基坑總周長約為255m。

2.2基坑周邊環境

本基坑場地現狀為臨近工程的臨設用地。由圖1可知，基坑北側邊線距用地紅線最近處約3.5m；紅線外為泛海國際公寓高層建筑，其地下室距基坑邊線約9.6m。基坑東側邊線距用地紅線約2m，紅線外為寬20m的王家嘴角街，路東側為1幢18層建筑。基坑南側邊線距用地紅線約2.7m；紅線外為寬11m王家碼頭路，路南側為2~7層民房。基坑西側邊線距用地紅線約3m，紅線外為泛海國際公寓高層建筑，其3層地下室距基坑邊線約8.0m。另外，周邊2條道路下分布有數量眾多的重要地下管線（給水管道，污水管道，雨水管道）。因此，本基坑周邊環境很復雜（見圖2），增加了設計難度。

2.3工程地質和水文地質概況

2.3.1工程地質擬建場地勘察揭露的地基土均屬第四紀松散沉積物。按其結構特征、時代成因和物理力學性質劃分為4大層及所屬亞層。土層分類及其主要土層參數見圖3。2.3.2水文地質條件潛水：擬建場地淺部地下水屬潛水類型，主要補給來源為大氣降水和地表水。設計時地下潛水位按上海市平均水位0.5m考慮。承壓水：第一承壓水含水層為第⑦1層砂質粉土，承壓水位低于潛水位，承壓水水位按最不利情況埋深3.0m計算。

3圍護設計方案選擇

3.1設計難點

1）基坑開挖深度大本基坑工程地庫和南側通道基坑最大開挖深度達15.3m且開挖面小。為此，確保基坑的安全施工是本次圍護設計的首要任務。2）基坑周邊環境復雜基坑緊鄰的現狀道路下分布著數量眾多的地下管線，且周邊的建筑均為高層結構，地下層深。為此，環境對基坑變形的要求高。3）施工場地狹小基地內空間有限，地庫邊距離用地紅線最小僅為2m，圍護設計須為施工創造條件，解決施工用地和施工道路問題。4）流砂及管涌的影響上海地區以軟土為主，須確保基坑圍護隔水效果，避免在動水壓力作用下易發生流砂和管涌事故，設計應確保圍護體系具有良好的止水性能。5）其他本次基坑由地下車庫和南側地下聯通道兩部分組成，基底存在高差，聯通道深度沿縱向漸變，設計時應考慮兩部分同時施工的相互影響及換撐的有效實施，以確保基坑安全實施。

3.2圍護方案的選擇

圍護結構設計方案的選擇，不僅關系基坑開挖和周邊環境的安全，還直接影響土方開挖和地下結構的施工成本。基坑圍護是個系統工程，要求受力合理、施工方便、工期短。根據上海市工程建筑規范《基坑工程技術標準》DG/TJ08—61—2018，本項目的基坑安全等級為一級，環境保護等級為二級。通過上述的難點分析，結合項目主體結構的要求和場地的特點，經比選后采用了地下連續墻的圍護形式。地下連續墻抗側剛度大，并具有擋土和止水功能，可有效的保護周邊環境，適用于基坑開挖深度較深（一般超過12m）及周邊環境保護要求高的基坑工程，經濟性較好。本次考慮基坑開挖深度較深，設置三道鋼筋混凝土水平支撐以滿足基坑安全和變形的控制要求。

4圍護結構設計

本文以項目中不利的地庫部分基坑（開挖深度15.3m）設計為研究對象，對其進行合理結構布置，對結構進行計算驗證及設計必要的輔助措施。

4.1結構布置

圍護結構采用800mm厚地下連續墻,地下連續墻深度共34.3m，其中基坑深度為15.3m,嵌固深度為19m。基坑共設置三道鋼筋混凝土支撐，間距6m左右，第一道支撐設置了施工中挖、運土用的棧橋，方便施工，降低了施工技術措施費，截面尺寸見表1。基坑支撐腋角尺寸均為500mm×500mm，棧橋板厚300mm。墻縫采用圓形鎖口管接頭。立柱采用490mm×490mm鋼格構立柱，新增立柱樁均為Φ850mm鉆孔灌注樁,利用工程樁的立柱樁均需將工程樁頂部4m范圍擴徑至Φ850mm鉆孔灌注樁。基坑支撐體系見圖4，剖面圖見圖5。

