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上海中心大廈主樓深大圓基坑施工風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

文檔作者：王學(xué)知文檔來源：上海建科工程咨詢有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年11月18日
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2012年9月下
第4l卷第373期
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 35
上海中心大廈主樓深大圓基坑施工
風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施
王學(xué)知
(上海建科工程咨詢有限公司，上海200032)
【摘要j首先對(duì)軟土地區(qū)深基坑工程的常規(guī)性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，然后結(jié)合上海中心大廈主樓深基坑工程具體情況，對(duì)
主樓深基坑及地下連續(xù)墻進(jìn)行受力簡(jiǎn)化分析，進(jìn)而提出分析基坑內(nèi)外土體分布情況、控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量、監(jiān)測(cè)
坑內(nèi)水位、控制基坑開挖方式、檢查周邊堆載情況及重視監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析等風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施。降低了深基坑工程的風(fēng)
險(xiǎn)，保證了基坑工程順利實(shí)戇。
[關(guān)鍵詞]高層建筑；地下工程；軟土地區(qū)；基坑；地下連續(xù)墻；風(fēng)險(xiǎn)分析
[中圈分類號(hào)]TU753 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1002．8498(2012)18-0035-04
Risk Analysis and Control Measures for Large-deep Circular
Foundation Excavation in Main Building of Shanghai Tower
Wang Xuezhi
(Shanghai Jianke Engineering Consulting Co．，Ltd．，Shanghai 200032，China)
Abstract：The conventional risk of deep foundation excavation in soft soil area is anal2czed．Then on the
base of actual conditions of the foundation excavation in Shanghai Tower Main Building，the stress
analysis is done for the deep foundation excavation．Furthermore，the risk control measures are put
forward to reduce the risk of deep foundation excavation and ensure the foundation safety such as
analyzing on soil distribution of soils surrounding the foundation excavation methods，controlling
construction quality of the support structures，monitoring the water level in the foundation excavation，
controlling the excavation methods，checking the loads surrounding the foundation excavation and
emphasizing on the analysis of monitoring data．
Key words：tall buildings；underground；soft soil area；foundation excavation；diaphragm wall；
risk analysis
隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，基坑的開挖面積
越來越大，開挖深度也越來越深，基坑周邊建筑物、
道路橋梁、地下管線、地鐵隧道或人防工程密集，造
成基坑工程施工環(huán)境進(jìn)一步惡化，這對(duì)深基坑工程
的施工管理工作提出更大的挑戰(zhàn)。本文擬通過對(duì)
軟土地區(qū)深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)分析，結(jié)合上海中心大
