老港区复杂地质深基坑工程设计实例分析

赵渊

老港区复杂地质深基坑工程设计实例分析

赵渊

（上海国际航运服务中心开发有限公司，上海200082）

以上海国际航运服务中心取排水口及慢渗滤水池深基坑工程为例，介绍了老港区复杂地质深基坑工程设计。首先结合场地地质条件等比选得出SMW工法桩方案，并采用弹性抗力有限元法进行复核。然后根据防渗等要求，提出基坑防水及施工方案，最后利用工程监测数据对支护效果进行了分析。结果表明，该支护方案技术可靠且合理，具有较好的经济效益及社会效益。

老港区；复杂地质；支护设计；SMW工法桩；监测

0 引言

老港区的改造有许多模式，但基本都是港口建（构）筑物的拆除重建等，例如原上海港运大厦加固改造为新航运交易所[1]。当前已有较多的老港区建筑物改造方面的研究[2]，但有关老港区深基坑开挖的研究还较少，而老港区临近水域，地质及周边条件都极为复杂，深基坑工程危险性极大。为此，本文以上海国际航运服务中心取排水口及慢渗滤水池深基坑支护工程为例，介绍了老港区复杂地质深基坑的支护设计方法，并结合工程监测结果，对其支护效果进行了分析。

1 项目简介

1.1 工程概况

上海国际航运服务中心位于公平路以东，东大名路、杨树浦路以南，秦皇岛路以西约100 m，黄浦江以北（原汇山港内）的区域[3]。由于建设江水冷却系统取排水口、慢渗滤水池项目，需要进行深基坑工程，详见图1。

该基坑长58.2 m，宽21.1 m，深度约9.4 m，基坑围护总面积约1 350 m2，根据有关规定，基坑开挖深度大于5 m属深基坑。由于基坑北侧为在建项目，西侧为上海国际航运服务中心办公区，东侧现为临时工房。南侧距离黄浦江仅7.5 m，场地周边条件极为复杂。

图1 总平面图Fig.1General plan

1.2 地质条件

项目场地下伏为典型第四纪冲积平原沉积物，具体土层分布见表1。

2 基坑支护设计

2.1 支护方案选择

结合场地情况及地质条件等，提出了可供比选的支护方案，如表2所示。

表2 深基坑围护结构方案比较Table 2Comparison of deep foundation pit support structure methods

表1 项目地层分布情况Table 1Distribution of soil layers

表1反映出，场地内分布了淤泥质黏土等软弱土层，进行深基坑工程危险性大。根据地质勘察资料，浅部土层还分布有潜水，潜水与黄浦江有一定的水力联系，深部还存在一定的承压含水层。同时项目地表还分布一定数量的抛石、断桩等，场地条件复杂，属典型的临江复杂地质深基坑工程[4]。

由表2可见，对于本项目，SMW工法桩同时具有技术可行与经济节约的特点，故采用φ850 @600SMW工法桩支护结构（插二跳一）。考虑到基坑开挖深度9.4 m，设置2道支撑增加开挖过程的稳定性，拟定支撑平面如图2所示。

图2 支撑平面布置图Fig.2Layout of bracing system

2.2 计算复核

根据选择最不利状态进行复核的原则，取基坑最大开挖深度9.4 m，桩长20.8 m，进行相应的复核计算，剖面见图3。

支护桩内力及位移的计算采用郎肯土压力理论，按照水土分算的方法进行相应计算。通过计算，得出最大挖深基坑剖面的位移、弯矩及剪力包络图如图4。

图3 基坑支护剖面图Fig.3Profile of foundation excavation bracing

图4 基坑最大挖深剖面计算结果Fig.4Calculation results of maximum dredging depth of foundation pit

同时采用考虑支护桩、支撑结构及空间整体协同作用的有限单元法，对该基坑典型剖面进行计算后，进行相应的最不利荷载组合，得到基坑支撑体系内力计算结果如表3。

表3 支撑体系内力计算结果Table 3Calculation results of internal force of bracing system

根据上述组合与计算，得出该断面围护最大侧移13.3 mm，地表最大沉降18 mm，两者均分别小于0.30%H、0.25%H（H为开挖深度）的要求，符合相关规范的要求[5]。

2.3 基坑防水

由于基坑紧邻黄浦江，水源补给充分，基坑防水是重中之重。本围护设计主要通过两方面达到止水目标：

1）将三轴水泥搅拌桩设计为标准连续方式，搭接形式为全断面套打，充分发挥SMW工法桩自身具有的防水帷幕效果。

2）采用真空射流泵的降水系统进行降水。上海地区的施工经验一般是单井有效降水面积为210 m2[6]，为确保效果，本项目取130 m2/口。

3 基坑施工

基坑开挖及施工顺序依次为：1）进行场区障碍物的清除和平整；2）基坑开挖前采用井点降水对基坑内土体进行分层预降水疏干，以加固坑内土体；3）施工围护桩，待三轴水泥搅拌桩强度达设计要求，开挖表层土至压顶混凝土底，浇筑压顶混凝土、混凝土围檩、架设钢支撑并施加预应力；4）混凝土强度达到设计强度的80%后，开挖至第二道支撑面；5）架设第二道围檩及支撑并施加预应力；6）分层分区向下开挖至坑底；浇筑基础底板及其传力带：7）待底板及混凝土传力带混凝土强度达到设计强度的80%后，拆除第二道钢管支撑；8）顺序施工地下室结构（保留第一道支撑，待地下室结构施工至±0.000后拆除）。

