该商办楼项目工程位于肇嘉浜路南侧，基坑距离车站结构最近处约31.8 m，基坑开挖深度15.8~16.4 m。属深基坑工程，基坑总面积为7800 m²，在高地下水位的软土地基中开挖超深超大的基坑工程具有一定的风险性。基坑整体采用地下连续墙的围护形式，竖向设置三道水平支撑系统，基坑周边采用裙边加固的形式对基坑的被动土区域进行加固。

本工程位于肇嘉浜路南侧，基坑周边环境较为复杂，基坑北侧、南侧、西侧的砖混结构居民楼，与基坑东侧的地铁车站均为本基坑的重点保护对象。基坑北侧管线密集，需进行针对性保护。综合基坑周边环境状况，基坑安全等级为一级。基坑东侧（位于地铁保护50 m范围内）围护结构最大侧移按照0.14%控制；其余三侧围护结构最大侧移按照0.18%控制。

该工程所在地区的地层参数如表1所示，场地范围内地层均为第四系松散沉积物，主要由饱和粘性土、粉性土及砂土组成。在基坑开挖深度范围内涉及有砂质粉土，该层土易渗水，易产生流砂现象。淤泥质粘土厚度达到18.5 m，该层土强度低，易扰动，在基坑开挖时易产生变形，对于基坑施工较为不利。

表1 地层参数表Table 1 Strata parameters

综合考虑本基坑所处周边环境及场地内土层性质，本基坑工程周边环境较复杂，结合设计施工实践经验^[14]，采用地下连续墙的围护形式可较好控制基坑开挖对周边环境的影响。地下连续墙具有抗弯刚度大、水平变形小、抗渗漏能力强的特点。两墙合一可更充分利用地下空间，节约造价。此外，地下连续墙可发挥垂直承载能力以减小基础底面地基的附加应力，其本身也具备一定支承能力，可有效减小周边土层的沉降。

如图1所示，围护结构采用地下连续墙加支撑的形式，地下连续墙采用C30钢筋混凝土结构，共采用三道支撑，首排撑采用900 mm×800 mm的C30钢筋混凝土结构；第二排撑采用1200 mm×900 mm的C40钢筋混凝土结构；第三排撑采用1200 mm× 800 mm的C30钢筋混凝土结构。地下连续墙1000 mm，墙深34 m。

图1 基坑典型断面设计图（尺寸：mm，标高：m） Fig.1 Typical sectional design of foundation pit（dimensions：mm，elevation：m）

为了确保工程、周边管线及建筑物的安全，从施工开始到结束，针对基坑周边两倍基坑开挖深度范围内的地表、管线、建筑物、12号线嘉善路站附属结构进行了变形监测，监测点布置图如图2所示，监测项目及预警值如表2所示。

图2 监测点布置图Fig.2 Monitoring point layout

表2 监测项目及预警值Table 2 Monitoring project and warning value

根据工程地质勘察报告和支护结构设计方案，采用Flac^3d软件建模分析。考虑到坑角效应会对数值模拟的结果产生影响，取距离坑角20 m外的标准段建立数值模型，模型宽度为44 m。根据圣维南原理，模型的水平边界距离地下连续墙的距离不小于基坑挖深的5倍，模型的高度一般取挖深的2~4倍。如图6所示，模型的尺寸为374 m×44 m× 80 m。在数值模拟分析中，地下连续墙、排桩和内支撑均采用弹性模型，弹性模量为28 GPa，泊松比取0.2。土层和基坑裙边的加固区均采用Mohr-Coulomb弹塑性模型，各土层参数按照表1选取。坑内加固采用三轴搅拌桩，加固形式为格栅式加固，可根据面积置换率近似计算得到加固范围内水泥土桩及土的平均力学参数。加固体计算参数可按照《基坑工程手册》中的加固等效公式确定，表3为得到的加固体力学参数。

图6 Flac3d模型图Fig.6 Flac3d model

表3 加固材料参数Table 3 Reinforcement material parameters

由于地下连续墙采用混凝土材料，其变形模量与土体的差异较大，可设置接触单元来模拟地下连续墙与土体之间发生滑动分离的界面行为。接触面的切线方向服从Mohr-Coulomb破坏准则，界面单元参数取值如表4所示。

表4 模型界面单元参数表Table 4 Model interface element parameters

选取基坑北部的监测点P03，将监测值与模拟结果进行对比，如图7所示。该监测点最大水平位移的监测值为21.05 mm，模拟值为20.96 mm，监测值与模拟值十分接近，验证了模型参数合理性。

图7 P03处水平位移监测值与模拟值对比Fig.7 Comparison between the monitoring value and the simulated value of the horizontal displacement at P03

地下连续墙的厚度是围护设计的重要参数，监测数据表明，基坑开挖完成后围护结构部分区域的侧向位移均小于预警值。这说明原设计方案偏保守，存在优化空间。故本节将数值模型中地下连续墙的厚度分别修改为600 mm和800 mm与实际墙厚1000 mm进行对比。