廈深基坑工程實(shí)際，提出上海中心大廈主樓超大超
深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施。
1 軟土地區(qū)深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)因素
現(xiàn)階段，軟土地區(qū)深基坑工程具有如下風(fēng)險(xiǎn)
因素‘1引。
1)地質(zhì)條件差異性大同一城市不同區(qū)域地
【收稿日羽j 2012-06-28
【基金項(xiàng)目]上海市科委資助課題(09dzl207706)
[作者簡(jiǎn)介]王學(xué)知，博士，工程師，E-mail：wangxuezhi@jkec．corn．ca
質(zhì)條件不同，即便同一區(qū)域地質(zhì)條件也有差異，地
質(zhì)條件的復(fù)雜性、不均勻性，造成勘察數(shù)據(jù)具有很
大離散性，同時(shí)也存在一定局限性，難以反映待建
場(chǎng)地土層總體分布。
2)軟土的流變效應(yīng)明顯軟土的流變規(guī)律主
要包括下列4個(gè)特性：①蠕變特性，即在恒定的荷載
作用下變形隨時(shí)間發(fā)展蠕變特性；②流動(dòng)特性，即
土的變形速率是應(yīng)力的函數(shù)；③應(yīng)力松弛特性，即
在變形恒定的條件下，應(yīng)力隨時(shí)間減小；④長(zhǎng)期強(qiáng)
度特性，即在長(zhǎng)期受荷的條件下，強(qiáng)度隨受荷歷時(shí)
的增長(zhǎng)而降低。由于具有以上流變特性，在軟土基
坑土方開挖過程中，每個(gè)分步開挖的空間尺寸和支
護(hù)開挖部位墻體的暴露時(shí)間與墻體和土體的位移
有著一定的相關(guān)性。
3)控制對(duì)周邊環(huán)境影響的難度大深基坑工
萬方數(shù)據(jù)
36 施工技術(shù)
程的開挖直接引起周圍地基中地下水位變化和應(yīng)
力場(chǎng)的改變，進(jìn)而會(huì)對(duì)相鄰建筑物、構(gòu)筑物及市政
地下管網(wǎng)產(chǎn)生影響。
4)深基坑計(jì)算理論不完善深基坑工程涉及
工程地質(zhì)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)工程等多門學(xué)
科，是理論上尚待進(jìn)一步發(fā)展的具有綜合性和交叉
性的技術(shù)學(xué)科。傳統(tǒng)的土壓力計(jì)算理論和邊坡計(jì)
算模型，在計(jì)算這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工況繁多的深基坑
工程時(shí)，需引入過多的假定，計(jì)算結(jié)果具有較大的
局限性，很難單純從理論上預(yù)測(cè)工程中可能遇到的
問題。
5)事故的突發(fā)性較高基坑工程施工周期一
般較長(zhǎng)，從開始開挖到完成地面以下的全部隱蔽工
程，常常經(jīng)歷多次降雨、周邊堆載、振動(dòng)、工況轉(zhuǎn)換
等諸多不利條件，事故的突發(fā)性很高。
上海中心大廈主樓基坑作為典型軟土地區(qū)超
大超深基坑，如何落實(shí)基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)控制是保
證基坑工程順利開展的保證。
2工程概況
上海中心大廈主樓基坑呈直徑121m、深31．7m
圓柱狀，圍護(hù)墻為厚1．2m、深50m、內(nèi)徑121m的環(huán)
形地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)設(shè)置6道環(huán)撐，第1
道環(huán)撐標(biāo)高處設(shè)置4個(gè)挖土平臺(tái)，第3，4道環(huán)撐之
間設(shè)置二級(jí)挖土平臺(tái)(后取消)。
場(chǎng)地自然標(biāo)高一般3．5～4．8m，屬濱海平原地
貌類型。地基土在150m深度范圍內(nèi)的土層主要由
飽和黏性土、粉性土和砂土組成，可分為12層，其中
第⑤，⑦層分為多個(gè)亞層，第⑧層缺失，第⑦，⑨層
土連通。地下水靜止水位埋深一般在1．00～
1．70m，其相應(yīng)標(biāo)高一般在2．91—2．25m。根據(jù)類
似工程經(jīng)驗(yàn)及場(chǎng)地環(huán)境，擬建場(chǎng)地地下水基本處于
靜止?fàn)顟B(tài)。場(chǎng)地內(nèi)承壓水主要為深部第⑦，⑨，⑩，
⑩，⑩層中賦存的承壓水，對(duì)本工程有直接影響的
為第⑦層中賦存的承壓水。受場(chǎng)地周邊高層建筑
深基坑及市政工程降水影響，勘察期問測(cè)得第⑦層
承壓水頭埋深12．3—14．2m(上海市承壓含水層水
位埋深3．0～11．Om)，相應(yīng)標(biāo)高一lO．03～
一8．31m。主樓基坑如圖1所示。
3主樓基坑主要施工工藝
上海中心大廈主樓基坑土方分7層進(jìn)行開挖，
土方開挖必須嚴(yán)格按照“時(shí)空效應(yīng)”理論，分層分段
開挖，開挖與支撐的施工工序按“分層、分步、對(duì)稱、