4 现场监测结果

4.1 监测方案

为确保安全，本项目制订了详细监测方案对支护桩位移、桩体侧斜、邻近码头位移、坑外地下水水位、支撑体系应力位移及挠度等进行监测。本文选取部分监测结果进行分析。

4.2 围护桩侧斜监测

根据监测数据，从基坑施工开始到回填完成，所有测点均未超过报警值，部分测点数据见图5。

图5 桩顶水平位移曲线图Fig.5Horizontal displacement curves of bracing pile head

由图5可以看出，WS5~WS10在11月27日左右出现了一个明显的往坑内位移的现象，究其原因是由于未能按照设计要求，对第一道支撑进行应力释放。正是现场监测到位，及时发现了存在的安全隐患并进行整改，保证了围护结构的稳定性。

4.3 支撑轴力监测

根据现场监测，得到支撑轴力随开挖时间的变化曲线，部分测点数据见图6。

图6 支撑轴力变化曲线Fig.6Changing curves of bracing axial force

图6显示，轴力随着坑内土方开挖的进行逐步增加，且下一道支撑开始工作会影响上一道支撑的受力，一般会有所减小。对应位置的土体向坑内位移，但是由于土体的非弹性滞后效应，与轴力的变化不同步。随着基坑开挖至坑底，各道支撑经过一段时间的调整，支撑与土体的耦合状态逐步显示一致性。各道支撑轴力值变化也趋于一致。挖至坑底标高后，基坑完全暴露时支撑轴力达最大值，之后保持稳定直至拆除。

4.4 坑外地下水位监测

监测结果显示，由于基坑东南西三侧地下水与黄浦江相通，该侧监测点的坑外水位与黄浦江水位基本一致，且随潮涨潮落变化。而北侧由于存在地下通道工程的围护，坑外水位观测点水位基本不变。通过技术研究与调整，改为在每个高潮位对坑外水位观测点与坑内降水井同时进行观测，最终得出坑内和黄浦江的水位差约为10 m，围护未见明显的渗水现象。

4.5 周边地表沉降监测

为确保安全，基坑周边布设了P1~P4共4个点监测周边地表沉降，具体结果见图7。

图7周边地表沉降曲线Fig.7Curves of surrounding surface subsidence

图7 反映出，从施工开始到结束，沉降量控制比较好，所有测点均远小于报警值。在基坑区域，地表无明显沉降现象，基坑开挖对周边地表影响较小，本支护设计取得了较好结果。

5 结语

1）本工程基坑开挖深度大，位于老港区复杂地质且紧邻黄浦江，对基坑的防水有较高要求，通过技术经济比选与分析，因地制宜采用SMW工法桩围护结构。

2）通过采用弹性抗力有限元计算，得出围护结构桩的内力与位移，计算结果较好地反映了工程实际，可为其他类似工程提供应用参考。

3）SMW工法桩能够有效地减少了围护墙体及土体深层位移，并能有效止水，经济合理，安全可靠，取得了较好的支护效果。

4）监测结果表明，基坑支护体系的变形与内力在可控范围，实现了对周边环境的有效保护，支护设计取得了较满意的结果。

[1]吴鹏程，李亚东，王学知.高层建筑结构改扩建及加固施工技术[J].施工技术，2012（9）：95-97. WU Peng-cheng,LI Ya-dong,WANG Xue-zhi.Construction technology of reconstruction and reinforcement for high-rise building structure[J].Construction Technology,2012(9):95-97.

[2]曹宇.基于可持续发展理念的老港口更新改造设计研究[D].厦门：厦门大学，2014. CAO Yu.Updating and reforming of old port based on the concept of sustainable development[D].Xiamen:Xiamen University,2014.

[3]吴鹏程，童志华.上海国际航运服务中心项目滨水景观系统工程研究设计综述[J].水运工程，2012（2）：85-89. WU Peng-cheng,TONG Zhi-hua.Design of onshore scenic system engineering of Shanghai international shipping service center[J]. Port&Waterway Engineering,2012(2):85-89.

[4]冯翠霞.临江复杂条件下超大深基坑围护设计关键技术[J].上海应用技术学院学报：自然科学版，2011（1）：77-85. FENG Cui-xia.Study of super-Large deep foundation pit support under complicated conditions along Huangpu River shoreline[J]. Journal of Shanghai Institute of Technology:Natural Science,2011 (1):77-85.

[5]DG/TJ 08-61—2010，基坑工程技术规范[S]. DG/TJ 08-61—2010,Technical code for excavation engineering [S].

[6]杨光云.临江复杂地质条件下的建筑深基坑降水施工技术[J].建筑施工，2014（7）：787-790. YANG Guang-yun.Dewatering construction technology for deep foundation pit under dewatering under complicated geological conditions adjacent to riverside[J].Building Construction,2014(7): 787-790.

Design example analysis of complex geological deep foundation pit engineering in old harbor zone

ZHAO Yuan
（Shanghai International Shipping Service Center Development Co.,Ltd.,Shanghai 200082,China）

Taking the deep foundation pit engineering project of the intake and slow infiltration tanks of Shanghai Shipping International Shipping Service Center as an example,we introduced the project design of complex geological deep foundation pit in old harbor zone.The Soil Mixing Wall(SMW)was first selected after the comparison based on the site geology,and the structure was validated by the elastic finite elements method.Then the dewatering method and construction sequence was advocated based on the waterproof requirements.And the effect of this design was checked by the site monitoring data in this project.The results show that the support scheme is reliable and reasonable,and has good economic and social benefits.

old harbor zone;complex geology;bracing design;SMW methods;monitoring

U655.543

A

2095-7874（2017）08-0028-05

10.7640/zggwjs201708007

2016-12-22

2017-05-01

住房城乡建设部2014科学技术项目计划（2014-S1A-003）

赵渊（1988—），男，浙江绍兴人，硕士，工程师，港航工程专业。E-mail：13764460007@126.com