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摘要：在我国城市建设用地、空间的日趋紧张的情况下，很多建筑由于被周围环境制约，只能逐渐向地下发展。因此，加强对地下基坑围护结构的计算、分析就显得尤为重要。本文以上海一工程的地下围护结构为例，探讨软土地基情况下复杂基坑的设计。
关键词：基坑围护；地下水；连续墙；支撑；临时立柱
Abstract: in our country's urban construction land, space is nervous, because many buildings by the surrounding environment restriction, can only gradually developing to the underground. Therefore, strengthens to the underground pit supporting structure calculation, analysis are particularly important. This paper takes Shanghai a project of underground palisade structure as an example, this paper discusses the soft soil foundation case complex of foundation pit design.
Keywords: pit enclosure; Groundwater; Continuous wall; Support; Temporary pillar
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A文章编号：
1.工程概况
该工程位于上海铁路客车整备场内，东边是宝山路，北边是轨道交通三号线宝山路高架站，南边是铁路公安办公楼，场地内遍布着停车道，地下管线错综复杂。地上6层，面积为26538.70 m2，地下2层，面积为12162.87m2，总建筑面积38701.57m2。主体结构为框剪结构，基础形式为桩筏结构，主基坑深度16.1 m。
2.工程地质与水文地质
该工程地处上海市北部，地貌类型属沿海平原，地势平坦，勘察时所勘探的探孔的孔口标高是33.48～3.95 m。地下50.30m范围内的地基土属于第四纪上更新世Q3至全新世Q4沉积物，组成成分主要是饱和粉土、黏性土、和砂土，具有水平层理。根据土的结构成因和物理力学性指标进行综合分析知该土层可划分成8个主要层次——1、2、4、5、6、7、8层。其中，第2层可分为两个亚层(第2-1层、第2-2层)，第7层可分为两个亚层(第7-1层、第7-2层)。其中第6层为暗绿色黏性土层，地层分布较为稳定。拟建场地地下水主要有浅部土层的潜水和深部土层中的承压水。潜水由于有降水和地表径流的补给，随着季节、气候等因素的影响，埋深会发生变化。较为稳定的埋深为0.60—1.20 m。该工程第7土层处于上海市第一承压含水层，承压水的埋深大致在3—11 m，均比潜水水位低，而且变化具有一定的周期性。
3基坑围护方案设计
3.1 基坑概况
该工程基坑形状为刀把状，东西方向的宽度为75.5 m，南北方向的长度为84.4 m，地面的设计标高是3.7 m(吴淞高程)，坑底标高是-12.4 m，基坑深16.1 m。基坑南侧与轻轨宝山路站的距离是31．2 m，北侧距铁路公安局办公楼最近的地方大约是6．2 m。
3．2基坑难点与特点
3.2.1周边环境复杂是该基坑的主要特点，因此，对已有构筑物、建筑物保护要求高。有很多建筑物距该工程很近，再加上上海地区地质情况较差，为软土地层，基坑开挖的过程中，周边土体会反应敏感，比较容易产生变形，周边建筑、道路及地下管线等的安全会受到影响。所以在进行基坑的围护设计时要充分考虑到这一点，对基坑开挖和地下结构施工期间引起的周边既有构筑物、建筑物、地下管线等的变形要进行分析、判断，合理确定基坑的围护方案，并配合施工阶段的监测和应急措施，确保基坑及周边环境的安全。