4.2計算分析

本項目采用同濟啟明星深基坑支擋結構設計計算軟件（FRWS9.0版）及支撐結構分析計算軟件（BSC4.0版）進行有限元分析。在確定圍護結構的入土深度時，可根據坑底土層的工程力學指標進行墻體的抗傾覆和整體穩定性及墻前基底土體的抗隆起和抗管涌穩定性驗算；坑外土體土壓力則按朗肯土壓力模式計算，水土分算，C，φ值取圖3中的固結快剪峰值指標；地面附加荷載取20kPa；地下水位按地表下0.5m計。4.2.1計算工況為施工方便、節約工期、控制成本，基坑施工采圖6剖面變形內力包絡圖用明挖順筑法施工，具體工況為：沿基坑深度方向從上至下挖土至對應標高的支撐頂部，然后及時澆筑混凝土支撐，直至挖至坑底做素混凝土墊層并澆筑混凝土底板；待底板達到設計強度后拆除第三道支撐；待下二層板達到設計強度后拆除第二道支撐；待下一層板達到強度拆除第一道支撐；最后澆筑頂板，外墻防水施工，完成后進行坑壁回填，割除鋼格構柱。4.2.2地連墻結構內力及位移驗算實際模擬整個施工工況，分析在各工況下的內力并對其進行包絡設計，對應進行了配筋計算；連續墻的設計厚度最終取800mm，可以滿足承載力極限狀態要求，結構位移為12.9mm，小于0.3％H（H為基坑深度），設計滿足安全性要求，見圖6。4.2.3整體穩定性驗算本基坑的整體穩定性采用瑞典條分法計算，得到的整體穩定性系數2.61>1.25。一般來講，考慮內支撐作用時，通常不會發生整體穩定破壞。因此，對于只設一道支撐的支護結構，需驗算整體滑動，對設多道內支撐時可不作驗算[1]。4.2.4抗傾覆穩定性驗算由于本圍護有三道內支撐，不存在繞支護底端的傾覆穩定問題，只需驗算以最下一道支撐支點的傾覆，經計算，抗傾覆系數為2.36>1.2，滿足規范要求。4.2.5抗隆起穩定性驗算本工程坑底土體強度較低，為防止因地下連續墻嵌固深度過小而引起土體向基坑內隆起擠出，故須對深基坑進行抗隆起破壞驗算。抗隆起穩定性的計算方法采用圓弧滑動法，經計算，抗隆起安全系數為3.27>2.2，滿足規范要求。4.2.6支撐驗算本次支撐體系與圍護墻進行聯合分析。計算結果見表2，支撐和承載力均滿足要求。

4.3基坑輔助設計措施

1）地下連續墻槽壁加固基坑工程的環境保護等級為一級或基坑開挖深度范圍的土層中粉性土或砂土較厚時，宜采用槽壁預加固的措施[2]。本基坑環境保護等級為二級，且基坑開挖深度范圍內有較厚的粉土，為保證地下連續墻成槽過程的施工質量，故在槽壁頂兩側同時采用了Φ850mm三軸攪拌樁加固的措施。同時考慮到節約造價，槽壁頂外側加固采用套打、內側采用搭接的形式，使得剖面設計更為完善。2）基坑降水設計因周邊環境復雜、建筑物距基坑距離較近，且基底位于③2砂質粉土中，可采用地下連續墻兼作豎直隔水帷幕+坑內管井井點的降水方案，對基坑坑內進行疏干降水。降水井按降水面積約200m2進行交錯布置，降水須將基坑內水位降低到基底以下1.0m。另外，基坑承壓水含水層為⑦1層砂質粉土。根據規范要求，承壓水作用下的坑底突涌穩定性安全系數不應小于1.1[3]。本次基坑一般區域開挖深度達15.3m，承壓水水頭埋深在3.0m~12m，設計須按最不利承壓水頭3m進行計算，根據基坑各邊地質鉆孔展開剖面圖，復核了抗突涌穩定性驗算結果見表3。根據驗算結果，正常基坑開挖深度情況下僅有東北區域G1孔、C1孔、G2孔抗突涌穩定系數不滿足要求，基坑須在東北側區域布置3口降壓備用井，均布置局部深坑附近，基坑開挖期間根據承壓水頭監測情況按需降壓。

5結論

以上海市區某深基坑工程設計為背景，通過介紹深基坑的工程地質及復雜的周邊環境條件，重點分析了深基坑圍護結構體的剖面設計和三道混凝土支撐的結構設計，并同時運用同濟啟明星深基坑計算軟件進行了有限元計算復核的設計流程。最終結果表明：設計采用地下連續墻加三道內支撐支護在軟土地區開挖深度15.0m左右、周邊環境保護要求嚴格、施工用地比較緊張、防滲透性能要求高的深基坑是合理的設計。另外，為了更好的控制基坑的變形、保護周邊環境，設計時采用了對地下連續墻兩側土體進行了加固的輔助設計措施，并采用了豎直隔水帷幕+坑內管井降潛水和按需降承壓水的降水方案，使基坑圍護設計更加完善。

參考文獻

[1]馬琳琳.淺談基坑穩定性分析[J].山西建筑，2011，37（8）：63-64.

[2]上海市工程建設規范，上海市住房和城鄉建設管理委員會．基坑工程技術標準：DG/TJ08—61—2018［S］.上海：同濟大學出版社，2018.

[3]中華人民共和國行業標準，中華人民國和國住房和城鄉建設部.建筑基坑支護技術規程：JGJ120-2012［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

作者：丁如花 單位：余姚市城鄉建筑設計院