图8 不同厚度的地下连续墙对侧移量的影响Fig.8 Influence of underground diaphragm walls with different thicknesses on lateral displacement

图8为基坑开挖至坑底时，不同厚度的地下连续墙对侧移量的影响。随着墙厚的减小，墙身的侧移量明显增大，如将地下连续墙厚度由1000 mm减小至800 mm和600 mm，墙厚分别减少了20%和40%，墙身的最大侧移量由18.09 mm增大为27.13 mm和37.99 mm，地下连续墙的最大侧移量均超过预警值。这说明改变地下连续墙的厚度对控制围护结构侧向变形效果明显，地连墙厚度宜取1000 mm。

图9是不同厚度的地下连续墙对墙后土体沉降的影响关系曲线。随着地下连续墙的墙厚的增加，墙后土体的最大沉降量逐渐减小，沉降区域影响范围在距离地下连续墙仍在两倍深开挖深度处，墙后地表最大沉降点也仍在0.5倍开挖深度处。墙后土体沉降情况受地下连续墙墙厚的影响较明显。

地下连续墙墙厚由1000 mm调整为800 mm和600 mm，墙后土体的最大沉降量由12.24 mm增加到15.91 mm和22.03 mm。这说明减小地下连续墙的厚度不利于控制围护结构的侧向变形，墙后地表沉降量明显增大。

图9 不同厚度的地下连续墙对墙后土体沉降的影响Fig.9 Influence of underground diaphragm walls with different thicknesses on the settlement of soil behind walls

地下连续墙的深度是围护设计的重要参数，该节将数值模型中地下连续墙的深度分别修改为28 m、30 m、32 m，与实际情况的34 m进行模拟分析和对比。图 10为基坑开挖至坑底时，不同深度的地下连续墙对侧移量的影响，墙身的最大侧移量在开挖面附近，墙顶和墙底的位移量都较小，其破坏由地下连续墙的强度和变形控制。

图 10 不同深度的地下连续墙对侧移量的影响Fig.10 Influence of underground diaphragm walls with different depths on lateral displacement

随着地下连续墙深度的减小，墙身的侧移量逐渐增大，地下连续墙的深度由34 m减小至32 m和30 m，埋深分别减小了约5.8%和11.7%，墙身的最大侧移量由20.5 mm增大至21.17 mm和21.99 mm，仅增大了3.2%和7.2%。若将地下连续墙的深度减小至28 m，墙身的最大侧移量为24.67 mm，增大了20.3%。且侧移量超过了预警值，埋深过小会导致地下连续墙底部的侧移量迅速增大，影响围护结构的稳定性。因此建议将地下连续墙的深度减小至30 m。

基坑支护不仅要保证基坑本身的安全与稳定，还要控制基坑周围土层的变形。图 11是不同深度的地下连续墙对墙后土体沉降的影响关系曲线，沉降曲线呈“凹槽”状，地下连续墙的埋深增加，墙后土体的最大沉降量逐渐减小，沉降区域影响范围在距离地下连续墙2倍深开挖深度处，墙后地表最大沉降点在0.5倍开挖深度处。

图 11 不同深度的地下连续墙对墙后土体沉降的影响Fig.11 Influence of underground diaphragm walls with different depths on settlement of soil behind walls

墙后土体沉降曲线受地下连续墙埋深的影响较明显。地下连续墙埋深由34 m调整为32 m、30 m和28 m，最大沉降量由12.24 mm增长为12.85 mm、13.2 mm和15.9 mm。这可能是由于嵌固深度不足，导致坑内土体隆起，墙后地表出现较大沉降。

本节将探究第一道内支撑的截面尺寸对基坑变形的影响。图 12为不同内支撑截面尺寸对侧移量的影响曲线，围护结构设计方案中第一排内支撑采用900 mm×800 mm的C30钢筋混凝土结构，如将第一道内支撑截面尺寸更改为800 mm×800 mm，截面积减小了11.1%，墙身的最大侧移量由18.08 mm增大至20.80 mm，增大了15.04%，但未达到预警值。若内支撑截面尺寸更改为700 mm×800 mm，截面积减少22.2%，墙身的最大侧移量为25.32 mm，增长了40.0%，超过了基坑监测的预警值。

图 12 不同内支撑截面尺寸对侧移量的影响Fig.12 Influence of internal support with different cross-sectional dimension on lateral displacement

图 13 不同内支撑截面尺寸对墙后土体沉降的影响Fig.13 Influence of internal support with different cross-sectional dimension on settlement of soil behind walls

图 13为不同内支撑截面尺寸对墙后土体沉降的影响曲线，如将第三道内支撑截面尺寸由900 mm×800 mm更改为800 mm×800 mm和700 mm× 800 mm，墙后土体沉降从11.02 mm变为11.57 mm和13.22 mm。根据模拟结果，可将第一道内支撑的截面尺寸减小为800 mm×800 mm，基坑的侧向变形量和墙后土体沉降量均小于基坑监测预警值，满足设计要求。