劉 峰，彭朝國

(1．南京大學地球科學與工程學院，江蘇 南京 210093;2．江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

南京雙門樓綜合樓基坑支護設(shè)計與實測研究

劉 峰1，2，彭朝國2

(1．南京大學地球科學與工程學院，江蘇 南京 210093;2．江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

在城市深基坑開挖施工中，鉆孔灌注樁和鋼筋混凝土支撐具有良好的擋土和支護作用，而深層攪拌樁和樁間旋噴樁形成的雙層止水帷幕則具有良好的止水作用。結(jié)合南京某工程實例，利用上述關(guān)鍵技術(shù)解決了城市中心超深基坑的支護設(shè)計及施工問題，取得了較好的安全和經(jīng)濟效益，對類似工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下的深基坑工程有很好的借鑒意義。

砂土深基坑;雙層止水帷幕;基坑監(jiān)測;江蘇南京

0 引言

隨著城市高層建筑、地鐵和重大市政工程建設(shè)的發(fā)展，深基坑工程越來越多，深基坑圍護工程面臨周圍環(huán)境條件復(fù)雜、支護結(jié)構(gòu)形式多樣化等問題已成為當前地基和基礎(chǔ)工程中的熱點和難點問題。而基坑支護往往又是工程施工的重點和難點，具有復(fù)雜性、可變性和臨時性的特點(易曉勇，2010)。因此，如何保證支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的穩(wěn)定就成為深基坑研究的首要問題(趙洪波等，2006)，研究深基坑開挖過程中周圍土體和支護結(jié)構(gòu)隨時空效應(yīng)、地下水位變化而產(chǎn)生的變形特性也顯得日益迫切和重要。筆者根據(jù)基坑開挖施工過程中獲得的實測數(shù)據(jù)，對超深基坑工程支護以及止水帷幕的設(shè)計施工方案進行了可行性驗證，并分析和研究了支護結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、基坑周圍土壓力以地下水位的變化。

1 工程概況

南京某公司雙門樓綜合樓基坑工程位于虎踞路以東、中山北路以南、雙門樓路以北的三角地塊。擬建綜合樓地上29層，地下3層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深約－16.00m。

1．1 工程地質(zhì)條件

本工程基坑部分影響范圍內(nèi)的土層自上而下依次為：①-1雜填土，①-2素填土，②-1粉土，②-2粉砂，②-3粉土，②-4粉砂，②-5粉砂，③粉質(zhì)黏土。各層土的物理力學指標如表1所示。

1.2 水文地質(zhì)條件

與本工程有關(guān)的地下水類型屬孔隙潛水，主要賦存于①、②土層中。施工期間測得初見地下水位埋深為1.80m～2.30m，穩(wěn)定地下水位埋深為1.50m～2.00m，年變幅為1.00m左右，建設(shè)最高水位按場區(qū)整平后地表下0.5m考慮。

2 基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計

2.1 方案設(shè)計

根據(jù)周邊環(huán)境要求、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及基坑挖深，綜合確定本工程側(cè)壁安全等級為一級。沿基坑周邊采用φ1000@1200鉆孔灌注樁加3層鋼筋混凝土支撐作為支護結(jié)構(gòu);采用三軸深攪樁和樁間旋噴樁形成的雙層止水帷幕止水，坑內(nèi)采用管井降水，并對施工過程中多種質(zhì)量保證措施提出了嚴格的要求(圖1)。

2.2 理論計算

本工程采用理正深基坑設(shè)計軟件，對不同剖面進行了計算設(shè)計：基坑各區(qū)段均采用3層錨桿支護，bcd區(qū)段和def區(qū)段采用一級放坡，各區(qū)段的垂直高度和嵌固深度如表2所示。通過計算可知，混凝土支撐的土壓力主要集中在中下部，第2層和第3層支撐軸力分別為7 264.84kN和7 206.76kN，第1層支撐軸力只有1 474.40kN(表3)。

表1 土的物理力學指標

圖1 基坑支撐體系平面與監(jiān)測點布置圖

表2 基坑理論計算結(jié)果匯總表

表3 基坑內(nèi)支撐軸力計算結(jié)果

3 基坑開挖過程實測與研究

深基坑開挖會引起周邊土體變形，對基坑圍護結(jié)構(gòu)和環(huán)境產(chǎn)生影響，嚴重時將影響結(jié)構(gòu)的正常使用，甚至導致結(jié)構(gòu)本身或周邊環(huán)境破壞等事故。造成資金的重大損失和人員傷亡，在深基坑工程建設(shè)中不乏這方面的慘重教訓(王浩等，2006;二灘水電開發(fā)有限責任公司，1999)。在施工過程中，可以利用監(jiān)測系統(tǒng)采集支撐軸力、坑外地下水位、基坑深層土體位移和路面沉降等相關(guān)信息，通過分析這些信息，可以從中找出事故隱患，進而開挖前采取措施避免事故的發(fā)生。

