1 工程概况

　　中铁上海工程局集团改扩建工业研发用房项目位于上海市宝山区，由6栋工业研发楼及辅助用房组成，项目地下2层，地上9～11层，占地面积2.99万m²，总建筑面积10.5万m²。其中地下建筑面积4.9万m²，深基坑东西宽152.3m，南北长169m，开挖深度11.00m，局部挖深12.5m。基坑北侧紧邻既有排架结构工业厂房，西侧邻供水管、燃气管、电力通信管线等，基坑安全等级界定为二级，如图1,2所示。

　　图1 基坑环境平面 

　　2 工程与水文地质条件

　　2.1 工程地质条件

　　基坑支护深度影响范围土层分布及性质描述如下:(1)素填土主要成份为黏性土，含少量碎石砖块，层厚1.40～2.40m;(2)粉质黏土可塑，中压缩性，在上海地区俗称“硬壳层”，层厚0.50～2.10m;(3)灰色淤泥质粉质黏土流塑状，层厚2.50～4.30m;(4)层灰色淤泥质黏土流塑状，层厚7.40～9.50m;(5)灰色黏质黏土软塑状，该层层厚4～13.30m;(6)层暗绿色粉质黏土可塑状，中压缩性，层厚1.30～5.80m;(7)层灰色黏质粉土稍密状，中压缩性，层厚1.30～7.00m;(8)灰色粉质黏土

　　图2 基坑西侧管线立面 

　　可塑状，干强度中等，工程力学性质较好，埋藏较深。

　　2.2 水文地质条件

　　本场地地下水主要是浅部潜水和第(7)层土体中的承压水。补给来源主要为大气降水，稳定水位埋深为0.700～1.100m。

　　3 基坑支护方案比选

　　本工程深基坑开挖深度为11.00m，局部落深12.5m，方案设计阶段经多次比选论证。

　　1)方案1采用传统的双层钢筋混凝土内支撑(井字形对撑)方案(见图3)，设钢筋混凝土栈桥用于车辆站位。该方案优点在于设计较成熟，支撑传力明确。缺点是内支撑对施工组织造成较大干扰，尤其是支撑下部出土非常困难，需小型挖掘机与长臂挖机接力挖运至地面;地下室结构施工均受内支撑干扰，工期延长。另外，本项目基坑平面形状近正方形且尺度大，而传统对撑方案更适合于狭长形基坑。

　　图3 井字形对撑方案 

　　2)方案2参考上海中心等项目深基坑支护方案，结合本项目基坑平面近正方形的特点，利用圆环结构“拱”效应，设计圆环桁架钢筋混凝土内支撑(见图4)。该方案优点是基坑圆环内径127m，该范围没有支撑干扰，出土及结构施工大大简化;设计钢筋混凝土栈桥至坑内，汽车及挖掘机开行至基坑挖运土方，效率提高;减少支撑数量，节约成本且减少拆撑产生的建筑垃圾。施工控制难点:需保证圆环的圆度和上下2层圆环同心度，确保拱效应形成;要保证圆环的平面度，防止平面外失稳;土方开挖应严格分层对称，防止圆环整体位移。综上，本项目采用方案2。

　　图4 圆环桁架内支撑方案 

　　4 基坑支护设计及工况划分

　　止水帷幕采用850三轴搅拌桩，桩长19m;支护桩采用900@1 100钻孔灌注桩，桩长24～26.5m;设双轴搅拌桩进行暗墩式坑内土加固;基坑中设2道钢筋混凝土圆环形桁架内支撑，平面呈同心圆布置，内圆直径127m，外圆直径147m;内支撑沿竖向设2层，间距5m。

　　图5 基坑围护剖面  

　　1)工况1施工钢筋混凝土灌注桩，三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，水泥土坑内加固(暗墩)、压密注浆及坑内格构柱桩，同时进行降水井施工，施工局部钢筋混凝土栈桥。

　　2)工况2将基坑平面按象限划分为A,B,C,D 4个区，开挖A区至第1层环撑垫层底标高-3.000m，施工A区第1层圆环桁架钢筋混凝土支撑，中心岛土方不开挖(岛面标高-0.300m)，按1∶2放坡。

