［摘  要］ 苏州凤凰书城因开挖深度较深、土质条件差、周边临近地铁、道路和各种管线，其围护结构采用排桩结合三道钢筋混凝土内支撑、三轴深搅桩止水的支护方案，通过设置栈桥、被动区土体加固、合理安排土方开挖方式和顺序等手段保障了基坑开挖和地下室施工的顺利进行。本文通过对苏州凤凰书城的工程实例介绍，探讨基坑围护设计施工中的关键环节和技术。实施与监测结果表明，基坑围护设计、施工中的相关措施有效地保护了周边环境，取得了良好的社会效益，可为软土地区类似复杂环境条件下深基坑的设计施工提供有益的经验与借鉴。

［关键词］ 深基坑; 地铁车站; 支护设计; 监测

 

      现在城市发展迅速，位于市中心区域的深基坑越来越多^［1］，如何在周围密布道路管线及既有建( 构) 筑物的复杂环境条件下，在有限的施工空间中开挖超深基坑，不仅要保证深基坑的正常施工，而且要确保诸如地铁这样的重要构筑物的正常运营和安全，是当前基坑围护设计与施工的重大挑战。本文通过对苏州凤凰国际书城的工程实例，分析研究此类情况下基坑围护设计方案及采取的相应施工措施，为今后类似复杂环境条件下基坑围护设计施工提供有益的经验与借鉴。

 

      苏州凤凰国际书城位于苏州市星都街以东、苏雅路以南、星桂街以西、苏华路以北，工程整体下设满堂的三层地下室，基坑总面积约 1. 3 万 m²，呈长方形，东西最长处约 193 m，南北最宽处约 72 m，东西两 塔 楼 挖 深 16. 45 ～ 17. 95 m，中 间 裙 房 挖 深15. 70 m。详见图 1。

      基坑南侧为苏华路，宽约 20 m，目前该区域轨道交通 1 号线星海街站土建施工已完成，车站基坑采用地下连续墙围护结构，明挖顺作法施工完毕并回填覆土。车站主体沿苏华路布设，采用现浇钢筋混凝土双层双跨及三跨箱形框架结构，靠近本工程附近的地铁车站外扩通道基坑埋深约 9. 25 m，标准通道基坑埋深约 15. 86 m，基坑底均位于第④-1a 粉质粘土、粉土层或④-1 粉土、粉砂层中。基坑地下室外墙距离地铁车站结构边线约 7. 9 m( 详见图 1和图 2) 。

      基坑西侧为星都街，路面宽约 30 m。地面埋设有污水、电信、联通、雨水、自来水、燃气等管线。道路西侧是海韵向阳渔港，为地上二层，地下一层建筑，该建筑距离本工程结构外墙线约 50. 7 m。本工程地下室结构外墙线距离用地红线约 5. 6 ～ 6. 9 m。

      基坑北侧为苏雅路，路面宽约 20 m。地面埋设有污水、雨水、自来水、电信、联通等管线。道路北侧为天翔花园小区，该小区高层部分为地上 17 层，裙房为二层建筑( 天然基础) 。高层建筑基础采用预应力管桩，桩长约 35 m，且有一层地下车库，距离本工程结构地下室外墙线约 31. 7 m。

      基坑东侧为星桂街，路面宽约 15 m。该侧条件较为宽松，除地面埋设有电信、联通、自来水、雨水等管线外无其他重点保护对象。该侧地下室外墙线距离用地红线约 6. 1 m。场地围护涉及范围内各土层物理力学指标见表 1。

      基坑开挖围护所涉及的土层有: ①素填土层、②可塑状、直立性较好的粘性土层、直立性较差的软塑状③粉质粘土层、④粉质粘土与粉土互层、⑤粉质粘土层及工程性质尚好的⑥土层及⑦弱承压含水层粉砂层，其中坑底主要位于工程性质较差的⑤粉质粘土层中，需要在设计中加以注意。

      根据勘察揭露和专门水文地质工作，确定影响拟建基坑工程的主要含水层有三层: 浅部潜水层( 即①素填土层) 、浅部微承压含水层( 即④粉质粘土与粉土互层) 、深部第 1 承压含水层( 即⑦粉土、粉砂层) 。其中潜水层勘察期间测得初见水位埋深0. 68 ～ 1. 24 m; 微承压含水层 ④ 粉质粘土与稍密的粉土互层，测得稳定水头埋深在 1. 54 ～ 1. 80 m 之间，有一定的富水性，含水层渗透能力较强，基坑开挖至深度 8. 0 ～ 9. 0 m 时，将遇到该微承压含水层的地下水，直接开挖容易引起基坑涌水和流砂，危及基坑安全; 第 1 承压含水层位于坑底以下，其上为隔水层⑥粉质粘土层及⑥粘性土层所覆盖，该含水层富含地下水，渗透性强，水头稳定，历史最高水位为－ 2. 70 m。

 