平衡、限時(shí)”的原則進(jìn)行控制，同時(shí)過程中落實(shí)信息
化施工。以第5層土方開挖為例對(duì)基坑施工進(jìn)行
介紹。
土方開挖前，組織參建各方召開專題會(huì)，明確
第4l卷
圖1上海中心大廈主樓基坑示意
Fig．1 Foundation excavation for main
building of Shanghai Tower
土方開挖條件，預(yù)先設(shè)置了本層土方每步開挖支撐
施工的控制參數(shù)：島式開挖挖深4m，分4個(gè)區(qū)域兩
次開挖，第1次開挖環(huán)邊土方，由環(huán)邊向中部對(duì)稱退
挖，環(huán)邊土方開挖寬度為6m。環(huán)邊土方開挖須在
96h內(nèi)完成，在12h內(nèi)完成墊層澆筑，144h內(nèi)完成第
5道環(huán)撐施工。同時(shí)，監(jiān)測(cè)方對(duì)不同深度的地下連
續(xù)墻變形進(jìn)行反分析。
根據(jù)基坑工程設(shè)計(jì)要求，兼顧土方開挖需求，
采用疏干井和降壓井結(jié)合的深井降水方法，主樓基
坑具體井點(diǎn)布置如圖2所示。
圖2 降水井點(diǎn)平面布置示意
Fig．2 Plan layout of dewatering wells
挖土前提前20d進(jìn)行預(yù)降水，水位降至開挖面
下1m?；觾?nèi)降水應(yīng)注意坑內(nèi)、外地下水位觀測(cè)，
開挖過程中定時(shí)監(jiān)控觀測(cè)井內(nèi)降水深度，若發(fā)現(xiàn)基
坑外地下水位受基坑內(nèi)降水影響，則應(yīng)采取相應(yīng)的
措施，防止影響周圍的環(huán)境。因降水形成的漏斗造
成對(duì)周圍環(huán)境的影響，要合理使用井點(diǎn)降水，在保
護(hù)對(duì)象附近一定要形成封閉的隔水帷幕后才能開
始降水。
在第5層土方開挖施工前，發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)西南及
東部地下連續(xù)墻水平位移較大，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況對(duì)
萬方數(shù)據(jù)
王學(xué)知：上海中心大廈主樓深大圓基坑施工風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施37
比后，發(fā)現(xiàn)該兩部分由于靠近挖土平臺(tái)出土方便等
原因，每次開挖均最先達(dá)到預(yù)計(jì)標(biāo)高，無撐暴露時(shí)
間過長(zhǎng)，因此，需要及時(shí)調(diào)整下一步施工開挖支撐
措施，以控制基坑穩(wěn)定和變形，經(jīng)各方討論形成一
致方案：①開挖該兩處土方有意放緩進(jìn)度；②挖土
到預(yù)定標(biāo)高后優(yōu)先形成環(huán)撐；③地面工序有意避開
該兩處地表。
采取上述措施后，待第4道環(huán)撐混凝土強(qiáng)度達(dá)
到80％，減壓降水運(yùn)行可滿足開挖要求后，再進(jìn)行
第5層土方開挖，根據(jù)不同的開挖工況及放坡尺寸，
確定每層的放坡坡度為1：2～1：3。各層之間設(shè)置
平臺(tái)，平臺(tái)寬度≥3m。放坡總高度／長(zhǎng)度>1：4。在
挖土施工過程中落實(shí)信息化施工，結(jié)合基坑地下連
續(xù)墻受力、變形情況以及周邊環(huán)境沉降情況，及時(shí)
調(diào)整挖土工序。
4主樓基坑圍護(hù)受力簡(jiǎn)化分析
根據(jù)上海中心大廈基坑工程的特點(diǎn)，在基坑施
工過程中，對(duì)該基坑圍護(hù)進(jìn)行簡(jiǎn)化分析¨‘71，如圖3
所示。圖3a中周邊陰影部分的圓環(huán)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)(地
下連續(xù)墻)，圓環(huán)內(nèi)部為基坑區(qū)域。圖3b表示圍護(hù)
結(jié)構(gòu)(地下連續(xù)墻)在無堆載土應(yīng)力作用下的應(yīng)力
分布情況(不考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的自重)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主
要承受軸向壓力，而由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的直徑很大(內(nèi)
徑121m，地下連續(xù)墻厚1．2m)，可以簡(jiǎn)單認(rèn)為圍護(hù)
結(jié)構(gòu)在厚度范圍內(nèi)軸向應(yīng)力基本無變化。地下連
續(xù)墻、內(nèi)環(huán)撐是以一個(gè)整體作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在周邊
土應(yīng)力作用下并不是簡(jiǎn)單地呈現(xiàn)為上部軸向壓力
為0的三角形應(yīng)力分布；此簡(jiǎn)化的圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力概
