上海崇明河口砂嘴砂島地貌基坑工程支護技術(shù)

石 英

上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080

隨著社會經(jīng)濟及城市建設的高速發(fā)展，上海城市發(fā)展建設逐步從城鎮(zhèn)空間為主轉(zhuǎn)向全域統(tǒng)籌，全面推進鄉(xiāng)村振興建設也開始逐步成為未來建設發(fā)展的重大策略。崇明是上海未來作為新的世界級坐標來開發(fā)建設的島，具有比較特殊的地理位置——四面環(huán)江，因此，其土壤的形成和土質(zhì)的性質(zhì)與上海內(nèi)地的土質(zhì)有一定的差別。目前，上海市土地開發(fā)利用與基礎(chǔ)設施建設仍以上海市內(nèi)地為主，對崇明的開發(fā)建設相對較少，能夠參考及借鑒的工程項目也少之又少。因此，有必要對崇明的實際工程進行總結(jié)。

本文以上海市崇明區(qū)陳家鎮(zhèn)郊野公園鄉(xiāng)村單元01-01地塊項目為例，針對上海崇明河口砂嘴砂島地貌特點[1]，闡述了其基坑工程項目的相關(guān)支護方案，從而為今后崇明地下空間的開發(fā)與建設提供借鑒。

1 上海崇明河口砂嘴砂島地貌簡述

上海市位于長江三角洲東南前緣，成陸較晚。按地貌形態(tài)、時代成因、沉積環(huán)境及組成物質(zhì)等方面的差異，可分為5大地貌類型：湖沼平原、濱海平原、河口砂嘴砂島、潮坪地帶以及剝蝕殘丘。

其中，河口砂嘴砂島是由攜帶大量泥沙下泄的長江徑流與漲潮流匯合在長江口形成的，崇明、長興、橫沙三島均處于古長江區(qū)域。區(qū)域內(nèi)埋深20 m范圍內(nèi)普遍分布有砂土和粉土，具有時代新、埋深淺以及地下水位高等特性，且容易產(chǎn)生液化。

由于對崇明島開發(fā)建設的力度不夠，因此對該區(qū)域內(nèi)淺層砂土的特性了解較少，很大程度上限制了崇明島未來大規(guī)模的開發(fā)。

基于上述原因，本文結(jié)合具體的實際工程案例，對崇明島的地質(zhì)、水文作進一步的闡述。

2 工程實例

2.1 項目工程概況

上海市崇明區(qū)陳家鎮(zhèn)郊野公園鄉(xiāng)村單元01-01地塊位于上海市崇明區(qū)陳家鎮(zhèn)，漲水洪河道以東、裕鴻路南側(cè)場地內(nèi)，基地總用地面積約94 000 m2。擬建建筑包括42棟（6層）住宅，1棟（1～4層）配套公建，7棟（1層）K站、P站、垃圾房等附屬用房，并在部分住宅區(qū)域設置整體1層地下車庫；總建筑面積約156 107 m2，地下建筑面積約40 542 m2。結(jié)構(gòu)形式：住宅單體采用剪力墻結(jié)構(gòu)，配套公建、附屬用房及地下車庫均采用框架結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)形式：樁筏基礎(chǔ)，采用φ400 mm預應力混凝土管樁。項目效果如圖1所示。

圖1 項目效果圖

2.2 基坑工程概況

本項目基坑工程面積約42 000 m2，周長約960 m，基坑挖深為5.0 m/5.2 m，平面近似呈矩形，如圖2所示。

圖2 基坑工程場地

本工程基坑周邊環(huán)境情況如下：

基坑北側(cè)：基坑邊線距離用地紅線最近為23.4 m，現(xiàn)狀裕鴻路邊線距離基坑邊線最近為30.1 m。

基坑東側(cè)：基坑邊線距離用地紅線最近為2.1 m。

基坑南側(cè)：基坑邊線距離用地紅線最近為110.0 m，南側(cè)有寬約11 m、最大水深1.2 m的東西向現(xiàn)狀河道，河道邊線距離基坑邊線最近為1.9 m。

基坑西側(cè)：基坑邊線距離用地紅線最近為2.6 m。

2.3 地質(zhì)水文概況

2.3.1 工程地質(zhì)條件

擬建場地地貌類型為河口砂嘴砂島地貌。地基土屬第四紀全新世（Q4）、上更新世（Q3）沉積物，主要由黏性土、粉性土和砂性土組成，主要土層有：①1素填土，①2浜底淤泥，②1黏質(zhì)粉土，②3砂質(zhì)粉土，③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土互層，③2砂質(zhì)粉土，⑤1-1黏土以及⑤1-2粉質(zhì)黏土。其中，第②、③層土相當厚，并且淺層第②3與③2兩層土的綜合滲透系數(shù)相當大，分別為3.0×10－4cm/s和4.0×10－4cm/s。

2.3.2 工程水文條件

擬建場地淺部地下水為潛水類型，穩(wěn)定水位埋深為自然地面下0.51～2.86 m，其絕對高程為自然地面下2.23～4.31 m，不含（微）承壓含水層，不存在承壓水頭對基坑穩(wěn)定性的不利影響。

2.3.3 不良地質(zhì)現(xiàn)象及處理措施

1）厚填土。本場地淺部分布的①1層填土由黏性土組成。填土最大厚度為4.1 m，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散，強度不高。在施工過程中，需對厚填土區(qū)域進行換填、夯實等處理。