3.1 施工監(jiān)測的目的(楊淑娟等，2006)

(1)將監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值比較，以判斷前一步施工工藝和施工參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定和優(yōu)化下一步的施工參數(shù)，做好信息化施工。

(2)將現(xiàn)場測量結(jié)果用于信息化反饋優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計達到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟合理、施工快捷的目的。

(3)將現(xiàn)場監(jiān)測的結(jié)構(gòu)與理論預(yù)測值比較，然后采用反分析法導出更接近實際的理論公式，用以指導其他工程。

3.2 監(jiān)測布置

監(jiān)測點布置按照監(jiān)測方案和現(xiàn)場施工實際情況進行布置，主要圍繞工程支護結(jié)構(gòu)(基坑開挖會引起的變形和內(nèi)力)進行，觀測點主要布置在支護結(jié)構(gòu)受力大、相對薄弱的位置。由于本工程位于南京市中心，基坑條件及周邊環(huán)境均比較復(fù)雜，為確?；庸こ淌┕ぶ兄ёo結(jié)構(gòu)自身與鄰近建筑及周圍地下設(shè)施的安全，基坑支護設(shè)計布置了完整的監(jiān)測體系，其監(jiān)測點的布置如圖1所示，并提出了具體的監(jiān)測要求和各項預(yù)警指標，主要監(jiān)測項目如表4所示，監(jiān)測與測試的控制允許值如表5所示。

表4 主要監(jiān)測項目

3.3 監(jiān)測時間及頻次

通常情況下，基坑監(jiān)測的周期為2d。當變形超過有關(guān)標準或場地變化較大時，應(yīng)加密監(jiān)測次數(shù);當大雨、暴雨或基坑荷載條件改變時應(yīng)及時監(jiān)測;當有危險事故征兆時應(yīng)連續(xù)觀測。根據(jù)該工程的工期進度安排，基坑監(jiān)測時間與基坑施工保持同步。在開挖卸載急劇期間監(jiān)測頻次大約2d 1次，其余時間為3d～5d 1次，間隔時間需要根據(jù)工程實際情況適當調(diào)整。

3.4 基坑監(jiān)測結(jié)果分析

3.4.1 支撐軸力監(jiān)測 部分支撐軸力監(jiān)測結(jié)果(ZC3、ZC8、ZC15)如圖2所示。第1層支撐隨著土方開挖軸力逐漸增大，至第2層支撐完成后軸力明顯減弱，隨著基坑開挖軸力又逐漸增大。第2層支撐軸力隨著基坑開挖的加深，由于深層土體向基坑位移逐漸加大，第2層支撐受力逐漸加大，并明顯大于第1層支撐。第3層支撐完成后，隨著基坑開挖深度的增加，軸力逐漸加大，砼墊層澆筑完成后，3層軸力逐漸穩(wěn)定，其中累計變化量最大值為ZC7，其值為5 451.3kN＜6 104.47kN(報警值)。

表5 監(jiān)測與測試的控制允許值

圖2 部分支撐軸力變化－時間曲線

3.4.2 坑外地下水位監(jiān)測 部分觀察井地下水位變化(SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6)如圖 3 所示。從圖3可以看出，隨著基坑開挖深度的加深，坑外水位也隨著下降，并逐漸趨于穩(wěn)定。根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果，累計變化量最大點為 SW3，這主要是由于SW3抽水量較大導致的，所以后期采用小功率的抽水設(shè)備進行抽水，最后各觀測井的地下水位逐步趨于穩(wěn)定。

3.4.3 基坑深層土體位移監(jiān)測 基坑深層土體位移監(jiān)測CX1處的位移隨時間變化曲線如圖4所示。從圖4可以看出，土體在基坑頂部和底部的位移累計值相對較小，中間部分的位移累計值大，并且最大值在距基坑頂部為8.0m左右，即第2層支撐所在位置，這與支撐軸力計算結(jié)果相符合，并且最大累計位移為D7，其累計位移值為18.2mm＜25mm(報警值)，能夠保證基坑的正常開挖。

圖3 觀察井地下水位變化量－時間曲線(+為下降，－為上升)

