0 引言

我国城市基础设施建设已经进入了全新的纵向立体化开发与利用阶段，对城市地下空间的开发利用已成为解决城市人口、资源、环境三大危机、实现城市可持续发展的一条重要途径。城市纵深的发展和地下空间的扩展带来了大量的深基坑工程，近年来，基坑规模越来越大、开挖深度越来越深、周边环境越来越复杂敏感，由基坑工程施工引起的环境保护问题日益突出，按变形控制替代传统按强度控制已经成为深基坑工程设计施工的主流观点。在我国经济发达、基础设施建设密集的沿海、沿江地区，其工程建设影响深度范围内普遍存在一定厚度的软土。软土具有含水量高、抗剪强度低、压缩性高、流变性能显著等特点，这给沿海、沿江地区城市建设提出了更高要求。因此，通过在理论和实践中对施工工艺和支护技术的深入研究，实现在软土地基城市中安全、稳定、高效地进行深基坑开挖施工，同时尽可能将基坑卸荷引起的沉降、位移等变形影响控制在允许的范围内，已成为当前一个非常迫切而重要的课题。

上海市闵行区某大型服装服饰生产基地占地约4.5万m²，东临莲花南路，西侧为淡水河，北面毗邻南潮浜河道。主体工程包括5栋多、高层产业楼，并在地下设置了整体2层地下车库。基坑平面尺寸约90m×440m，呈长矩形，总面积约3.9万m²，周长1 050m，普遍开挖深度10.30m。

场地地基土属第四纪晚更新世至全新世沉积土，主要由饱和黏性土、粉性土和砂土组成，呈水平层理分布，为上海地区典型的滨海平原软土地层。根据土的成因、结构及物理力学性质差异可划分为7个主要层次，基坑开挖范围内土层主要包括 (1) ₁填土、 (2) 粉质黏土、 (3) 淤泥质粉质黏土及 (4) 淤泥质黏土。各土层主要物理力学指标如表1所示。

场地地下水包括潜水和承压水。浅部潜水主要受大气降水及地表水补给，稳定水位为0.800～1.500m。场地深部约30m以下的第 (7) 层为承压含水层，水头埋深为3～12m，工程建设时需采取相关预防措施。

支护设计方案要根据实际情况，通过对基坑特点的分析，采用适宜的设计方法解决基坑支护体系受力问题，通过可靠的工程措施使基坑开挖对周边环境的影响最小化，同时尽可能地缩短工期、降低施工造价。

本工程工期紧迫，要求在半年内地下结构出±0.000m，但基坑工程体量大，基底及以下位于大厚度淤泥质土层中。因此，从经济、安全角度出发，综合各方面要素，最终选用SMW工法桩作为基坑围护结构，刚度和止水性能均较好，且养护时间短、能有效缩短工期;内部竖向设置2道钢筋混凝土水平支撑体系，平面布置结合基坑形状特点采用短边方向的对撑为主结合端部角撑的形式，并在周边设置1圈封闭桁架提高支撑体系的整体性。典型基坑围护结构剖面如图1所示。

考虑到饱和软土在卸荷过程中变形发展的流变特性，本工程基坑开挖及支护遵循时空效应原理，按照“分区、分块、对称、平衡、限时”的原则进行指导。基坑面积近4万m²，平面呈长矩形，结合支撑布置总体可划分为8个分块，先后跳仓流水搭接施工。拟采用盆式土方开挖方法，分层、分块、留土护坡，限时开挖并施工支撑或浇筑垫层，快速施工底板结构，减小基坑的无支撑暴露时间，以利于变形控制和进度推进。具体如下: (1) 第1皮土由东、西两端向基坑中部快速退挖，浇筑施工第1道水平支撑; (2) 第2皮土结合第2道水平支撑的形成分块开挖，对撑桁架区域先依次形成，最后开挖端部角撑区域，以控制短边变形; (3) 第3皮土根据底板后浇带的布置跳仓间隔开挖，并配合主体工期要求先开挖施工东、西两侧然后开挖中部。土方分块及开挖工序如图2所示。