3.2.2工程地质和水文地质条件复杂。上海地质是软土地层，实施基坑工程时难度较大。而且该区域承压水头比较高，为地面以下4—10m，给基坑开挖带来极大的困难。基坑开挖的关键因素是基坑降水。
3.2.3基坑施工对前期工程保护的难度大。工程桩的施工在基坑开挖之前，基坑开挖期间工程桩可能会由于坑底隆起造成上浮，或因挖土产生磕碰而损伤，由此可知，后期基坑开挖对先期完成的工程桩的保护压力增大。
3.3基坑设计的原则与思路
3.3.1确保安全，注意效率。该工程位于上海市的闹市区，一旦发生意外，会造出极大地工程经济损失和不良的社会影响。设计与施工方案绝对要注重方案的可行性，并确保安全。
3.3.2永临结合，节约投资。支护体系构筑过程中充分考虑施工栈桥与支撑相结合，临时立柱桩与永久桩相结合。
3.3.3理论结合实践。在进行技术研究时，要充分的分析理论，找出合理的技术方案；在实施工程时，要与各方紧密配合，及时发现问题并修正。
3.3.4加强监测。安全施工的必要保障是实施监控，实施监控是信息化设计和施工的基础，因此，在施工过程中必须高度重视这一点，力争做到贯穿整个工程过程，确保工程质量。
4.基坑围护设计方案
4.1 围护结构
结合上海地区工程经验和一定的理论分析，该工程地下围护结构决定采用地下连续墙。基坑围护结构采用地下连续墙结构，墙的厚度1000 mm，墙长34.1 m，采用等级为C30防水混凝土。接头选用的是圆形锁口管。每幅墙间设置2根咬合旋喷桩，桩径700 mm，桩间距500mm，以加强墙幅间的止水效果。地下连续墙在施工过程中可承担基坑围护任务，在使用阶段与结构内衬墙共同承担土压力，同时与主体结构内衬墙组成复合墙。
4.2支撑系统
基坑内支撑体系采用的是4道钢筋混凝土平面桁架，其中标准段主桁架采用的是对撑体系，角部采用的是斜撑体系，并且对节点部位适当加强，首层支撑兼作施工栈桥(见图1)，支撑参数见表1。
4.3临时立柱
该基坑支撑系统临时立柱采用550×550型钢格构柱，并且用剪刀撑相连。格构柱插入下部钻孔灌注桩基础中，钻孔灌注桩直径为900 mm，桩的有效长度为32m。临时立柱布置的间距小于15m，考虑到节约工程造价，尽可能考虑结合工程桩分布情况来布置，永临结合，。
5.基坑围护计算分析
5.1荷載及组合
围护结构的荷载主要有以下几种：(1)结构自重。钢筋混凝土自重按25kN／m3计。(2) 地面超载，按20kN／m3计。(3) 水土侧压力，施工阶段按朗肯主动土压力进行计算，均为水土分算。(4)支撑结构还要考虑温度变化产生的附加应力。
5．2计算采用程序
围护结构计算时采用采用的是《理正深基坑支护结构设计软件F—SPW5.5》，其中立柱和内支撑体系采用Midas空间模型进行计算。
5．3 围护结构计算结果
(1)整体稳定性验算：整体稳定性安全系数Ks=2.592，满足安全要求。(2)抗倾覆稳定性验算：抗倾覆安全系数Ks=17.989≥1.200，满足规范要求。(3)抗隆起验算，即Prandtl(普朗德尔)公式中Ks≥1．1—1．2，计算的Ks=7.304≥1.1，满足规范要求；Terzaghi(太沙基)公式中Ks≥1.15—1.25，计算的Ks=8.785≥1.15，满足规范要求。(4)抗管涌验算：抗管涌稳定安全系数取1.5—2.0，计算的Ks=4．691≥2．00，满足规范要求。
5．4支撑主要计算结果
经计算，冠梁的最大弯矩是2425kN·M，腰梁最大弯矩为2560.9kN·M，立柱及各道鋼筋混凝土内支撑最大内力见表2、表3。
6.基坑开挖设计
