第四節(jié) 基坑圍護
80年代末，開發(fā)利用地下空間，建設(shè)多層地下室、地下鐵道、地下商業(yè)街等各種地下建筑，成為上海城市建設(shè)的新趨勢之一。在建筑物稠密的城市中心，深基坑的開挖成為巖土工程的一個重要課題?；訃o體系，是一個土體、支護結(jié)構(gòu)相互共同作用的有機體，由于周圍建筑物及地下管道等因素的制約，對支護結(jié)構(gòu)的安全性有了更高的要求。不僅要能保證基坑的穩(wěn)定性及坑內(nèi)作業(yè)的安全、方便，而且要使坑底和坑外的土體位移控制在一定范圍內(nèi)，確保鄰近建筑物及市政設(shè)施正常使用。
90年代初，由于設(shè)計、施工不當(dāng)，發(fā)生了多起深基坑工程事故。僅1992～1994年，就發(fā)生了30余項，造成巨大的經(jīng)濟損失和不良后果。浦東地區(qū)良豐大廈攪拌樁壩體的圓弧式整體滑動；齊魯大廈攪拌樁壩體的傾覆破壞；良友大廈由于鄰近供銷大廈打工程樁使圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超大水平位移，導(dǎo)致工程樁的大位移及斷裂；服飾中心由于支撐施工未按設(shè)計要求，導(dǎo)致支撐失穩(wěn)，圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生“踢腳”破壞等。特別嚴(yán)重的是廣東路、福建路處的昌都大廈，深基坑地下連續(xù)墻圍護，在開挖到基底深度13米，第三道支撐未及支護時，突然在廣東路一側(cè)發(fā)生坍落，折斷了2條電力電纜，1條煤氣管，1輛重車跌落坑內(nèi)，估計造成的損失達上億元，形成上海建筑少見的大事故。這些事故引起了上海市政府和工程界的高度重視。1993年，市建委批準(zhǔn)上海市勘察設(shè)計協(xié)會巖土工程委員會負責(zé)編寫上海市標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程設(shè)計規(guī)程》，對基坑工程的設(shè)計和施工，提出了更嚴(yán)格的要求。
一、重力式攪拌樁擋墻
在軟粘土地基中開挖深度為5～7米左右的基坑，應(yīng)用深層攪拌法形成的水泥土樁擋墻，可以較充分利用水泥土的強度，并可利用水泥土防滲性能，同時作為防滲帷幕。因此，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。水泥土重力式擋墻一般做成格柵形式，按重力式擋墻計算。廣泛用于開挖深度7米以內(nèi)的深基坑圍護結(jié)構(gòu)、管道溝支護結(jié)構(gòu)、河道支護結(jié)構(gòu)、地下人行道等。
80～90年代，水泥土攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用和進一步發(fā)展，已有數(shù)百項工程采用這一新技術(shù)。由于施工時無振動、無噪音、無污染、開挖基坑一般不需要井點降水，也不需要支撐和拉錨，基坑內(nèi)整潔干燥，有利文明施工?；又車鼗冃涡。瑢χ車h(huán)境影響小，因此受到普遍歡迎。
