朱景哲 徐慧敏 嚴(yán)海明 徐 偉

1. 同濟(jì)大學(xué)建筑工程系 上海 200092； 2. 朝鮮民主主義人民共和國(guó)平壤建筑綜合大學(xué)建筑工程系 朝鮮平壤 999093

1 工程概況

工程位于浙江地區(qū)大型城市中，基坑影響范圍內(nèi)的工程地質(zhì)土層缺失②砂質(zhì)粉土和④淤泥質(zhì)黏土。項(xiàng)目總建筑面積約16.5 萬(wàn)m2，分為2 個(gè)單體，其中1#樓高近百米，2#樓高約180 m。地下室為3 層，整體相連，建筑面積約為4 萬(wàn)m2。工程地下室基坑開挖面積17 500 m2，開挖深度分別為13.70 m、14.80 m和15.60 m，總土方量約22 萬(wàn)m3，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。

根據(jù)基坑整體特性以及施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，確定支護(hù)形式為：開挖深度在7.40 m以上采用土釘墻或放坡開挖，開挖深度7.40 m以下采用拉錨式排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用3Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁形成基坑外側(cè)止水帷幕。鉆孔灌注樁直徑分別為800 mm和900 mm，中心距分別為1 050 mm和1 150 mm。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

1.1 周邊環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)為一基坑深度基本相同的某大廈工程，兩工程之間的道路需作為運(yùn)土道路；南側(cè)為一新建道路，路面下設(shè)有自來(lái)水管、電力管線和雨水管等，距離基坑圍護(hù)樁約6 m；西側(cè)為尚未開始施工的規(guī)劃道路；北側(cè)靠近地鐵口，相距約25 m（圖1）。

圖1 基坑與周邊環(huán)境關(guān)系平面示意

1.2 地質(zhì)概況

該工程±0.00 m相當(dāng)于黃海標(biāo)高7.00 m，場(chǎng)地相對(duì)標(biāo)高實(shí)為－1.40 m?；佑绊懮疃确秶鷥?nèi)的土層自上而下為：①1雜填土；①2素填土；③1黏質(zhì)粉土；③2砂質(zhì)粉土；⑤黏質(zhì)粉土；⑥淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和⑦粉質(zhì)黏土。本工程區(qū)域內(nèi)主要分3 層地下水，上層地下水性質(zhì)屬潛水，下層地下水性質(zhì)屬承壓水及基巖裂隙水。承壓水分布于下部的⑨1中砂層、⑨2圓礫層中，上部的⑥層、⑦層黏性土是相對(duì)隔水層，構(gòu)成含水層的承壓頂板。承壓水受側(cè)向徑流補(bǔ)給，富水性好，具有明顯的埋藏深、污染少、水量大、流速極慢等特點(diǎn)。潛水含水層的地下水位一般埋深于地表下1.30～2.53 m。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析[1,2]

2.1 計(jì)算模型

由于本工程體量較大，且涉及構(gòu)件非常多，故本文僅選取具有代表性的部分模型進(jìn)行模擬。建立計(jì)算模型尺寸為長(zhǎng)60 m、寬10 m、高30 m。數(shù)值模擬采用摩爾-庫(kù)倫模型，設(shè)定邊界的約束條件為：限定模型四周的水平位移和模型底部的豎向位移，模型頂端則為自由面[1]。同時(shí)，整個(gè)深基坑端部活荷載設(shè)定為20 kN/m2。

數(shù)值模型分析過(guò)程中，在整體開挖前進(jìn)行初始分析，根據(jù)勘察報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)參數(shù)對(duì)不同層次的土體進(jìn)行設(shè)置，并假設(shè)整個(gè)基坑進(jìn)行1 道初始平衡，然后進(jìn)行4 道分段開挖。首先進(jìn)行第1段挖土，深度控制在2.4 m，基坑采用土釘墻進(jìn)行支護(hù)；待前一步達(dá)到穩(wěn)定后，進(jìn)行第2段挖土，其深度控制在5 m；在土釘作業(yè)完成并達(dá)到穩(wěn)定后，進(jìn)行灌注樁的施工作業(yè)，作業(yè)完成后進(jìn)行壓頂梁澆筑，然后進(jìn)行第3段挖土，在灌注樁頂作業(yè)預(yù)應(yīng)力錨桿，等其達(dá)到穩(wěn)定后，進(jìn)行下一層土方的挖土作業(yè)，在最后一道預(yù)應(yīng)力錨桿施工完成并達(dá)到穩(wěn)定后，進(jìn)行最后一層土方挖土作業(yè)直至挖土作業(yè)完成。