面积大、深度深是整个基坑具有的特点。基坑方案实施的要统筹考虑并合理安排。以“先深后浅、先难后易，安全稳妥、便于衔接”为原则，合理制定出切实可行的施工顺序，是整个基坑工程中的关键环节，主要施工工序安排如下。(1)将场地平整至地面方案标高。(2)施作地下钻孔灌注桩(包括围护结构桩和工程桩)、连续墙、临时立柱、搅拌桩坑内土体加固等先期工程，布置降水井点，将地下水位降至开挖面以下0.5 m。(3)基坑开挖到第1道支撑下面时，开始架设第一道支撑，架设时要先在支撑对应的位置内预留出主体结构侧墙及边柱纵向钢筋。(4)继续向下开挖至第2道支撑下，架设第2道支撑。(5)依次向下开挖，直至开挖至第4道支撑下，架设第4道支撑。(6)基坑开挖至坑底设计标高，铺设素混凝土垫层。(7)铺设底板及侧墙防水层，施工底板及柱、侧墙至第4道支撑下，待底板混凝土达到设计强度后，拆除第4道支撑。(8)继续向上铺设侧墙防水层，并通过第3遭支撑内预留的墙、柱钢筋使侧墙及边柱与支撑相连，向上施工侧墙、结构柱及地下2层顶板和结构梁至第2道支撑下。(9)继续向上铺设侧墙防水层，并通过第3遭支撑内预留的墙、柱钢筋使侧墙及边柱与支撑相连，向上施工侧墙、结构柱及地下2层顶板和结构梁至第2道支撑下。(10)待地下2层顶板结构达到设计强度后，拆除第2道支撑，继续向上铺设侧墙防水层，通过第1道支撑内预留的墙、柱钢筋使侧墙及边柱与支撑相连，向上施工侧墙、结构柱及零层板和结构梁.(11)待零层板结构达到设计强度后，拆除第1、3道支撑，同时向上施作地上各层结构。(12)等到主体结构完成后，可停止降水，拆除井点并封堵底板井点孔口。
7.结语
软土复杂基坑应首先考虑地下连续墙围护体系和钢筋混凝土内的支撑方案，基坑支护方案的设计要与结合结构体系，做到永临结合，节约投资；与此同时，由于受到受施工场地影响，应该考虑将支撑体系兼作施工场地；设计基坑支撑体系时要同时考虑水土压力和施工荷载和支撑立柱沉降因素；应按等效刚度概念计混凝土支撑平面刚度，并以此为依据进行围护结构内力与位移计算。
参考文献
[1]龚晓南，高有潮. 深基坑工程设计施工手册[K]．北京：中国建筑工业出版社．1998．
[2]黄绍铭，高大钊，孙更生.软土地基与地下工程[M]北京：中国建筑工业出版社．2005．
[3]刘国彬，王卫东. 基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：基坑围护；地下水；连续墙；支撑；临时立柱
Abstract: in our country's urban construction land, space is nervous, because many buildings by the surrounding environment restriction, can only gradually developing to the underground. Therefore, strengthens to the underground pit supporting structure calculation, analysis are particularly important. This paper takes Shanghai a project of underground palisade structure as an example, this paper discusses the soft soil foundation case complex of foundation pit design.
Keywords: pit enclosure; Groundwater; Continuous wall; Support; Temporary pillar
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A文章编号：
1.工程概况
该工程位于上海铁路客车整备场内，东边是宝山路，北边是轨道交通三号线宝山路高架站，南边是铁路公安办公楼，场地内遍布着停车道，地下管线错综复杂。地上6层，面积为26538.70 m2，地下2层，面积为12162.87m2，总建筑面积38701.57m2。主体结构为框剪结构，基础形式为桩筏结构，主基坑深度16.1 m。