1981年，寶鋼緯三路P-5污水處理站是上海地區(qū)利用深層攪拌法作為擋土結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)。1983年，上海市人防科研所、同濟大學(xué)地下工程系等單位在市科委的支持下，提出了“水泥土攪拌樁側(cè)向支護應(yīng)用技術(shù)研究”的課題，結(jié)合四平路地下車庫深基坑開挖進行試驗研究。該基坑的實際開挖面積為86米×49米，開挖深度5.75米，局部深度6.75米。經(jīng)過對水泥攪拌樁的物理力學(xué)特性、影響水泥土抗壓強度的各種因素（水泥摻入比、水泥標(biāo)號、齡期及養(yǎng)護條件等），對水泥土的無側(cè)限抗壓強度、抗剪強度、滲透系數(shù)等進行了試驗研究，獲得了許多第一手資料，經(jīng)過實際開挖，順利完成了研究任務(wù)。得出結(jié)論為：在場地容許下，開挖深度不大于7.0米的深基坑，在滿足支護體和機械操作所需要的場地面積條件下，不論何種土質(zhì)條件，只要精心設(shè)計（包括支護結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料配合比設(shè)計），嚴(yán)格施工，確保施工質(zhì)量，采用水泥土攪拌樁進行邊坡支護都是可以取得成功的。
1983年，上海人防科研所等單位對11個工程進行統(tǒng)計表明，基坑圍護技術(shù)的社會經(jīng)濟效益十分明顯。上海市機電貿(mào)易大廈地下室基坑面積為3440平方米，實際開挖深度為7.0米，原已打了一排鋼筋混凝土板樁，化了100多萬元，尚需支撐、拉錨、二級井點降水，施工作業(yè)有困難。其南邊的金山閣酒家距基坑近處只有3米左右，邊坡位移必須嚴(yán)格控制，后經(jīng)研究，改用水泥土攪拌樁加固邊坡，取消支撐、拉錨和井點降水，不僅邊坡穩(wěn)定可靠，確保了周圍建筑物和地下重要管線的安全，而且節(jié)約工程費用30%以上，縮短工期1個多月。
上海市保險公司綜合樓雙層地下室基坑，面積1500平方米，實際開挖深度7米。原計劃采用鋼板樁加井點降水方案，因其周圍有5層磚混結(jié)構(gòu)居民住宅和4層廠房建筑物，實施原方案有困難。后改用水泥土攪拌樁邊坡支護，取得成功，節(jié)約成本30%左右，縮短綜合工期2個月。
90年代以來，隨著工程實踐經(jīng)驗的積累，水泥土擋土技術(shù)的發(fā)展和提高很快。除格柵狀結(jié)構(gòu)外，又發(fā)展了其他形式或更為節(jié)約的結(jié)構(gòu)方案。1990年，在江蘇路排管工程中，第應(yīng)用拱形水泥土支護結(jié)構(gòu)，該工程開挖深度9米，槽寬4.6米，總長度120米，采用變斷面水泥拱壁，并在拱腳處設(shè)置兩道支撐。拱形水泥土支護結(jié)構(gòu)的造價，低于其他結(jié)構(gòu)形式。以上海合流污水治理工程為例，開挖6.5米深、寬12米的箱涵槽，采用拱形結(jié)構(gòu)的造價，僅為鋼筋混凝土排樁的一半。
上海地鐵新龍華站整個洞口引道長60米、開挖深度3.1～5.21米的槽段，設(shè)計用水泥土攪拌樁支護坑壁。由于土質(zhì)很差，常用的水泥土攪拌樁支護難以滿足要求，為此在槽底增設(shè)加固攪拌樁。每隔3.75米打設(shè)1條與擋墻垂直的加固樁，加固樁僅在開挖深度下噴漿，兩端與擋墻相接，形成能支撐兩側(cè)墻體的橫撐。
水泥攪拌樁和鋼板樁復(fù)合，水泥攪拌樁與鉆孔灌注樁復(fù)合，都是以水泥攪拌樁阻水，鋼板樁或鉆孔灌注樁擋土的結(jié)構(gòu)。上海國際購物中心的基坑支護，就是采用水泥攪拌樁和鋼板樁復(fù)合形式。水泥攪拌樁和鉆孔灌注樁的復(fù)合形式，則是一種常用的支護結(jié)構(gòu)，開挖深度10米以內(nèi)的基坑，使用十分普遍。
二、地下連續(xù)墻
