戚 婷

隨著城市建設的發(fā)展,高層建筑在經濟和科技的有力保障下突飛猛進,在現代城市建設中所占據的比例越來越高。基坑圍護建設占總投資的比例呈逐步上升趨勢,因此基坑圍護設計優(yōu)化直接影響到工程投資及施工難易程度。而高層建筑的周邊環(huán)境一般較為復雜,鄰近在建和已建的多層、高層建筑眾多,市政管線分布復雜,為保證高層主體結構的順利進行,基坑圍護是關鍵的一步,關系到整體工程的成敗。

1 工程概況

某高層建筑主體結構為一幢29層的塔樓,4層裙樓,其塔樓建筑高約120 m。由辦公、商業(yè)、地下車庫、設備機房等功能組成。主體結構均設置3層地下室,基礎采用樁筏基礎,基礎底板面設計相對標高為-13.400 m,主樓基礎底板普遍厚度為2.5 m;裙樓基礎底板厚度為1.2 m。本工程基坑總面積約10 250 m2,基坑周長約450 m。主樓基礎開挖深度約為15 m,裙樓基礎開挖深度約為14 m?；幽蟼鹊缆废掠姓谶\營的東西走向分布的軌道交通區(qū)間隧道,主體結構基坑周邊環(huán)境與鄰近軌道交通平面關系如圖1所示。軌道交通區(qū)間隧道底部埋深約為14.7 m～16.4 m,隧道外徑約為6.2 m,分上行和下行兩條線路,隧道最近處距離本工程的地下室外墻邊線10.4 m～13.6 m,在基坑設計及施工中須引起足夠重視并給予重點保護。

2 工程地質條件及土層力學指標

擬建設場地地勢平坦,地面標高一般在2.45 m～3.25 m之間,地坪平均標高約為+2.800。場地淺層地下水屬潛水類型,主要補給來源為大氣降水和地表徑流,水位隨季節(jié)變化而變化。測得地下水位在地表以下0.40 m～1.60 m。設計計算水位埋深取0.5 m?；庸こ逃绊懛秶鷥鹊耐翆幼缘孛嫱麓笾驴煞譃?層,各層力學參數見表1。第③層局部夾粉性土及薄層粉砂,施工時易產生流砂、管涌等不良地質現象。第⑦層為第一承壓含水層,承壓水水位呈幅度不等的周期性變化,根據區(qū)域觀測資料,承壓水水頭埋深為地表下3.0 m～11.0 m。在勘察期間,⑦層承壓水水位埋深為8.5 m～8.75 m,第⑦層層頂埋深約為32 m～40 m。

表1 土層物理力學參數表

3 軌道交通隧道保護要求

由于降水、堆載等各種荷載和加載的建筑活動對軌道交通設施的綜合影響,軌道交通隧道保護必須符合以下標準：

1)在地鐵工程(外邊線)兩側的鄰近3.5 m范圍內不能進行任何工程。2)地鐵結構設施絕對沉降量及水平位移量不大于18 mm(包括各種加載和卸載的最終位移量)。3)隧道變形曲線的曲率半徑 R≥16 000 m。4)相對彎曲不大于1/2 600。5)由于建筑物垂直荷載(包括基礎地下室)及降水、注漿等施工因素而引起的地鐵隧道外壁附加荷載不大于18 kPa。6)由于打樁振動、爆炸產生的震動對隧道引起的峰值速度不大于2.6 cm/s。

4 設計方案優(yōu)化

由于本工程基坑周邊環(huán)境復雜,尤其是對變形極為敏感的軌道交通區(qū)間隧道,在基坑圍護方案設計中,提出了方案一“整體順作法”,經過對基坑工程初步方案的優(yōu)化,形成了方案二“分區(qū)順作法”,方案如圖2所示。

方案一(整體順作法)：基坑周邊設置“兩墻合一”地下連續(xù)墻圍護結構,靠近地鐵交通隧道側采用T形槽段地墻,在坑內架設三道臨時鋼筋混凝土水平內支撐系統。

方案二(分區(qū)順作法)：基坑周邊設置“兩墻合一”地下連續(xù)墻圍護結構,并在坑內靠近地鐵隧道側設置臨時隔斷地下連續(xù)墻將基坑分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩部分。然后采用順作法在距離地鐵較遠的Ⅰ區(qū)架設三道臨時鋼筋混凝土水平內支撐系統,順作施工完成部分塔樓地下結構后,再依次在Ⅱ區(qū)架設四道臨時混合水平內支撐系統,順作施工完成全部地下室。

1)“整體開挖”和“分區(qū)開挖”方案的優(yōu)化選擇：本工程基坑面積較大,將基坑分區(qū)施工,可縮短迎軌道交通側的基坑開挖暴露范圍,降低了基坑整體開挖實施過程中大范圍卸土對地鐵線等周邊環(huán)境的空間效應影響,優(yōu)于基坑整體開挖的方案。具體的分區(qū)見圖2,首先施工面積較大的Ⅰ區(qū)遠離地鐵隧道;其后施工的狹長形的Ⅱ區(qū)基坑面積小,地鐵隧道的附加變形影響更加容易得到控制。

2)“順作法”和“逆作法”方案的優(yōu)化選擇：本工程如采用“逆作法”方案進行圍護結構設計,水平支撐剛度增大,有利于控制圍護體水平變形。但本工程基坑面積較大,水平結構分塊施工的時間遠大于單道臨時支撐,增加了鄰近地鐵側圍護體的無支撐暴露時間,不利于對鄰近地鐵隧道的保護。為了減小對鄰近地鐵線區(qū)間隧道的影響,采用“順作法”基坑圍護方案設計。

3)“十字正交對撐”和“對撐結合角撐邊桁架”方案的優(yōu)化選擇：“對撐結合角撐邊桁架”的支撐體系平面開口位置大,利于土方開挖,但整體水平剛度小于“十字正交對撐”體系。考慮對地鐵隧道的保護,結合目前已建工程的成功實踐,在本工程采用“十字正交對撐”形式的支撐體系進行基坑圍護方案的設計。

鑒于以上設計優(yōu)化的思路,本著基坑工程“安全、合理、經濟、可行”的原則,并結合本工程的開挖深度、基坑面積、造價和工期等綜合因素,特別是考慮到本工程對于軌道交通區(qū)間段隧道的保護,選用了“分區(qū)順作”設計方案,將基坑分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩個基坑施工。

5 結語

考慮到本工程基坑開挖將面臨嚴格的地鐵隧道保護要求,將整體基坑分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩部分分別順作實施,對周邊環(huán)境的保護主要體現在以下兩個方面：首先,施工面積較大的Ⅰ區(qū),基坑與地鐵線隧道距離較遠,同時與地鐵間有兩堵地下連續(xù)墻為屏蔽,可將Ⅰ區(qū)施工對地鐵的影響減小到最低程度。其次,在依次開挖施工狹長形的鄰地鐵二號線Ⅱ區(qū)時,縮短了迎地鐵側的基坑開挖暴露范圍,減小了同時開挖的基坑面積,這種施工方法在狹長形的地鐵基坑施工中積累了豐富的經驗,可以降低基坑整體開挖實施過程中大范圍卸土對地鐵線的影響。

[1] GB 50007-2002,國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[2] GB 50009-2001,國家標準建筑結構荷載規(guī)范[S].

[3] GB 50202-2002,國家標準建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范[S].

[4] 朱新勇,周石喜.軟土基坑開挖與支護施工技術[J].山西建筑,2008,34(4)：151-152.