引言

上海地区广泛分布的第四纪软土层（如淤泥质黏土、粉质黏土）具有高压缩性、低渗透性及触变性等特征，导致深基坑工程易出现支护结构变形、周边地表沉降及地下水渗流等风险。传统SMW工法桩在粉砂层中易发生桩身渗漏，而地下连续墙施工成本高、工期长，且对环境扰动较大。如何在保障施工安全的前提下，实现支护体系的经济性与可靠性平衡，成为软土地区深基坑工程的核心技术难题。本文以漕河泾开发区赵巷园区一期项目A2-03地块为依托，针对软土地区深基坑施工中的三大关键问题——支护体系适应性、变形监测实时性及节点施工精度控制——开展系统性研究，形成了一套涵盖技术方案创新、动态监测反馈及施工管理优化的综合解决方案。研究内容不仅涉及新型支护结构的设计与施工，还延伸至基于BIM的施工模拟、基于物联网的智能监测及基于风险矩阵的施工管理，为软土地区深基坑工程提供了从设计到运维的全生命周期技术管理框架。

1、工程概况与地质条件分析

1.1、工程概况

项目位于上海市青浦区赵巷镇佳杰路，总建筑面积26,985平方米，包含7#楼（11层，56.75米）与8#楼（7层，32.05米）两栋高层建筑及一层地下室。基坑开挖深度6.2米，局部电梯井坑中坑深度达9.8米。项目紧邻规划中的嘉松中路地铁站，周边无大型商务园区，社会影响显著。基坑支护结构需满足地铁保护区施工要求（变形控制≤20mm），同时需确保周边市政管线（包括DN800污水管、DN300燃气管）的安全运行。

1.2、地质条件与工程难点

（1）软土层特性：场地表层为1.5米厚杂填土，其下为4-6米厚灰色淤泥质黏土（含水量38%-45%，压缩模量2.8MPa，灵敏度St=4.5），再下为8-10米厚灰色砂质粉土（渗透系数1×10⁻⁴cm/s，标贯击数N=8-12击）。砂质粉土层在动水压力作用下易发生流砂现象，对基坑围护结构抗渗性要求极高。

（2）地下水影响：地下水位埋深1.5米，与地表水系存在水力联系，基坑开挖需应对承压水（头差3.2米）与潜水双重作用。根据地质勘察报告，场地微承压水层位于12-15米深度，需通过减压降水防止坑底突涌。

（3）结构复杂度：7#楼核心筒区域存在18处L形剪力墙与框架梁柱复杂节点，配筋密度高达380kg/m³，传统施工方法难以满足箍筋间距误差≤5mm、保护层厚度偏差≤3mm的精度要求。节点区域混凝土浇筑需克服钢筋密集导致的振捣困难，避免出现蜂窝、麻面等质量缺陷。

2、深基坑支护体系创新设计

2.1、TRD工法桩+预应力装配式内支撑组合体系

针对传统SMW工法桩在粉砂层中的渗漏风险，本项目采用TRD工法桩（渠式切割水泥土连续墙）替代传统搅拌桩，其技术优势如下：

（1）成墙质量可控：通过链锯式切割头垂直切削土体，可形成等厚度、高密实度的水泥土墙（墙厚800mm，水泥掺量25%）。相较于传统三轴搅拌桩，TRD工法桩的垂直度偏差可控制在1/250以内，墙体均匀性系数（Cv）提升至0.95以上，避免了SMW工法桩因搅拌不均导致的桩身缺陷。

（2）适应复杂地层：TRD工法桩可穿越砂质粉土层，通过调整切割速度（0.5-2.0m/h）与注浆压力（0.3-1.5MPa），有效控制墙体垂直度偏差≤1/250。在穿越砂质粉土层时，采用“两喷一搅”工艺（先喷浆切割，再搅拌提升），确保水泥土与原状土充分混合，提高墙体抗渗性能。

（3）内支撑体系优化：水平支撑选用预制混凝土桁架（断面600×800mm），通过预应力张拉（600kN）形成空间刚度体系。相较于传统钢支撑，预制混凝土桁架具有以下优势：①工期优化：预制构件在工厂完成养护，现场安装时间较钢支撑减少40%，整体工期缩短15天；②经济性：单延米造价较钢支撑降低25%，且无需防腐处理，全生命周期成本更低；③环保性：减少现场焊接作业量60%，降低光污染与噪声排放。