上海地下連續(xù)墻支護技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于民用建筑、工業(yè)廠房和市政工程，包括建筑物的地下室、地下變電站、地下鐵道車站、盾構(gòu)工作井、頂管工作井、引水或排水隧道防滲墻、地下停車場、地下商場、地下水庫、大型污水泵站等。
地下連續(xù)墻的優(yōu)點是對鄰近建筑物和地下管線的影響較小，施工時無噪音、無振動，屬低公害的施工方法。
據(jù)1990年統(tǒng)計，上海應(yīng)用壁式地下連續(xù)墻的工程，已有50余個，其中有開挖深達31米的寶鋼鐵皮坑工程，直徑大達64米的人民廣場地下變電站，不用支撐和拉錨采用雙層地下墻的皮爾金頓浮法玻璃廠熔窯坑，平面尺寸大的人民廣場地下停車場和地下商城，還有地下墻既承受水平方向水、土壓力，又承受上部建筑物垂直荷重的上海電信大樓和地鐵新閘路站等。上海地鐵一號線11個地下車站的外墻結(jié)構(gòu)，均采用地下連續(xù)墻。上海地鐵新客站車站的長度為202米，凈寬22.6米，基坑開挖深度12.4米，地下墻深為20.5米，壁厚65厘米，支撐采用直徑580毫米鋼支撐兩道，分別設(shè)在-3.60米和-9.10米處，支撐水平間距3米?；邮┕r在墻外輔以輕型井點降水，車站結(jié)構(gòu)分兩層，上層為站廳，下層為站臺，底板下設(shè)倒濾層，以減少底板反力。在基坑施工過程中，進行了原位量測，量測的內(nèi)容有地下墻的側(cè)壓力、地下墻的變位、地下墻的內(nèi)力、支撐軸力、基坑隆起、墻外地層變位及孔隙水壓、底板反力及鋼筋應(yīng)力等。
延安東路隧道暗埋段106號地下墻基坑工程，平面呈Y型，地處鬧市區(qū)，鄰近建筑物離基坑近的僅6.4米?；涌缍?0米，基坑開挖深度深12米，地下墻深度20～22米，墻厚65厘米?；娱_挖時，采用4道支撐，分別設(shè)在-1.0米、-3.5米、-6.0米、-8.5米處。基坑開挖中，對墻體位移、支撐軸力和地表沉降監(jiān)測，結(jié)果表明，第一道支撐軸力小，第二道支撐軸力為640千牛，第三、四道支撐軸力為750千牛，墻體水平變位大值為5厘米，約為開挖深度的0.5%，地表沉降大值為1～2厘米，約為開挖深度的0.1～0.2%左右，安全系數(shù)高。
三、樁列式擋墻
鉆孔灌注樁作為圍護結(jié)構(gòu)承受水土壓力，是深基坑開挖常用的一種圍護形式，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和開挖深度可做成懸臂式擋墻、單撐式擋墻、多層支撐式擋墻等。它的排列形式有一字形相接排列、間隔排列、交錯相接排列、搭接排列、或是混合排列，常見的排列方式是一字板間隔排列，并在樁后采用水泥土攪拌樁、旋噴樁、樹根樁等阻水。這樣的結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)濟，阻水效果較好。上海地區(qū)大部分開挖深度在7～12米左右的深基坑，采用鉆孔灌注樁擋土，水泥土攪拌樁阻水，普遍獲得成功。
東海商業(yè)中心位于延安東路浙江路口，地下室基坑于1993年8月1日開挖，至11月2日結(jié)束。該工程地下室基坑平面尺寸為50米×43米，大開挖深度為9.4米，圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁排樁組成的墻體及內(nèi)支撐擋土，用樹根樁及壓密注漿組成隔水帷幕。鉆孔灌注樁的樁徑為直徑800毫米，樁中心距900毫米，樁長20.2米，支撐采用一道鋼支撐，均為直徑609毫米×9毫米鋼管樁，支撐間距6.6米。墻背用直徑300毫米樹根樁，樁長17米及三排壓密注漿，深15米，組成隔水帷幕防水，情況良好。
