第五章第四节　基坑围护

第四节基坑围护

20世纪80年代末，地下空房的开发利用和多层地下室、地下铁路、地下商业街等地下建筑的建设成为上海城市建设的新趋势之一。在建筑物密集的城市中心，深基坑开挖已成为岩土工程中的重要课题。基坑支护体系是一个土体和支护结构相互作用的有机体。由于周边建筑和地下管线的约束，对支护结构的安全性有更高的要求。既要保证基坑的稳定和坑内作业的安全方便，又要将坑底和坑外土体的位移控制在一定范围内，以保证相邻建筑物和市政设施的正常使用。

20世纪90年代初，由于设计和施工不当，发生了多起深基坑工程事故。仅1992年至1994年，就发生了30多起事故，造成了巨大的经济损失和不良后果。浦东良丰大厦搅拌桩坝圆弧整体滑移:齐鲁大厦搅拌桩大坝倾覆破坏:良友大厦因在供销大厦附近施工工程桩，导致其围护结构发生超大水平位移，导致工程桩大位移断裂；由于服装中心的支撑构造未能满足设计要求，导致支撑失稳，围护结构发生“踢脚”破坏。特别是位于广东路和福建路的昌都大厦，深基坑地下连续墙围护，开挖至地下室深度13米，在第三道支撑未能支撑时，突然坍塌在广东路一侧，将两根电力电缆、一根燃气管道和一辆重型车辆压入坑内。预计损失上亿元，造成上海建筑罕见事故。这些事故引起了上海市政府和工程界的重视。1993年，市建委批准上海市勘察设计协会岩土工程专业委员会负责编制上海市标准《基坑工程设计规范》，对基坑工程的设计和施工提出了更严格的要求。

一、重力搅拌桩挡土墙

深层搅拌法形成的水泥土桩挡墙可以充分利用水泥土的强度及其防渗性能，还可以作为防渗帷幕。因此，具有良好的经济效益和社会效益。土重力式挡土墙一般做成网格形式，按重力式挡土墙计算。广泛应用于深基坑围护结构、管沟围护结构、河道围护结构、地下人行道等。挖掘深度小于7m。

从20世纪80年代到90年代，水泥土搅拌桩支护结构得到了广泛应用和进一步发展，数百个工程采用了这一新技术。由于施工时无振动、无噪音、无污染，基坑开挖一般不需要井点降水，也不需要支撑和锚固，所以基坑干净干燥，有利于文明施工。基坑周边基础变形小，对周围环境影响小，受到广泛欢迎。

1981年，宝钢纬三路P-5污水处理站成为上海采用深层搅拌法作为围护结构的先行者。1983年，在市科委的支持下，上海民防研究所、同济大学地下工程系等单位提出了“水泥土搅拌桩侧支护应用技术研究”课题，并结合四平路地下车库深基坑开挖进行了试验研究。基坑实际开挖面积为86m× 49m，开挖深度为5.75m，局部深度为6.75m，根据水泥搅拌桩的物理力学特性，分析了影响水泥土抗压强度的各种因素(水泥配合比、水泥标号、龄期、养护条件等。)，对水泥土的无侧限抗压强度、抗剪强度和渗透系数进行了试验研究，获得了许多第一手数据。经过实际挖掘，研究任务圆满完成。结论如下:在场地允许的情况下，开挖深度小于7.0m的深基坑，在满足支护体和机械作业所需场地面积的条件下，不考虑土质条件，只要精心设计(包括支护结构设计和材料配合比设计)，严格施工，保证施工质量，采用水泥土搅拌桩进行边坡支护，是可以成功的。

1983年，上海人民防空研究所等单位对11个项目的统计表明，基坑围护技术的社会效益和经济效益十分明显。上海机电贸易大厦地下室基坑面积3440平方米，实际开挖深度7.0米。已经打了一排钢筋混凝土板桩，花了100多万。还需要支护、锚固和二次井点降水，施工作业难度大。南面的金山阁餐厅距离最近的基坑只有3米左右，必须严格控制边坡位移。经研究，采用水泥土搅拌桩加固边坡，取消了支撑、拔锚和井点降水。不仅边坡稳定可靠，确保了周边建筑物和重要地下管线的安全，而且工程造价节约30%以上，工期缩短1个多月。

上海保险公司综合楼双地下室基坑面积1500平方米，实际开挖深度7米。原计划采用钢板桩加井点降水方案。由于周围有五层砖混住宅楼和四层厂房，原方案难以实施。之后采用水泥土搅拌桩支护边坡，获得成功，节约成本30%左右，综合工期缩短2个月。