況分析，完全可以滿足基坑風(fēng)險(xiǎn)控制需要。圖3c左
側(cè)為土方開挖完畢后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的無堆載土應(yīng)力分
布，應(yīng)力在承壓水位處存在變化，以此來表示承壓
水對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響(基坑降水是一個(gè)動(dòng)態(tài)的
過程，基坑內(nèi)側(cè)的潛水、承壓水位均呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)浮動(dòng)，
但是基坑外側(cè)的水位由于50m長(zhǎng)的地下連續(xù)墻延
長(zhǎng)了透水路徑，圖3c并未對(duì)坑外的水位浮動(dòng)加以考
慮，僅以場(chǎng)地勘察報(bào)告中的承壓水位為彎折點(diǎn)進(jìn)行
簡(jiǎn)化處理)，右側(cè)為土方開挖完畢后圍護(hù)結(jié)構(gòu)堆載
狀態(tài)下的土應(yīng)力分布。
通過上述分析，可以得到以下結(jié)論。
1)土方開挖后將周邊土側(cè)壓力轉(zhuǎn)化為地下連
續(xù)墻及環(huán)撐的軸向壓力，充分利用混凝土的抗壓能
力，以達(dá)到土方開挖和地下結(jié)構(gòu)施工的目的。
2)地下連續(xù)墻及環(huán)撐的軸向應(yīng)力在厚度1．2m
的范圍內(nèi)基本無變化。
3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為軸向受壓構(gòu)件存在，因此地下
連續(xù)墻的分幅接縫處可以用柔性接頭處理，而且此
01 圄
無堆
a基坑平面b圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析
載下土壓力
圖3基坑受力分析示意
Fig．3 Stress analysis of the foundation excavation
受力形式對(duì)接縫處的防水處理有益。
4)由于地下連續(xù)墻、環(huán)撐截面受力面積的大小
差別較大，可以認(rèn)為環(huán)撐主要作用是保證地下連續(xù)
墻的穩(wěn)定性。
5)地下連續(xù)墻、環(huán)撐之間的施工縫不會(huì)影響整
個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力，環(huán)撐與地下連續(xù)墻的連接是為
了固定環(huán)撐的位置。
5 主樓基坑風(fēng)險(xiǎn)控制措旋
通過上述基坑受力簡(jiǎn)化分析，要對(duì)基坑施工過
程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效控制，需要控制以下幾方面：①地
下連續(xù)墻、環(huán)撐的真圓度一定要滿足設(shè)計(jì)要求。若
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的真圓度偏差太大，整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)以橢圓
形狀存在，會(huì)造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)在其長(zhǎng)軸中部的失穩(wěn)，
如圖4所示。②各幅地下連續(xù)墻的強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)
強(qiáng)度。③環(huán)撐位置土層開挖時(shí)環(huán)撐要達(dá)到一定的
強(qiáng)度，環(huán)撐強(qiáng)度過低可能導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)(剪力墻)的
穩(wěn)定性較差。④周邊土體分布均勻才能給圍護(hù)結(jié)
構(gòu)施加均勻的土壓力，土層分布差異較大會(huì)造成土
壓力分布不均勻，也會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變化。
⑤基坑周邊盡量無堆載，即便有，堆載也要控制在
設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。⑥基坑分幅處的接縫嚴(yán)密，以避
免因?yàn)橹苓呁馏w水分的流失造成土壓力的過大變
化。⑦土方開挖要遵循一定的順序，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)盡
快達(dá)到設(shè)計(jì)的受力狀態(tài)。
具體在基坑施工過程中，可以從以下幾個(gè)方面
進(jìn)行落實(shí)。
1)分析基坑內(nèi)外土體分布情況基坑開挖前，
仔細(xì)審查勘察報(bào)告，查看勘察范圍是否覆蓋完全，
勘察深度是否滿足工程需要，查看是否存在對(duì)基坑
工程帶來隱患的不良地質(zhì)分布；根據(jù)以往同地區(qū)的