80年代末，開發(fā)利用地下空間，建設(shè)多層地下室、地下鐵道、地下商業(yè)街等各種地下建筑，成為上海城市建設(shè)的新趨勢之一。在建筑物稠密的城市中心，深基坑的開挖成為巖土工程的一個重要課題?；訃o體系，是一個土體、支護結(jié)構(gòu)相互共同作用的有機體，由于周圍建筑物及地下管道等因素的制約，對支護結(jié)構(gòu)的安全性有了更高的要求。不僅要能保證基坑的穩(wěn)定性及坑內(nèi)作業(yè)的安全、方便，而且要使坑底和坑外的土體位移控制在一定范圍內(nèi)，確保鄰近建筑物及市政設(shè)施正常使用。
90年代初，由于設(shè)計、施工不當(dāng)，發(fā)生了多起深基坑工程事故。僅1992～1994年，就發(fā)生了30余項，造成巨大的經(jīng)濟損失和不良后果。浦東地區(qū)良豐大廈攪拌樁壩體的圓弧式整體滑動；齊魯大廈攪拌樁壩體的傾覆破壞；良友大廈由于鄰近供銷大廈打工程樁使圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超大水平位移，導(dǎo)致工程樁的大位移及斷裂；服飾中心由于支撐施工未按設(shè)計要求，導(dǎo)致支撐失穩(wěn)，圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生“踢腳”破壞等。特別嚴(yán)重的是廣東路、福建路處的昌都大廈，深基坑地下連續(xù)墻圍護，在開挖到基底深度13米，第三道支撐未及支護時，突然在廣東路一側(cè)發(fā)生坍落，折斷了2條電力電纜，1條煤氣管，1輛重車跌落坑內(nèi)，估計造成的損失達上億元，形成上海建筑少見的大事故。這些事故引起了上海市政府和工程界的高度重視。1993年，市建委批準(zhǔn)上海市勘察設(shè)計協(xié)會巖土工程委員會負責(zé)編寫上海市標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程設(shè)計規(guī)程》，對基坑工程的設(shè)計和施工，提出了更嚴(yán)格的要求。
一、重力式攪拌樁擋墻
在軟粘土地基中開挖深度為5～7米左右的基坑，應(yīng)用深層攪拌法形成的水泥土樁擋墻，可以較充分利用水泥土的強度，并可利用水泥土防滲性能，同時作為防滲帷幕。因此，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。水泥土重力式擋墻一般做成格柵形式，按重力式擋墻計算。廣泛用于開挖深度7米以內(nèi)的深基坑圍護結(jié)構(gòu)、管道溝支護結(jié)構(gòu)、河道支護結(jié)構(gòu)、地下人行道等。
80～90年代，水泥土攪拌樁支擋結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用和進一步發(fā)展，已有數(shù)百項工程采用這一新技術(shù)。由于施工時無振動、無噪音、無污染、開挖基坑一般不需要井點降水，也不需要支撐和拉錨，基坑內(nèi)整潔干燥，有利文明施工?；又車鼗冃涡。瑢χ車h(huán)境影響小，因此受到普遍歡迎。