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

在基坑開挖前，整個(gè)基坑土體在初始條件下只承受自身重力，其應(yīng)力應(yīng)變較為勻稱?；娱_挖完畢后，數(shù)值模擬所得基坑最大水平向位移為12 mm，最大沉降為12.2 mm。

結(jié)合模型分析可以發(fā)現(xiàn)：開挖后，在土體自重和外加荷載的作用下，整個(gè)基坑周邊出現(xiàn)上部大下部小的水平位移狀況，隨著開挖的跟進(jìn)，土釘墻作業(yè)、排樁施工完成后，樁錨體系也出現(xiàn)水平位移。

另一方面，隨著開挖深度的增加，基坑下部土體的自重應(yīng)力減小，引起坑側(cè)土體的變形增大。在基坑完成后，土體沉降極值出現(xiàn)在土釘墻頂部，這主要是土釘墻在受到荷載后變形不斷增大，使得端部受力加大帶動(dòng)變形的原因。

在工程實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果中，與模型相同位置觀測(cè)點(diǎn)水平向位移數(shù)據(jù)為13.72 mm，沉降為12.20 mm。比較后可以發(fā)現(xiàn)：基坑水平位移數(shù)據(jù)與實(shí)際監(jiān)測(cè)相差12.5%，而基坑沉降數(shù)據(jù)與實(shí)際監(jiān)測(cè)相差11%?；谟?jì)算模型只為實(shí)際工程具有代表性的一部分，且相差均控制在15%范圍內(nèi)，可認(rèn)為處于受控范圍。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案、數(shù)值模擬和監(jiān)測(cè)結(jié)果分析可以看到：上部采用土釘墻、下部采用樁錨體系的設(shè)計(jì)中，樁錨體系會(huì)使土釘墻的受力稍大于設(shè)計(jì)值，主要是因?yàn)闀?huì)形成一個(gè)后續(xù)的受力與位移[2]。

3 主要施工技術(shù)

3.1 支護(hù)施工技術(shù)

3.1.1 土釘墻施工

本工程土釘墻的施工流程為：降水→開挖工作面→修整坡面→噴射第1層混凝土→土釘定位→安設(shè)土釘→注漿→綁扎鋼筋→噴射第2層混凝土→設(shè)置排水管。在土釘墻的施工過(guò)程中，應(yīng)注意以下控制要點(diǎn)：

（a）開挖工作面時(shí)，要分層分段開挖，每段長(zhǎng)度不得超過(guò)25 m，跳段開挖；先開挖道口工作面，待道口土釘完成后再開挖其余部分的工作面。

（b）土方開挖與設(shè)置土釘相協(xié)調(diào)，按照設(shè)計(jì)規(guī)定的分層開挖深度和設(shè)置土釘?shù)捻樞蚍侄伍_挖。

（c）采取任何開挖手段時(shí)，嚴(yán)禁邊坡壁超挖或松動(dòng)邊壁土體。

（d）邊壁土體暴露時(shí)間不得超過(guò)規(guī)定時(shí)限。

3.1.2 土方開挖及回填

由于土體的不均勻，同時(shí)隨著基坑空間擴(kuò)大和加深，在擋土墻外側(cè)土壓力和水壓力的作用下，支護(hù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生變形和位移，因此為確?；雍蛧o(hù)結(jié)構(gòu)的安全，在進(jìn)行土方開挖前需對(duì)周邊土體進(jìn)行檢測(cè)。