      本基坑开挖最大深度为 17. 95 m，地质条件为典型的软土地层，经综合比较，采用较为成熟的钻孔灌注桩 + 三道钢筋混凝土支撑 + 三轴深搅桩止水帷幕的支护结构设计方案^［2］。排桩与止水帷幕之间设置压密注浆，桩间土采用挂网喷浆保护处理; 基坑形状较为规则，支撑系统采用三道钢筋混凝土对撑、角撑结合边桁架的支撑体系，并采用临时钢格构立柱及柱下钻孔灌注桩作为水平支撑系统的竖向支撑结构体系; 坑内被动区土体采用三轴搅拌桩进行加固( 临近地铁的南侧及东侧过渡段采用满堂加固) ，加固体与排桩之间设置压密注浆; 电梯井基坑采用高压旋喷桩作为围护形式，靠近围护结构的电梯井增设临时支撑; 本基坑采用管井为主的降水方案。基坑支护结构平面布置见图 1; 典型剖面见图 2。

      采用φ850@ 600 三轴搅拌机施工，均用 P42. 5级普通硅酸盐水泥，水灰比为 1. 5 ～ 2. 0∶ 1，掺入水泥用量 0. 2% 的木质素磺酸钙及木钙用量 25% 的三乙醇胺，送浆压力 0. 4 ～ 0. 6 MPa，置换率要求不小于 60% 。本工程水泥土搅拌桩分为强加固区和弱加固区，地表下 4 m 至基坑底为弱加固区，水泥掺入量为 5% ; 坑 底 以 下 为 强 加 固 区，水 泥 掺 入 量 为16% ，加固宽度为 3. 85 m。为保护基坑南侧已建成的地铁车站，严格控制南侧围护结构变形，南侧进行满堂加固，且第 2 道支撑以下至坑底水泥掺入比提高为 14% ，坑 底 以 下 强 加 固 区 水 泥 掺 入 量 仍 为16% ，以此整体提高该区域土体的物理力学指标，增强土体抗侧移和抗沉降能力^［3］。典型剖面如图 2、图 3 所示。

      止水帷幕为水泥土搅拌桩，截面形式为三轴φ850@ 600，排间套接 250 mm。基坑东西两侧建筑物距离较远，用地条件相对宽松，采用单排止水桩即可满足要求; 基坑北侧多预应力管桩基础的高层建筑，必须严防因水位下降引起的土体固结沉降，止水要求较高，故采用双排止水桩组成止水帷幕; 基坑南侧有已建成的地铁车站，车站地下室周边有已施工的止水帷幕，从经济方面考虑，基坑南侧采用单排止水桩，但要求东西侧止水桩与已有止水桩相互搭接，组成完整止水帷幕，以节省造价。为增强止水效果，单排止水帷幕与围护桩达到设计强度后，在两者之间采用压密注浆处理，注浆深度控制在坑底以下3. 0 m，坑内加固体与围护桩之间的注浆深度同坑内加固体深度，已设双排止水桩区域不进行压密注浆处理。

      因施工场地范围所限，材料的运输与土方外运困难较大^［4］，在设计中采取设置与支撑相结合的栈桥来解决运输问题，栈桥平面布置如图 1 阴影部分所示。栈桥是利用对撑结构的立柱桩和部分对撑杆件，并附设桥面梁板及剪刀撑( 如图 4) 等形成的桥型结构^［5］。

      为平衡分配行驶卸运车辆的水平荷载，特设置将荷载分配至立柱桩与对撑梁的剪刀撑。剪刀撑的设置将立柱与对撑梁组成框架结构，保证了二者的稳定性，确保了支撑结构的正常受力。每对剪刀撑由两根槽钢组成，交叉焊接于格构柱上，中间交接部分由板厚为 20 mm 的坠板三面围焊而成。

      土方开挖的施工安排对基坑变形有重要影响，开挖过程应充分考虑基坑的时空效应，遵循先撑后挖的原则，分层、分块、对称开挖，尽量减少基坑暴露时间，挖土顺序应由远离地铁侧至地铁侧，先塔楼后裙房的挖土顺序，密切注意开挖深度与出土量，严格控制变形，经综合考虑土方开挖方案如下:

      第 1 层土方应结合基坑周边道路及出土口位置，分区、分块普遍开挖至第 1 道支撑底标高，其后进行第 1 道支撑的浇筑，且待第 1 道支撑整体形成并达到设计要求的强度后，方可进行下一层土方的开挖;

      第 2、3 道支撑的第 2、3 层土方采用岛式开挖( 基坑中部留土、周边先挖) 的方式: 先开挖东西侧塔楼区域，后开挖中部栈桥区域; 先开挖边角区域，后开挖中部留土区域;

      第 3 道支撑以下土方同样采用岛式开挖的方式: 先开挖东西侧塔楼区域，待塔楼区域底板浇注完成并达到设计强度后再开挖中部栈桥区域的土体。

 