1981年，寶鋼緯三路P-5污水處理站是上海地區(qū)利用深層攪拌法作為擋土結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)。1983年，上海市人防科研所、同濟大學(xué)地下工程系等單位在市科委的支持下，提出了“水泥土攪拌樁側(cè)向支護應(yīng)用技術(shù)研究”的課題，結(jié)合四平路地下車庫深基坑開挖進行試驗研究。該基坑的實際開挖面積為86米×49米，開挖深度5.75米，局部深度6.75米。經(jīng)過對水泥攪拌樁的物理力學(xué)特性、影響水泥土抗壓強度的各種因素（水泥摻入比、水泥標(biāo)號、齡期及養(yǎng)護條件等），對水泥土的無側(cè)限抗壓強度、抗剪強度、滲透系數(shù)等進行了試驗研究，獲得了許多第一手資料，經(jīng)過實際開挖，順利完成了研究任務(wù)。得出結(jié)論為：在場地容許下，開挖深度不大于7.0米的深基坑，在滿足支護體和機械操作所需要的場地面積條件下，不論何種土質(zhì)條件，只要精心設(shè)計（包括支護結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料配合比設(shè)計），嚴(yán)格施工，確保施工質(zhì)量，采用水泥土攪拌樁進行邊坡支護都是可以取得成功的。
1983年，上海人防科研所等單位對11個工程進行統(tǒng)計表明，基坑圍護技術(shù)的社會經(jīng)濟效益十分明顯。上海市機電貿(mào)易大廈地下室基坑面積為3440平方米，實際開挖深度為7.0米，原已打了一排鋼筋混凝土板樁，化了100多萬元，尚需支撐、拉錨、二級井點降水，施工作業(yè)有困難。其南邊的金山閣酒家距基坑近處只有3米左右，邊坡位移必須嚴(yán)格控制，后經(jīng)研究，改用水泥土攪拌樁加固邊坡，取消支撐、拉錨和井點降水，不僅邊坡穩(wěn)定可靠，確保了周圍建筑物和地下重要管線的安全，而且節(jié)約工程費用30%以上，縮短工期1個多月。
上海市保險公司綜合樓雙層地下室基坑，面積1500平方米，實際開挖深度7米。原計劃采用鋼板樁加井點降水方案，因其周圍有5層磚混結(jié)構(gòu)居民住宅和4層廠房建筑物，實施原方案有困難。后改用水泥土攪拌樁邊坡支護，取得成功，節(jié)約成本30%左右，縮短綜合工期2個月。
90年代以來，隨著工程實踐經(jīng)驗的積累，水泥土擋土技術(shù)的發(fā)展和提高很快。除格柵狀結(jié)構(gòu)外，又發(fā)展了其他形式或更為節(jié)約的結(jié)構(gòu)方案。1990年，在江蘇路排管工程中，第應(yīng)用拱形水泥土支護結(jié)構(gòu)，該工程開挖深度9米，槽寬4.6米，總長度120米，采用變斷面水泥拱壁，并在拱腳處設(shè)置兩道支撐。拱形水泥土支護結(jié)構(gòu)的造價，低于其他結(jié)構(gòu)形式。以上海合流污水治理工程為例，開挖6.5米深、寬12米的箱涵槽，采用拱形結(jié)構(gòu)的造價，僅為鋼筋混凝土排樁的一半。
上海地鐵新龍華站整個洞口引道長60米、開挖深度3.1～5.21米的槽段，設(shè)計用水泥土攪拌樁支護坑壁。由于土質(zhì)很差，常用的水泥土攪拌樁支護難以滿足要求，為此在槽底增設(shè)加固攪拌樁。每隔3.75米打設(shè)1條與擋墻垂直的加固樁，加固樁僅在開挖深度下噴漿，兩端與擋墻相接，形成能支撐兩側(cè)墻體的橫撐。
水泥攪拌樁和鋼板樁復(fù)合，水泥攪拌樁與鉆孔灌注樁復(fù)合，都是以水泥攪拌樁阻水，鋼板樁或鉆孔灌注樁擋土的結(jié)構(gòu)。上海國際購物中心的基坑支護，就是采用水泥攪拌樁和鋼板樁復(fù)合形式。水泥攪拌樁和鉆孔灌注樁的復(fù)合形式，則是一種常用的支護結(jié)構(gòu)，開挖深度10米以內(nèi)的基坑，使用十分普遍。
二、地下連續(xù)墻