在钢筋混凝土支撑体系中，腰梁一般通过吊筋悬挂于围护结构内侧，按纯弯构件分析受力，不考虑抵抗水平方向的剪切推力。但在角撑区域，由于腰梁与角撑为斜交连接，在水平压力作用下，腰梁将呈现偏压状态，并在与围护结构的接触面间产生剪切推力。在规模不大的基坑工程中，角撑与刚性支点距离较近，推力得以迅速传递平衡。然而，本工程基坑在4个角部都设置了3～5道大型角撑，多道内力叠加形成了较大的水平推力;同时，基坑长边很长 (超过400m) ，角撑沿长边方向的推力无法得到有效疏导，致使基坑短边向坑内位移增大，如不采取措施甚至可能引起支护体系失稳。

为确保施工过程中外侧的水土压力能通过支撑杆件有效传递并相互平衡，本基坑在受力较大的第2道支撑体系中角撑区域的腰梁与围护结构间设置了型钢抗剪键 (见图3) ，以控制支撑角部变形，确保基坑整体稳定。

SMW工法桩是在搅拌桩内插入抗弯刚度较大的型钢形成的复合围护结构，开挖过程中主要由内插型钢承担坑外水土侧压力，作为水平受弯构件发挥作用，不考虑承受竖向荷载。

根据挖土流向及机械运转需要，本基坑第1道支撑的6榀对撑桁架均设有施工栈桥。为支撑大量的挖运车重与临时堆载，栈桥区域的支撑、立柱等受力构件必须进行加强。其中，在栈桥出入口边跨部位，由于SMW工法桩围护无法承受竖向荷载，该跨分配的栈桥荷载必须采取有效措施进行托换转移，避免围护桩受压屈曲，甚至开裂渗漏。

如图4所示，本基坑在栈桥边跨部位采取了两种托换措施: (1) 将栈桥梁下的边跨钢立柱及立柱桩贴边设置; (2) 在SMW围护桩外侧加打立柱桩，顶部锚入栈桥梁内形成整体。以达到将栈桥荷载托换转移至竖向支承桩柱构件上，并向下传递入地基中，达到保证围护结构桩身安全的目的。

本工程基坑工期要求紧迫，常规的钢筋混凝土栈桥需要占用一定的浇捣养护时间，且无法回收、拆除工序繁琐。为达到快速、安全、经济的目的，本基坑采用了组合式钢栈桥体系。

组合式钢栈桥由标准钢盖板构件和钢筋混凝土支撑系统组成，钢盖板在工厂制作成型运到现场，下置橡胶垫片直接搁置在已浇筑成形的支撑杆件上方，通过预埋件与支撑体系连成整体，并设置限位型钢保证盖板路面的平整度，在使用完成后割开与预埋件间的连接焊点即可拆除 (见图5) 。

本工程基坑从2016年9月开始施工，至2017年4月完成地下室结构，支护效果良好。

实际施工中，总包根据设计要求采用了分块跳仓的开挖方式，如前所述，但挖土顺序调整为从东、西两端开始向中部依次对称开挖，主要施工工况及历时安排如表2所示。

平面分块施工工序依次为1→2→3→4→5→6→7→8 (见图6) 。

在基坑工程施工过程中采用信息化监测和动态控制，通过实时监测与数据分析随时掌握工程施工对基坑支护结构及邻近保护对象的影响，及时调整优化设计及施工措施，做到提前预警、过程控制，方能确保基坑的安全施工。

本工程基坑在开挖施工期间进行了严密的布点监测。监测内容如表3所示。

选取基坑南侧围护结构顶部位移代表性测点在开挖阶段的监测数据绘制变形曲线如图7所示。可以看到，各测点的位移历时曲线形态基本相似，在基坑开挖初期增长缓慢，随后变形明显加快并逐渐达到稳定状态，在底板浇捣后趋于收敛，反映了软土地层受到开挖扰动表现出的高敏感性，符合土体孔隙水压消散过程。将各区域位移变化曲线相比，西侧短边的围护结构变形明显大于其他区域，这与该区域采用5道角撑作为内部传力体系有很大关系。5道角撑的受力范围近50m，但长矩形基坑的平面空间特性使得角撑体系沿长边方向的水平推力难以消散，导致了端部位移的不断增大;此外，施工单位未按拟定工序，先期开挖该分区使得暴露时间较长，且在坑边设置了取土平台有车辆频繁碾压，以上因素都加剧了围护变形的发展。然而，所有测点位移均未超过报警值，表明基坑处于安全状态。