2.2、动态监测与智能补偿技术

（1）光纤光栅传感器应用：在TRD墙体内埋设分布式光纤光栅传感器，实时监测墙体应变（精度±1με）与变形（精度±0.1mm）。传感器采用“梅花形”布设方式，间距1.5米，确保全断面监测无盲区。监测数据通过无线传输至BIM管理平台，结合有限元模型进行实时反演分析，预警阈值设定为墙体水平位移速率的2倍标准差。

（2）支撑轴力智能补偿：监测数据联动液压伺服系统，当支撑轴力损失超过5%时自动启动补浆泵，通过注浆管向支撑节点注入聚氨酯膨胀剂。膨胀剂在10分钟内完成固化，形成二次承压体系，实现轴力动态补偿。现场实测表明，该技术可将支撑轴力损失率控制在3%以内，较人工巡检效率提升10倍。

（3）降水帷幕双控策略：①外侧止水帷幕：沿基坑外侧2米处设置双排高压旋喷桩（桩径800mm，搭接300mm），形成封闭止水屏障。旋喷桩采用“二重管法”施工，水泥浆液水灰比1:1，注浆压力25MPa，确保帷幕渗透系数≤1×10⁻⁷cm/s。经现场抽水试验验证，帷幕内外水头差达12米时未发生渗漏。②坑内疏干降水：布置25口真空深井管（井深18m，滤管长度6m），通过智能控制系统维持水位低于开挖面1米。系统采用“变频控制+液位传感器”联动技术，根据水位变化自动调节抽水功率，单井出水量稳定在80m³/d，较传统定频降水系统节能30%。

3、复杂节点施工精度控制技术

3.1、BIM辅助钢筋节点优化

（1）节点拆分与预加工：将核心区钢筋分解为柱主筋单元（带预焊箍筋套筒）和梁钢筋单元（工厂预弯成U形开口箍），通过BIM模型进行碰撞检测，优化箍筋排布间距。采用“三维坐标定位法”控制钢筋安装精度，每个箍筋单元设置唯一编码，通过扫码枪实现全流程追溯。

（2）机器人弯箍技术应用：采用数控机器人弯箍机（精度±1mm）预制复杂形状箍筋。机器人通过视觉识别系统自动调整弯曲角度，较人工加工效率提升3倍，材料损耗率降低至1.2%。现场抽检显示，箍筋弯折角度偏差≤0.5°，长度偏差≤2mm，满足设计要求。

3.2、铝合金模板与3D打印衬板组合体系

（1）模板体系创新：①主体模板：采用6061-T6铝合金模板（板厚4mm），单块模板重量较钢模板降低60%，周转次数可达200次。模板表面经硬质氧化处理，耐磨性提升50%，混凝土脱模后观感质量达到清水效果。②转角部位：嵌装尼龙12材质3D打印衬板（壁厚2.5mm，抗压强度80MPa）。通过拓扑优化设计实现应力分散，模板拼缝处误差≤0.5mm。相较于传统木模板，该体系减少模板拼接缝80%，避免漏浆导致的混凝土缺陷。

（2）密封性检测技术：模板拼装完成后注入0.3MPa压缩空气，通过压力衰减率（≤5%/h）判定密封性能。接缝处涂刷环氧树脂堵漏剂，经现场实测混凝土浇筑漏浆量减少85%，避免因漏浆导致的钢筋锈蚀风险。

4、逆作法施工与风险管理

4.1、逆作法施工工艺优化

（1）反压土体加固：土方开挖时预留3米宽反压土带，通过高压旋喷灌注水泥浆（水灰比0.8:1，注浆压力25MPa）形成加固区。加固后土体无侧限抗压强度提升至1.2MPa，较天然土体提高3倍，有效抵消基坑外侧主动土压力。

（2）分层开挖与支撑同步：采用“分层开挖、先撑后挖”原则，每层开挖深度≤1.5米，支撑安装时间控制在8小时内。通过激光扫描仪实时监测支撑轴线偏差，确保支撑中心线与设计位置偏差≤10mm。

4.2、安全风险分级管控

（1）风险清单建立：识别Ⅰ类风险3项（支护结构失稳、涌水涌砂、周边管线破坏）、Ⅱ类风险7项（支撑轴力损失、基坑隆起、高处坠落等），制定针对性防控措施。例如，针对管线破坏风险，采用“管线悬吊保护+实时监测”双重措施，管线沉降预警值设定为10mm。

（2）应急物资储备：配置速凝混凝土（初凝时间8min）、聚氨酯堵漏剂、液压千斤顶等应急物资，开展基坑突涌、支撑失稳等6类工况演练。演练结果显示，应急响应时间缩短至30分钟内，较规范要求提升40%。