圖4 基坑深層土體位移變化圖

圖5 周圍建筑物的沉降－時間曲線

3.4.4 沉降監(jiān)測 本工程的沉降監(jiān)測主要是指周圍道路、地下管線、建筑物等的沉降監(jiān)測。周圍建筑物的沉降變化如圖5所示。從圖5可以看出，由于基坑的開挖，周圍的建筑物都出現(xiàn)了不同程度的沉降。剛開始時的沉降量很小，隨著基坑的開挖，周圍建筑的沉降量也隨之增加，但在基坑開挖完成之后可以明顯地看出周圍建筑物的累計沉降量已趨于穩(wěn)定。其中H12監(jiān)測點的累計沉降量最大，其值為8.9mm＜15mm(報警值)。結(jié)果顯示，基坑的開挖對周圍建筑物沉降的影響處于安全狀態(tài)。

基坑開挖對于周圍道路、地下管線的影響與對周圍建筑物的影響是一致的，并且都控制在報警值之內(nèi)。

3.4.5 基坑止水帷幕實施效果 本工程場地內(nèi)以砂性土為主，開挖深度大，止水和降水的有效性是保證基坑工程成功的關(guān)鍵，基坑支護采用三軸深攪樁和樁間旋噴樁形成的雙層止水帷幕止水，坑內(nèi)采用管井降水，并在施工過程中采取多種措施保證施工質(zhì)量，所以基坑開挖過程中沒有出現(xiàn)滲透情況。

4 結(jié)語

介紹了南京某公司雙門樓綜合樓基坑設(shè)計及施工監(jiān)測。開挖過程和監(jiān)測結(jié)果表明，本工程支護結(jié)構(gòu)、止水帷幕和降水體系的設(shè)計較為合理，對類似工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的基坑工程有一定的借鑒意義。

(1)砼灌注樁加3層鋼筋混凝土支撐組成的支護結(jié)構(gòu)整體剛度大，能很好地控制支護結(jié)構(gòu)的變形，保證基坑和外圍環(huán)境的安全。

(2)雖然支撐軸力實測值接近、甚至超過計算值，但未達到報警值，所以，支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)具有一定的安全儲備。

(3)在特定條件下，實行有效的坑外控制性降水，可以減少支護結(jié)構(gòu)的壓力，增加安全度并降低造價，同時，產(chǎn)生的附加沉降是可控的，不會影響環(huán)境的安全。

(4)以砂性土為主的超深基坑，止水和降水的有效性是保證基坑工程成功的關(guān)鍵，本工程首次在南京地區(qū)采用三軸深攪樁和樁間旋噴樁形成的雙層止水帷幕止水獲得了成功，表明這是一種較好的止水方式。

二灘水電開發(fā)有限責任公司.1999.巖土工程安全監(jiān)測手冊［M］.北京：中國水利水電出版社.

王浩，覃衛(wèi)民，湯華.2006.關(guān)于深基坑施工期監(jiān)測現(xiàn)狀的一些探討［J］.巖土工程學報，28(B11)：1789－1793.

楊淑娟，張明義，宮月竹.2006.基坑支護工程的若干問題探討［J］.青島理工大學學報，27(4)：23－26.

易曉勇.2010.基坑支護設(shè)計的探討研究［J］.城市建設(shè)，(6)：185.

趙洪波，茹忠亮.2006.基坑支護設(shè)計優(yōu)化研究［J］.巖土工程學報，28(B11)：1525 －1528.

Deep foundation timbering design and monitoring for Shuangmenlou Building in Nanjing

LIU Feng1，2，PENG Chao-guo2

(1．School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing 210093，China;2．East China Geological Exploration Bureau of Nonferrous Metals，Jiangsu Province，Nanjing 210007，China)

During the construction of deep foundation excavation in urban area，cast-in-situ bored pile and reinforcement concrete were provided with retaining and supporting function and deep stir pile and meso-pile rotary jet grouting pile formed a dual water-proof curtain，the curtain possessed a fine water-proof effect．Based on the case study in Nanjing，the authors generated solutions on the supporting design and site construction for deep foundation pit by using cast-in-situ bored pile and reinforcement concrete as well as deep stir pile and meso-pile rotary jet grouting pile technologies．

Sandy clay deep foundation pit;Double waterproof curtain;Foundation pit monitoring;Nanjing，Jiangsu

TU473.2

A

1674－3636(2011)03－0322－06

10．3969/j．issn．1674-3636．2011．03．322

2011－05－27;編輯：蔣艷

劉峰(1966—)，男，高級工程師，長期從事巖土工程、勘察工程領(lǐng)域技術(shù)及管理研究，E-mail：liufeng0070@126．com