（a）本工程由西向東進(jìn)行開挖，再由基坑?xùn)|側(cè)路線向北運(yùn)出?？紤]基坑中沒(méi)有內(nèi)支撐，故直接采取分層分區(qū)流水作業(yè)形式開挖，根據(jù)基坑尺寸及深度、后澆帶劃分4 個(gè)區(qū)塊，每個(gè)開挖區(qū)塊分8 個(gè)開挖層，承臺(tái)采取跳挖法施工，每塊每層開挖厚度不得大于1.5 m。

（b）挖土在土釘支護(hù)區(qū)時(shí)，應(yīng)貫徹分層、分段的環(huán)島式挖土原則，分層土方的開挖厚度為土釘上下排的垂直間距，到上層土釘墻全部施工完畢保養(yǎng)72 h后方可開挖下層土方，分段長(zhǎng)度控制在25 m左右。

（c）挖出土應(yīng)及時(shí)運(yùn)出場(chǎng)地，同時(shí)對(duì)運(yùn)土車及挖機(jī)停留、運(yùn)行路線進(jìn)行加固，以確保土體的穩(wěn)定。

土方的回填必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求分層分段壓實(shí)回填，控制回填土的含水率和干密度等。本工程基坑開挖量大，深度深，所以土方的回填是一個(gè)重點(diǎn)。本工程主要采用以下措施進(jìn)行土方的回填：

（a）基坑外圍回填土材料應(yīng)采用黏性土，填土中不得含有草、垃圾等有機(jī)質(zhì)；

（b）現(xiàn)場(chǎng)挖出的淤泥、雜填土及有機(jī)質(zhì)含量大于8%的腐殖土不能作為回填土，其余的土可作為回填土；

（c）回填前應(yīng)對(duì)備用的回填土進(jìn)行試驗(yàn)，確定最佳含水量，并做密實(shí)性試驗(yàn)；

（d）回填土應(yīng)分層夯實(shí)，回填土輾壓密實(shí)度需大于94%；

（e）當(dāng)有地下管線復(fù)位等工程時(shí)，土方回填需要與管線施工密切配合，協(xié)商進(jìn)行。

3.2 基坑降排水

本工程基坑內(nèi)外采用自流深井降低地下水位，深井井底標(biāo)高為－20.50 m?？觾?nèi)共設(shè)自流深井45 口，間距約20 m；坑外共設(shè)自流深井61 口，間距約12 m。同時(shí)，為了避開承臺(tái)、地梁、后澆帶等位置，對(duì)深井位置進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，并實(shí)施預(yù)打設(shè)。

基坑外地表排水具體措施為：表層土開挖后，在基坑周邊砌筑300 mm（寬）×500 mm（深）的排水溝，內(nèi)側(cè)用水泥砂漿抹面，攔截雨水及深井降水抽出的水，匯總流入集水井最終流入市政管網(wǎng)。

3.3 基坑監(jiān)測(cè)

為保證基坑的安全施工，以及避免因基坑變形過(guò)大而導(dǎo)致周邊建筑、管線等發(fā)生傾斜或破壞，本工程在施工過(guò)程中對(duì)基坑的側(cè)向變形和沉降等內(nèi)容進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：基坑深層土體水平位移、地下水位、錨桿軸力和周圍市政道路及管線的沉降。

監(jiān)測(cè)工作從布點(diǎn)、讀取初讀數(shù)開始，開挖期間一般每天監(jiān)測(cè)1 次，并形成相應(yīng)報(bào)表，及時(shí)上報(bào)有關(guān)單位。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程在施工前，利用FLAC3D對(duì)深基坑的開挖及支護(hù)進(jìn)行模擬，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)工程施工對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支持。

在施工過(guò)程中，對(duì)主要的施工環(huán)節(jié)如土釘墻施工、基坑降排水等，通過(guò)分段分層開挖、合理布置自流深井等手段，有效地控制了基坑變形，從而較好的保護(hù)了基坑周邊建筑及市政道路和管線，達(dá)到了理想的效果。

此類工程支護(hù)結(jié)構(gòu)只能應(yīng)用在特定的工程水文地質(zhì)條件中，如果土的物理力學(xué)性質(zhì)較軟弱，地下水位較高，則不能使用。