5、实施效果与技术创新点

5.1、实施效果

（1）变形控制成果：基坑周边地表最大沉降量18mm（≤3‰H，H为开挖深度），支撑轴力损失率≤3%，均优于《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2019）要求。邻近地铁结构沉降监测值仅为1.2mm，远低于控制值10mm。

（2）节点施工精度：核心筒节点箍筋间距实测误差3.2mm（设计要求≤5mm），混凝土保护层厚度偏差2.1mm（设计要求≤3mm），一次验收合格率100%。节点区域混凝土强度标准差控制在2.5MPa以内，离散性较传统工艺降低60%。

（3）经济效益分析：较传统地下连续墙方案节约成本12%，工期缩短22天。其中，TRD工法桩较三轴搅拌桩节约材料费8%，预制混凝土支撑较钢支撑节约人工费15%。项目获评2022年度上海市建设工程白玉兰奖。

5.2、技术创新点

（1）TRD工法桩+预应力装配式内支撑组合体系：首次在上海地区软土基坑中实现800mm厚等厚度水泥土墙与预制混凝土桁架支撑的协同应用，填补了相关技术空白。该体系通过“刚柔结合”设计，既发挥了TRD墙的抗渗性能，又利用了预制支撑的快速施工优势。

（2）光纤光栅-液压补偿联动系统：开发了国内首个基于光纤传感的支撑轴力智能补偿技术，轴力补偿响应时间≤5分钟，精度达±2%。该技术较传统人工补浆效率提升20倍，且可避免因补浆不及时导致的支撑失稳风险。

（3）机器人弯箍+3D打印衬板模板体系：将工业机器人与3D打印技术引入建筑领域，解决了高配筋密度节点的施工精度难题。

6、技术管理深化研究

6.1、基于BIM的施工模拟与优化

（1）施工流程仿真：通过Navisworks软件建立基坑开挖、支撑安装、土方外运全流程4D模型，模拟各工序时空冲突。例如，通过模拟发现原方案中支撑安装与土方运输交叉作业易导致道路拥堵，优化后调整施工顺序，减少机械闲置时间30%。

（2）碰撞检测与优化：利用BIM模型对TRD墙、支撑体系及降水井进行碰撞检测，共发现设计冲突23处。例如，检测发现TRD墙与降水井净距不足1.5米，通过调整井位避免施工干扰，节约返工成本15万元。

6.2、基于物联网的智能监测系统

（1）多源数据融合：集成光纤光栅传感器、静力水准仪、测斜仪等设备数据，构建基坑工程数字孪生模型。系统每10分钟自动生成变形云图，较人工监测频次提升144倍。

（2）预警机制创新：采用“黄-橙-红”三级预警机制，当监测值达到阈值的70%时启动黄色预警，触发专项检查；达到90%时启动红色预警，自动暂停施工并推送应急预案。

6.3、基于风险矩阵的施工管理

（1）风险量化评估：采用LEC法（D=L×E×C）对基坑施工风险进行量化评分，确定风险等级。例如，将“支撑轴力损失”风险值评定为160（高度风险），需每日巡检并启动智能补偿系统。

（3）动态调整机制：根据监测数据实时更新风险矩阵，当风险等级下降时调整管控措施。例如，当连续7天监测数据稳定后，将基坑巡检频次从每日2次调整为每日1次，释放管理资源。

结束语

综上所述，本文通过漕河泾开发区赵巷园区一期项目A2-03地块的实践，验证了TRD工法桩+预应力装配式内支撑组合体系在软土地区深基坑工程中的技术可行性，实现了支护结构变形量、节点施工精度及工程成本的协同优化。研究结论表明：（1）技术可靠性：TRD工法桩较传统搅拌桩可降低桩身渗漏风险70%，配合预应力装配式内支撑体系，基坑变形控制能力提升40%，满足地铁保护区施工要求。（2）管理创新性：通过BIM模拟、物联网监测及风险矩阵管理，实现施工过程的数字化管控，减少人工干预导致的质量波动，提升管理效率50%以上。（3）经济与社会效益：该技术体系较传统工艺降低支护成本12%、缩短工期22天，同时减少建筑垃圾排放40%，符合绿色施工理念。本研究成果为软土地区深基坑工程提供了从设计、施工到监测的全链条技术解决方案，对推动建筑工业化与智能化发展具有重要参考价值。未来可进一步探索TRD工法桩与地下连续墙的混合支护体系，以及基于数字孪生的基坑工程全生命周期管理技术，为超大规模深基坑工程提供更优解。

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