上海地下連續(xù)墻支護技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于民用建筑、工業(yè)廠房和市政工程，包括建筑物的地下室、地下變電站、地下鐵道車站、盾構(gòu)工作井、頂管工作井、引水或排水隧道防滲墻、地下停車場、地下商場、地下水庫、大型污水泵站等。
地下連續(xù)墻的優(yōu)點是對鄰近建筑物和地下管線的影響較小，施工時無噪音、無振動，屬低公害的施工方法。
據(jù)1990年統(tǒng)計，上海應(yīng)用壁式地下連續(xù)墻的工程，已有50余個，其中有開挖深達31米的寶鋼鐵皮坑工程，直徑大達64米的人民廣場地下變電站，不用支撐和拉錨采用雙層地下墻的皮爾金頓浮法玻璃廠熔窯坑，平面尺寸大的人民廣場地下停車場和地下商城，還有地下墻既承受水平方向水、土壓力，又承受上部建筑物垂直荷重的上海電信大樓和地鐵新閘路站等。上海地鐵一號線11個地下車站的外墻結(jié)構(gòu)，均采用地下連續(xù)墻。上海地鐵新客站車站的長度為202米，凈寬22.6米，基坑開挖深度12.4米，地下墻深為20.5米，壁厚65厘米，支撐采用直徑580毫米鋼支撐兩道，分別設(shè)在-3.60米和-9.10米處，支撐水平間距3米?；邮┕r在墻外輔以輕型井點降水，車站結(jié)構(gòu)分兩層，上層為站廳，下層為站臺，底板下設(shè)倒濾層，以減少底板反力。在基坑施工過程中，進行了原位量測，量測的內(nèi)容有地下墻的側(cè)壓力、地下墻的變位、地下墻的內(nèi)力、支撐軸力、基坑隆起、墻外地層變位及孔隙水壓、底板反力及鋼筋應(yīng)力等。
延安東路隧道暗埋段106號地下墻基坑工程，平面呈Y型，地處鬧市區(qū)，鄰近建筑物離基坑近的僅6.4米?；涌缍?0米，基坑開挖深度深12米，地下墻深度20～22米，墻厚65厘米?；娱_挖時，采用4道支撐，分別設(shè)在-1.0米、-3.5米、-6.0米、-8.5米處。基坑開挖中，對墻體位移、支撐軸力和地表沉降監(jiān)測，結(jié)果表明，第一道支撐軸力小，第二道支撐軸力為640千牛，第三、四道支撐軸力為750千牛，墻體水平變位大值為5厘米，約為開挖深度的0.5%，地表沉降大值為1～2厘米，約為開挖深度的0.1～0.2%左右，安全系數(shù)高。
三、樁列式擋墻
鉆孔灌注樁作為圍護結(jié)構(gòu)承受水土壓力，是深基坑開挖常用的一種圍護形式，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和開挖深度可做成懸臂式擋墻、單撐式擋墻、多層支撐式擋墻等。它的排列形式有一字形相接排列、間隔排列、交錯相接排列、搭接排列、或是混合排列，常見的排列方式是一字板間隔排列，并在樁后采用水泥土攪拌樁、旋噴樁、樹根樁等阻水。這樣的結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)濟，阻水效果較好。上海地區(qū)大部分開挖深度在7～12米左右的深基坑，采用鉆孔灌注樁擋土，水泥土攪拌樁阻水，普遍獲得成功。
東海商業(yè)中心位于延安東路浙江路口，地下室基坑于1993年8月1日開挖，至11月2日結(jié)束。該工程地下室基坑平面尺寸為50米×43米，大開挖深度為9.4米，圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁排樁組成的墻體及內(nèi)支撐擋土，用樹根樁及壓密注漿組成隔水帷幕。鉆孔灌注樁的樁徑為直徑800毫米，樁中心距900毫米，樁長20.2米，支撐采用一道鋼支撐，均為直徑609毫米×9毫米鋼管樁，支撐間距6.6米。墻背用直徑300毫米樹根樁，樁長17米及三排壓密注漿，深15米，組成隔水帷幕防水，情況良好。