基坑四边中部测斜点在不同施工工况下的深层水平位移曲线如图8所示。随着开挖的加深，各个测点的侧向位移逐步增大，主要变形发生在开挖阶段 (工况2, 3) ，拆撑阶段 (工况5) 仅有少量增加。工况2时，围护桩身变形曲线呈两头小中间大的形态，表明第1道支撑已经发挥作用，最大侧向变形出现在开挖面附近，与板撑支护结构的理论变形规律相符。工况3时，基坑开挖至坑底，此时开挖面已经进入最为软弱的第 (4) 淤泥质土层中，围护结构侧向位移迅速增长，最大侧移均达到60mm，超过控制报警值，最大变形位于长边中部 (CX13, CX4) ，达65mm。启动预警后，现场加快了垫层的浇捣，同时加密监测频率为半天1次，配合坑外降水、卸载等措施，之后变形逐渐稳定。工况4时，基坑进入底板浇筑阶段，虽然基坑挖深没有增加，但是底板浇筑完成后，围护结构侧向位移仍有一定增长，说明软土地层的流变特性对基坑变形的影响不容忽视。

支撑轴力监测选取了具有代表性的4个支撑截面，得到轴力随时间的关系曲线如图9所示。2道支撑轴力都随基坑开挖深度的增加而快速增大，第1道支撑在第2道支撑形成后内力增加速率减缓，直至第2道支撑拆除后又有所增长，此后趋于收敛;第2道支撑内力一直在快速增加，直至底板浇筑后明显稳定下来。因此，尽量缩短支撑及底板的形成时间对控制支撑体系内力有显著意义。此外，将不同部位的支撑内力相比较，对撑区域的支撑内力普遍大于角撑区域，表明对撑桁架的受力性能要优于角撑。

6榀对撑桁架区域的立柱竖向位移随时间的变化曲线如图10所示。实测曲线在初期预降水期间略有下降，进入两个开挖阶段后由于基坑开挖卸荷的作用，迅速递增上升至峰值，并于底板浇筑和结构施工过程中回落并逐渐趋于稳定，最终累计变化为上抬约4mm。可见，在基坑开挖至坑底后，应尽早完成垫层和底板的浇筑施工，以减少坑底回弹量，控制坑周地表沉降，保护环境。

本文通过上海软土地区某深大基坑工程全范围同期开挖施工的设计和施工实践，结合现场监测数据分析，对基坑的变形特性、影响因素及控制措施进行了研究和归纳，主要结论如下。

1) 在深厚软土地层中开挖深度10m左右的基坑，当周边环境条件较为宽松时，采用SMW工法结合2内支撑的方案有较好的经济性和安全性。

2) 基坑变形不仅仅取决于土体性质和围护结构本身，在很大程度上受土方开挖速率和开挖方式的影响;因此，在软土地区开挖基坑时，贯彻分层、分段、分块、限时开挖的原则，加强对土方超挖、围护体无支撑暴露时间和空间的控制，能有效减少围护结构侧向变形，保证基坑安全。

3) 对采用超过3道以上角撑体系的深基坑，安排角撑区域相对后挖，在腰梁与围护结构之间设置相关抗剪措施，对控制基坑整体变形有积极意义。

4) 在深基坑工程实践中应建立完整的施工监测系统，对支护结构本身的变形、邻近保护对象进行监测，尤其当基坑开挖至坑底时需适当加密监测频率，结合动态监测及时采取措施、预防险情，并制定针对性应急预案，在监测值超出预警值后，迅速采取措施确保基坑与周边环境的安全。