　　3)工况3～4同时开挖B,C区至第1层环撑垫层底标高-3.000m，施工相应区域第1层圆环桁架钢筋混凝土支撑。工况1～6如图6所示。

　　图6 工况1～6平面  

　　4)工况7施工剩余栈桥结构，栈桥面标高自-0.300～-6.500m，用于车辆出土运输。

　　5)工况8～11将第2层圆环桁架及土方开挖平面划分为8个象限，象限角为45°，每个对顶角对应的2个象限命名为1个区，8个象限分别命名为E,F,G,H 4个区。按顺时针方向依次开挖E,F,G,H土方至第2层环撑垫层底标高-8.000m，并施工相应区域第2层圆环桁架钢筋混凝土支撑，中心岛土方不开挖，岛面标高仍保留在-3.000m，中心岛平面呈八边形，高差按1∶2放坡。

　　6)工况12将中心岛土方自-3.000m标高开挖至-8.000m标高。工况7～12如图7所示。

　　7)后续工况参照工况8～11，将-8.000m至-11.300m标高土方开挖平面及地下室筏板分成8个象限(4个区)，留中心岛。顺时针方向对称开挖各区土方并浇筑相关区域筏板，最后开挖中心岛土方并以最快速度浇筑中心岛筏板，直至地下室筏板封闭。

　　5 施工控制要点

　　1)圆环支撑梁直径大，需确保圆环的圆心位置以及圆环线型准确，确保圆环“拱”效应的可靠。利用设在圆心的全站仪每隔2°测设1点进行放样(即将整个圆180等分)。每个环梁与连系梁的交点，根据支撑设计图计算出方位角，直接用全站仪投点测设。

　　图7 工况7～12平面 

　　2)圆环桁架支撑体系平面外刚度较弱，需要保证其在同一水平面上，严格控制圆环桁架平整度，防止平面外失稳，采用水准仪严格控制桁架结构底面及顶面标高，如图8所示。

　　图8 环梁施工 

　　3)土方开挖需严格按设计工况分层、对称，确保环梁支撑受力均匀对称，否则可能因“偏压”导致支撑体系整体位移。

　　4)中心岛土方留待后续开挖，防止坑底隆起，土方开挖竖向分层。

　　6 监控量测

　　6.1 监测项目

　　监测项目包括:围护桩顶水平、垂直位移，围护桩侧向变形(测斜)，地下水位，支撑内力，地下管线位移，格构立柱隆沉，坑外地表沉降，建筑物沉降，坑底隆沉等监测。

　　6.2 监测结果及分析

　　1)监测数据基本符合设计预期，煤气管线最大位移仅4mm，均处于合理范围。

　　2)支撑轴力实测值为设计值的50%～80%，且随开挖工况变化，支护结构体系安全可靠。

　　3)需引起重视的是，基坑中部格构立柱发生隆起，且越靠近基坑中心隆起量越大，最大隆起量差达40mm。筏板封闭后的隆起量较小，累计最大仅8mm，且快速收敛。

　　监测结果如图9所示。

　　图9 监测结果  

　　7 结语

　　1)圆环桁架深基坑支护体系方便施工、缩短工期、节约成本。车辆通过栈桥开行至基坑取土高峰期每天可出土1.2万m³，而传统井字对撑方案每天仅能出土1 000～2 000 m³。另外，中心圆环范围内没有支撑干扰，该范围地下室结构可先行施工，大大缩短工期。

　　2)圆环桁架结构需严格控制圆环线型和多层圆环的同心度，确保拱效应的可靠。

　　3)圆环桁架结构平面外刚度较弱，需严格控制其施工过程的平面精度。

　　4)圆环桁架结构支护体系需严格对称、分层取土，细化工况设计并严格执行，确保基坑土体侧压力均匀对称传递给圆环，防止圆环的变形或整体偏移。

　　5)软弱地质条件下深基坑开挖，因应力释放坑底隆起不可忽视。且越靠近基坑中心隆起量越大，从而导致圆环桁架结构平面度不足，有平面外失稳的趋势。为此，开挖过程中采用中心岛留土反压的措施是必要的。建议设计阶采取“反拱”措施，即:将靠近基坑中心的环梁结构标高预先降低一定数值，待其隆起后，与基坑边支撑结构平齐，从而确保桁架结构平面度。

　　6)软土地质深基坑施工要缩短土体暴露时间，加快施工进度，尽快封闭筏板，可有效减少基坑变形。