20世纪90年代以来，随着实际工程经验的积累，水泥土支护技术得到了迅速发展和完善。除了网格结构之外，还开发了其他形式或更经济的结构方案。1990年，拱形水泥土挡土结构首次应用于江苏路管道工程。本工程开挖深度9m，管沟宽度4.6m，总长120m。采用变截面水泥拱墙，拱脚设置两道支撑。拱形水泥土挡土结构的造价低于其他结构。以上海合流污水处理工程为例，开挖一条深6.5米、宽12米的拱形结构箱涵，造价仅为钢筋混凝土桩的一半。

上海新龙华站入口全长60米，开挖深度3.1 ~ 5.21米。水泥土搅拌桩用于支撑坑壁。由于土质较差，常用的水泥土搅拌桩支护难以满足要求，所以在槽底增设了钢筋搅拌桩。每隔3.75米设置一根垂直于挡土墙的加固桩。钢筋桩只喷到开挖深度，其两端与挡土墙相连，形成可以支撑两侧墙体的横撑。

水泥搅拌桩和钢板桩复合，水泥搅拌桩和钻孔桩复合，都是水泥搅拌桩挡水，钢板桩或钻孔桩挡土的结构。上海国际购物中心基坑支护是水泥搅拌桩和钢板桩的复合形式。水泥搅拌桩和钻孔灌注桩的组合形式是一种常用的支护结构，开挖深度小于10m的基坑十分常见。

二、地下连续墙

上海地下连续墙支护技术已广泛应用于民用建筑、工业厂房和市政工程，包括建筑物地下室、地下变电站、地下火车站、盾构工作井、顶管工作井、引水或排水隧道的防渗墙、地下停车场、地下商场、地下水库、大型污水泵站等。

地下连续墙的优点是对相邻建筑物和地下管线影响小，施工时无噪音和振动，是一种公害低的施工方法。

据1990年统计，上海应用墙式地下连续墙的工程有50多个，包括最深达31米的宝钢铁坑工程、直径64米的人民广场地下变电站、无支撑无锚固的双层地下墙皮尔金顿浮法玻璃厂熔窑、平面尺寸为人民广场地下停车场和地下商场、地下墙同时承受水平水土压力和上部结构竖向荷载的上海电信大楼和地铁新闸路。上海地铁1号线11个地下车站的外墙全部采用地下连续墙。上海新地铁站长202米，宽22.6米，基坑开挖深12.4米，地下墙深20.5米，厚65厘米。两个直径为580 mm的钢支撑分别安装在-3.60米和-9.10米处，水平间距为3米。基坑施工时，墙体辅以轻型井点降水。车站结构分为两层，上层为站厅，下层为站台，底板设有过滤层，减少底板的反作用力。在基坑施工过程中，进行了现场量测，包括地下墙侧压力、地下墙位移、地下墙内力、支撑轴力、基坑隆起、墙外层位移、孔隙水压力、底板反力、钢筋应力等。

延安东路隧道106号地下墙基坑工程，平面呈Y形，位于闹市区，距离基坑最近的建筑物只有6.4米。基坑跨度20m，开挖深度12m，地下墙深度20 ~ 22m，墙厚65cm。在基坑开挖过程中，使用了四个支撑，分别位于-1.0m、-3.5m、-6.0m和-8.5m。基坑开挖过程中，墙体位移、支撑轴力和地表沉降监测结果表明，第一道支撑轴力最小，第二道支撑轴力为640 kN，第三道和第四道支撑轴力为750 kN，墙体水平位移为5cm，约为开挖深度的0.5%，地表沉降为1 ~ 2cm，约为开挖深度的0.1 ~ 0.2%。

三。桩式挡土墙

钻孔灌注桩作为一种支挡结构，承受水土压力，是深基坑开挖中常用的支挡形式。根据不同的地质条件和开挖深度，可制成悬臂式挡土墙、单支撑挡土墙和多层支撑挡土墙。其排列形式有直线、间隔、交错、重叠或混合。常见的布置形式有直线型、间隔型，桩后采用水泥土搅拌桩、旋喷桩、树根桩止水。这种结构更经济，阻水效果更好。上海地区开挖深度约7 ~ 12m的深基坑，大多采用钻孔灌注桩挡土和水泥土搅拌桩挡水，一般都是成功的。

东海商业中心位于延安东路浙江路口。地下室基坑于1993年8月1日开挖，11月2日结束。本工程地下室基坑平面尺寸为50m× 43m，开挖深度为9.4m，围护结构采用钻孔灌注桩和排桩组成的墙体和内支撑挡土，止水帷幕由树根桩和密实灌浆组成。钻孔桩直径800mm，桩中心距900mm，桩长20.2m，支架为直径609mm× 9mm的钢管桩，支架间距6.6m..墙背采用直径300mm树根桩，桩长17m，三排密集灌浆，深度15m。防水窗帘状况良好。