      为实时了解基坑本身状态及对周边环境的影响，对基坑和周边环境实施了全面监测，以便及时反馈情况， 指导基坑的信息化施工。但因本工程周边环境中最大的风险源即为基坑南侧的地铁车站的安全，为了保证在基坑开挖及地下室施工过程中地铁车站的安全稳定，特在原监测方案的基础上增加基坑南侧监测点的数量，在基坑开挖危险时期通过提高监测频率，制定严格的监测报警值，保证地铁车站的安全^［6］。结合专家评审结果综合考虑制定的针对南侧地铁保护的监测点布置见图 1。

      本工程自 2010 年 7 月 7 日起开挖，根据实际开挖情况，大致可分为八个工况: ①开挖第 1 层土、施工第 1 道钢筋混凝土支撑; ②开挖第 2 层土、施工第2 道钢筋混凝土支撑; ③开挖第 3 层土、施工第 3 道钢筋混凝土支撑; ④开挖至基底，浇筑垫层及底板;⑤拆除第 3 道支撑，施工负 3 层侧墙、顶板及换撑块; ⑥拆除第 2 道支撑，施工负 2 层侧墙、顶板及换撑块; ⑦拆除第 1 道支撑，施工负 1 层侧墙、顶板; ⑧基坑侧壁土体回填。

      选取最为敏感的 8 号测斜管作为研究对象，因其位处最靠近地铁的南侧，且约在基坑空间效应最为明显的基坑长边中心处^［7］，理论上桩体位移最大。8 号测斜管随基坑开挖到底的变形如图 5 所示。其累计最大位移量为 31. 0 mm，位于基坑 13. 5m 处，而此时为 11 月初，基坑刚开挖到底，中部挖深为 15. 7 m，最大位移位置点在坑底上方约 2. 2 m处; 随着时间推移至 12 月 15 日底板浇筑完毕并养护，基坑最大位移点下移至 16. 0 m 位置，与坑底位置大致相同; 截至 2 月 20 日，2 层支撑拆除完毕，累计最大位移量为 37. 9 mm，未超出 40 mm 的报警值，且最大值位置基本不变。与测斜 8 相对应的水平位移点 S7 在 11 月初开挖至坑底以后水平位移累积量增大趋势明显，在 12 月 1 日超出报警值( 30mm) ，日后逐天增加，在 12 月 3 日达到 31. 2 mm 后趋于平稳( 见图 6) 。

      综合分析其原因可能为: 一是基坑周边开始大量堆载钢筋、模板、施工机械等重物，增加基坑边的附加荷载; 二是第 4 层土方已开挖完毕，底板尚未浇筑，基坑暴露时间较长，对围护结构的受力有较为明显的影响。

      截至 11 月 15 日，在做底板垫层阶段，地铁侧地表沉降监测点累计最大沉降量为 19. 1 mm，未超出20 mm 的报警值; 北侧道路管线沉降量最大点为G8，沉降值达到 25. 6 mm，已超出报警值 20 mm，但已趋于平稳，且路面未出现裂缝、沉陷、隆起等不良情况，路北的建筑物也未见不均匀沉降，属可控范围。可见南侧满堂加固区域外侧地表累计沉降量小于已超报警值的北侧管线的沉降量，坑内加固效果明显。

      监测结果表明，围护结构的变形情况与理论计算大致相同，设计中采取的一系列针对保护周边环境的举措收到良好的效果，有效保护了周围已建地铁等重要建筑，将变形限制在可控范围之内。

 

      在复杂环境中，针对软土地区深基坑的设计一直是工程技术人员关注的热点，设计者们一直在探索基坑工程设计和施工中对周边环境保护的技术对策。本基坑工程开挖面积较大，深度较深，土质条件差，周边环境复杂，但经采用被动区土体加固、止水帷幕的布置、施工栈桥设置、土方开挖方式和顺序的合理布置等手段，有效控制了基坑围护结构的变形，确保了周边复杂环境的安全，达到安全支护的目的。城市日益发展，狭小场地内复杂周边环境条件的深基坑也愈来愈多，本文中采取的一系列针对性措施能为其他类似工程能提供有益的经验与借鉴。

 

［1］ 邸国恩，黄炳德，王卫东． 敏感环境条件下深基坑工程设计与实践［J］． 岩土工程学报，2010，32( 1) ．

［2］ 李苏春． 苏州凤凰国际书城基坑支护设计文件［R］． 苏州: 江苏省纺织工业设计研究院有限公司，2009.

［3］ 黄跃翔，地铁深基坑交叉施工支护方案设计优化与实践［J］．隧道 /地下工程，2010( 7) ．

［4］ 王晓宇，李俊才，张志铖，熊鹰，周小俊． 施工栈桥在深大基坑工程中的应用研究［J］． 江苏建筑，2009( 6) ．

［5］ 贺文学，华锦耀． 软土基坑斜栈桥结合码头式挖土施工技术［J］． 施工技术，2010，39( 9) ．

［6］ 李军华． 苏州凤凰国际书城基坑施工安全监测方案［R］，南京: 南京南大岩土工程技术有限公司．

［7］ 陈东，吕蒙军． 复杂周边环境条件下深基坑工程的设计与施工［J］． 浙江建筑，2010，27( 8) ．