工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析待建場(chǎng)地的地質(zhì)情況，并在土
方開挖過程中查看土層分布情況與勘察報(bào)告相符
程度。
萬方數(shù)據(jù)
38 施工技術(shù)第41卷
300
200
量100
g
囊。
堪】00
2。O
300
圖4基坑真圓度分析示意
Fig．4 Analysis of foundation excavation roundness
2)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的
地下連續(xù)墻及環(huán)撐，施工風(fēng)險(xiǎn)控制的重點(diǎn)應(yīng)放在單
幅地下連續(xù)墻的垂直度、強(qiáng)度、完整性、地下連續(xù)墻
接縫的節(jié)點(diǎn)處理、整個(gè)地下連續(xù)墻的真圓度、分層
土方開挖時(shí)環(huán)撐的強(qiáng)度。
3)對(duì)坑內(nèi)外水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析降水后監(jiān)測(cè)
基坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性、水位變化；結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分
析降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。
4)控制基坑土方開挖方式大型基坑工程的
土方開挖分區(qū)域、分層進(jìn)行，不同的開挖方式造成
圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的變化，錯(cuò)誤的土方施工順序可
能會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)局部受力過大從而產(chǎn)生不良影
響。因此，在控制施工方土方開挖方式的同時(shí)，要
結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提出合理化的建議，指導(dǎo)土方開挖
的進(jìn)行。
5)檢查基坑周邊堆載情況加強(qiáng)對(duì)基坑周邊
堆載的檢查力度，保證周邊堆載控制在設(shè)計(jì)允許范
圍內(nèi)。
6)重視監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析由于地質(zhì)條件、荷載條
件、材料性質(zhì)、施工條件和外界其他條件及不確定
因素的影響，以及當(dāng)前土壓力計(jì)算理論和邊坡計(jì)算
模型的局限性，很難單純從理論上預(yù)測(cè)工程中可能
遇到的問題。在基坑的開挖施工中，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、
基坑鄰近建筑物、地下管線以及周圍土體等在理論
分析指導(dǎo)下有計(jì)劃地監(jiān)測(cè)，以此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，
對(duì)基坑工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制是基坑風(fēng)險(xiǎn)控制的一項(xiàng)
重要內(nèi)容。
6 結(jié)語
不同的深基坑工程存在一些共性的風(fēng)險(xiǎn)因素，
風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)的措施需要考慮實(shí)際基坑特點(diǎn)。通過對(duì)
具體深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)因素分析，采取有針對(duì)性的
風(fēng)險(xiǎn)控制措施，實(shí)施動(dòng)態(tài)控制，可以在一定程度上
降低深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)。
參考文獻(xiàn)：
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(上接第30頁)
表l厚板焊接預(yù)熱溫度
Table 1 Preheating temperature of thick steel plate℃
厚按每25ram板厚不小于0．5h確定。
4 結(jié)語
通過各方的共同努力，上海中心工程進(jìn)展順
利。1，2區(qū)桁架層施工順利結(jié)束，構(gòu)件安裝精度在
可控范圍，所有構(gòu)件均一次順利吊裝就位。桁架節(jié)
點(diǎn)高強(qiáng)螺栓施工均100％順利穿入，現(xiàn)場(chǎng)無擴(kuò)孔。
節(jié)點(diǎn)焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，焊縫探傷一次性合格率在99％
以上。桁架層施工的質(zhì)量控制措施取得了預(yù)期的
效果。
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