2）明浜。場地存在2條明浜、1條河道。2條明浜寬3～5 m，最大水深0.5 m；河道寬約11.0 m，最大水深1.2 m。浜底浜填土成分以淤泥質(zhì)土為主，富含有機質(zhì)，有腥臭味，厚度30～50 cm。樁基施工時需注意浜底淤泥的不利影響，建議施工前將樁位處的淤泥清除。

3）淺層粉性土。場地淺層有②1層灰黃色黏質(zhì)粉土、②3層灰色砂質(zhì)粉土分布，在動水作用下有發(fā)生流砂、管涌的可能，對本工程的基坑開挖不利，基坑圍護時應加強防水措施，在設計和施工中均需予以注意。

3 基坑工程難點

綜合本基坑的規(guī)模、地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)形式及工期要求等因素進行分析，本工程具有如下難點：

1）基坑面積較大，時空效應顯著?；娱L時間開敞施工會增大圍護結(jié)構(gòu)變形、坑底隆起和地表沉降。

2）局部區(qū)域基坑邊線與基地紅線距離很近，最小距離僅2 m，對圍護結(jié)構(gòu)選型造成一定的限制。

3）場地局部區(qū)域存在厚填土，最大厚度4.1 m，土質(zhì)松散、強度不高。

4）場地淺部分布有透水性較強的第②1層黏質(zhì)粉土和第②3層砂質(zhì)粉土，粉性較重，厚度較大。基坑開挖過程中，在動水作用下，容易產(chǎn)生流砂、管涌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

5）本工程樁基主要采用預應力混凝土管樁，樁數(shù)較多且樁基工程先于基坑施工，基坑支護方案及開挖施工過程中均應特別注意對已完成樁基的保護問題。

4 基坑支護方案分析

4.1 不良地質(zhì)差異性對比

根據(jù)實際工程項目統(tǒng)計，上海內(nèi)地項目地貌類型絕大多數(shù)屬于濱海平原地貌，該地貌所存在的土質(zhì)強度低且透水性較大的淺部粉性土主要集中在第③層，而通過上述工程地質(zhì)條件可知，河口砂嘴砂島地貌所存在的土質(zhì)強度低且透水性較大的淺部粉性土主要集中在第②層。由此可見，崇明島地區(qū)在動水作用下易發(fā)生流砂、管涌的不良地質(zhì)埋深要比上海內(nèi)地地區(qū)淺，這給基坑圍護設計和施工帶來更為不利的影響。

此外，通過計算發(fā)現(xiàn)，在相同的基坑開挖深度（以開挖深度5 m為例）及支護形式（以水泥土重力式圍護墻支護形式為例）下，淺部粉性土層埋深較淺的崇明島河口砂嘴砂島地貌基坑的安全性明顯要低于淺部粉性土層埋深較深的上海內(nèi)地濱海平原地貌，具體安全性影響如圖3所示。因此，在崇明島河口砂嘴砂島地貌進行基坑支護設計及施工時，一定要注意淺部第②層粉性土所帶來的不利影響。

圖3 不同地貌條件下基坑支護安全性影響

4.2 基坑支護方案思考

4.2.1 安全性分析

一種比較好的基坑支護方案是在確?；影踩幕A(chǔ)上，結(jié)合經(jīng)濟性、工期以及施工工藝簡便程度綜合考慮確定的。根據(jù)上海地區(qū)相關(guān)工程經(jīng)驗，結(jié)合崇明河口砂嘴砂島地貌水文地質(zhì)特性、基坑工程難點、場地周邊環(huán)境條件及用地紅線退界情況等，本工程基坑支護方案采用順作法施工，可選用的合理支護方案如下：

方案1：將水泥土重力式圍護墻作為周邊圍護結(jié)構(gòu)的基本形式，局部施工空間有限的區(qū)域采用土工法樁＋1道水平鋼支撐。

方案2：將水泥土重力式圍護墻結(jié)合放坡開挖作為周邊圍護結(jié)構(gòu)的基本形式，局部施工空間有限的區(qū)域采用土工法樁＋1道水平鋼支撐。

采用基坑計算軟件對2種支護方案的安全性和對周邊環(huán)境的最不利影響進行分析[2-4]，數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

從表1可以看出，2個方案采用的支護結(jié)構(gòu)均能滿足相關(guān)規(guī)范要求，在確保基坑施工的安全性的同時，也降低了對周邊環(huán)境的影響。

表1 方案分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4.2.2 經(jīng)濟性分析

方案的利弊應在保證基坑安全性的基礎(chǔ)上綜合考慮其經(jīng)濟性才能進行判斷。上一小節(jié)已對2個支護方案的安全性做了對比分析，本小結(jié)在此基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)濟性再做進一步分析，具體的基坑支護方案造價估算如表2所示。

表2 基坑支護方案造價估算

從表2可以看出，方案2的支護結(jié)構(gòu)經(jīng)濟上要比方案1低約95萬元，所以方案2對于本基坑而言更為經(jīng)濟。

綜上所述，2個基坑支護方案均能保證基坑安全，結(jié)合本基坑相關(guān)條件，宜選較為經(jīng)濟的方案2作為本基坑工程的支護方案。

5 結(jié)語

本文概述了上海崇明河口砂嘴砂島地貌目前所面臨的問題，依托上海崇明島某地下1層基坑工程，詳細闡述了該區(qū)域地質(zhì)、水文條件以及不良地質(zhì)情況與工程施工難點，并與上海內(nèi)地項目在不同地貌類型條件下進行安全性對比。同時，結(jié)合相應條件對本基坑工程支護方案進行了比選分析，可為今后崇明大規(guī)模開發(fā)建設中遇到類似的工程情況時提供借鑒。