2.工程地质与水文地质
该工程地处上海市北部，地貌类型属沿海平原，地势平坦，勘察时所勘探的探孔的孔口标高是33.48～3.95 m。地下50.30m范围内的地基土属于第四纪上更新世Q3至全新世Q4沉积物，组成成分主要是饱和粉土、黏性土、和砂土，具有水平层理。根据土的结构成因和物理力学性指标进行综合分析知该土层可划分成8个主要层次——1、2、4、5、6、7、8层。其中，第2层可分为两个亚层(第2-1层、第2-2层)，第7层可分为两个亚层(第7-1层、第7-2层)。其中第6层为暗绿色黏性土层，地层分布较为稳定。拟建场地地下水主要有浅部土层的潜水和深部土层中的承压水。潜水由于有降水和地表径流的补给，随着季节、气候等因素的影响，埋深会发生变化。较为稳定的埋深为0.60—1.20 m。该工程第7土层处于上海市第一承压含水层，承压水的埋深大致在3—11 m，均比潜水水位低，而且变化具有一定的周期性。
3基坑围护方案设计
3.1 基坑概况
该工程基坑形状为刀把状，东西方向的宽度为75.5 m，南北方向的长度为84.4 m，地面的设计标高是3.7 m(吴淞高程)，坑底标高是-12.4 m，基坑深16.1 m。基坑南侧与轻轨宝山路站的距离是31．2 m，北侧距铁路公安局办公楼最近的地方大约是6．2 m。
3．2基坑难点与特点
3.2.1周边环境复杂是该基坑的主要特点，因此，对已有构筑物、建筑物保护要求高。有很多建筑物距该工程很近，再加上上海地区地质情况较差，为软土地层，基坑开挖的过程中，周边土体会反应敏感，比较容易产生变形，周边建筑、道路及地下管线等的安全会受到影响。所以在进行基坑的围护设计时要充分考虑到这一点，对基坑开挖和地下结构施工期间引起的周边既有构筑物、建筑物、地下管线等的变形要进行分析、判断，合理确定基坑的围护方案，并配合施工阶段的监测和应急措施，确保基坑及周边环境的安全。
3.2.2工程地质和水文地质条件复杂。上海地质是软土地层，实施基坑工程时难度较大。而且该区域承压水头比较高，为地面以下4—10m，给基坑开挖带来极大的困难。基坑开挖的关键因素是基坑降水。
3.2.3基坑施工对前期工程保护的难度大。工程桩的施工在基坑开挖之前，基坑开挖期间工程桩可能会由于坑底隆起造成上浮，或因挖土产生磕碰而损伤，由此可知，后期基坑开挖对先期完成的工程桩的保护压力增大。
3.3基坑设计的原则与思路
3.3.1确保安全，注意效率。该工程位于上海市的闹市区，一旦发生意外，会造出极大地工程经济损失和不良的社会影响。设计与施工方案绝对要注重方案的可行性，并确保安全。
3.3.2永临结合，节约投资。支护体系构筑过程中充分考虑施工栈桥与支撑相结合，临时立柱桩与永久桩相结合。
3.3.3理论结合实践。在进行技术研究时，要充分的分析理论，找出合理的技术方案；在实施工程时，要与各方紧密配合，及时发现问题并修正。
3.3.4加强监测。安全施工的必要保障是实施监控，实施监控是信息化设计和施工的基础，因此，在施工过程中必须高度重视这一点，力争做到贯穿整个工程过程，确保工程质量。
4.基坑围护设计方案
4.1 围护结构
结合上海地区工程经验和一定的理论分析，该工程地下围护结构决定采用地下连续墙。基坑围护结构采用地下连续墙结构，墙的厚度1000 mm，墙长34.1 m，采用等级为C30防水混凝土。接头选用的是圆形锁口管。每幅墙间设置2根咬合旋喷桩，桩径700 mm，桩间距500mm，以加强墙幅间的止水效果。地下连续墙在施工过程中可承担基坑围护任务，在使用阶段与结构内衬墙共同承担土压力，同时与主体结构内衬墙组成复合墙。
4.2支撑系统
基坑内支撑体系采用的是4道钢筋混凝土平面桁架，其中标准段主桁架采用的是对撑体系，角部采用的是斜撑体系，并且对节点部位适当加强，首层支撑兼作施工栈桥(见图1)，支撑参数见表1。
4.3临时立柱
该基坑支撑系统临时立柱采用550×550型钢格构柱，并且用剪刀撑相连。格构柱插入下部钻孔灌注桩基础中，钻孔灌注桩直径为900 mm，桩的有效长度为32m。临时立柱布置的间距小于15m，考虑到节约工程造价，尽可能考虑结合工程桩分布情况来布置，永临结合，。
5.基坑围护计算分析
5.1荷載及组合
围护结构的荷载主要有以下几种：(1)结构自重。钢筋混凝土自重按25kN／m3计。(2) 地面超载，按20kN／m3计。(3) 水土侧压力，施工阶段按朗肯主动土压力进行计算，均为水土分算。(4)支撑结构还要考虑温度变化产生的附加应力。
5．2计算采用程序
围护结构计算时采用采用的是《理正深基坑支护结构设计软件F—SPW5.5》，其中立柱和内支撑体系采用Midas空间模型进行计算。
5．3 围护结构计算结果
(1)整体稳定性验算：整体稳定性安全系数Ks=2.592，满足安全要求。(2)抗倾覆稳定性验算：抗倾覆安全系数Ks=17.989≥1.200，满足规范要求。(3)抗隆起验算，即Prandtl(普朗德尔)公式中Ks≥1．1—1．2，计算的Ks=7.304≥1.1，满足规范要求；Terzaghi(太沙基)公式中Ks≥1.15—1.25，计算的Ks=8.785≥1.15，满足规范要求。(4)抗管涌验算：抗管涌稳定安全系数取1.5—2.0，计算的Ks=4．691≥2．00，满足规范要求。
5．4支撑主要计算结果
经计算，冠梁的最大弯矩是2425kN·M，腰梁最大弯矩为2560.9kN·M，立柱及各道鋼筋混凝土内支撑最大内力见表2、表3。
6.基坑开挖设计
面积大、深度深是整个基坑具有的特点。基坑方案实施的要统筹考虑并合理安排。以“先深后浅、先难后易，安全稳妥、便于衔接”为原则，合理制定出切实可行的施工顺序，是整个基坑工程中的关键环节，主要施工工序安排如下。(1)将场地平整至地面方案标高。(2)施作地下钻孔灌注桩(包括围护结构桩和工程桩)、连续墙、临时立柱、搅拌桩坑内土体加固等先期工程，布置降水井点，将地下水位降至开挖面以下0.5 m。(3)基坑开挖到第1道支撑下面时，开始架设第一道支撑，架设时要先在支撑对应的位置内预留出主体结构侧墙及边柱纵向钢筋。(4)继续向下开挖至第2道支撑下，架设第2道支撑。(5)依次向下开挖，直至开挖至第4道支撑下，架设第4道支撑。(6)基坑开挖至坑底设计标高，铺设素混凝土垫层。(7)铺设底板及侧墙防水层，施工底板及柱、侧墙至第4道支撑下，待底板混凝土达到设计强度后，拆除第4道支撑。(8)继续向上铺设侧墙防水层，并通过第3遭支撑内预留的墙、柱钢筋使侧墙及边柱与支撑相连，向上施工侧墙、结构柱及地下2层顶板和结构梁至第2道支撑下。(9)继续向上铺设侧墙防水层，并通过第3遭支撑内预留的墙、柱钢筋使侧墙及边柱与支撑相连，向上施工侧墙、结构柱及地下2层顶板和结构梁至第2道支撑下。(10)待地下2层顶板结构达到设计强度后，拆除第2道支撑，继续向上铺设侧墙防水层，通过第1道支撑内预留的墙、柱钢筋使侧墙及边柱与支撑相连，向上施工侧墙、结构柱及零层板和结构梁.(11)待零层板结构达到设计强度后，拆除第1、3道支撑，同时向上施作地上各层结构。(12)等到主体结构完成后，可停止降水，拆除井点并封堵底板井点孔口。
7.结语
软土复杂基坑应首先考虑地下连续墙围护体系和钢筋混凝土内的支撑方案，基坑支护方案的设计要与结合结构体系，做到永临结合，节约投资；与此同时，由于受到受施工场地影响，应该考虑将支撑体系兼作施工场地；设计基坑支撑体系时要同时考虑水土压力和施工荷载和支撑立柱沉降因素；应按等效刚度概念计混凝土支撑平面刚度，并以此为依据进行围护结构内力与位移计算。
参考文献
[1]龚晓南，高有潮. 深基坑工程设计施工手册[K]．北京：中国建筑工业出版社．1998．
[2]黄绍铭，高大钊，孙更生.软土地基与地下工程[M]北京：中国建筑工业出版社．2005．
[3]刘国彬，王卫东. 基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。