董建忠，黃 飛

(浙江省大成建設(shè)集團有限公司，浙江杭州310012)

0 前言

隨著我國國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，國家土地資源的日益緊張，許多高層建筑物深基坑在密集的建筑群中施工，基坑周邊存在已建建筑物、交通道路及地下管線，對于這樣周邊環(huán)境條件復(fù)雜的基坑，既要創(chuàng)造條件便于土方的開挖，又要保護建筑物密集地區(qū)的環(huán)境。因此，如何安全、合理地選擇支護結(jié)構(gòu)并根據(jù)基坑工程的特點進行科學的設(shè)計是深基坑工程需要解決的主要內(nèi)容。

對浙江建設(shè)科技研發(fā)中心項目深基坑支護方案進行了研究，通過對其支護體系的計算分析，驗證該深基坑支護方案的可行性，為類似深基坑的設(shè)計提供參考。

1 工程概況

1．1 工程簡介

浙江建設(shè)科技研發(fā)中心項目位于杭州市中心地帶，文二路北側(cè)，莫干山路西側(cè)。場地大致呈一長方形，東西長約140 m，南北寬約87 m，用地面積為10894 m2，新建建筑面積約51525 m2，其中地上建筑面積約33837 m2。上部工程為一幢4～16層聯(lián)體建筑，地下建筑面積約17688 m2(地下3層)?；涌偯娣e為5990 m2，基坑周長為355 m?；娱_挖深度為14.45 m，局部電梯井深度約為16.9 m。

1．2 周邊環(huán)境

工程地處杭州市中心，周邊環(huán)境極其復(fù)雜?；幽蟼?cè)距離用地紅線最近1.74 m(為距離地下室外墻邊線)，紅線外為文二路，道路上布有通訊、雨水、燃氣、監(jiān)控、污水等市政管線?；訓|側(cè)距離用地紅線最近僅1.8 m(該側(cè)角部地下室建筑已超出用地紅線，位于代征城市綠化帶控制線內(nèi))，紅線外為莫干山路，道路下有通訊、雨水、電力、污水等市政管線。文二路及莫干山路均為交通主干道，交通繁忙，道路下市政管線眾多，保護等級高?；游鱾?cè)包括內(nèi)部保留辦公室(磚混6～7層，377 mm沉管灌注樁樁基礎(chǔ))及一幢磚混7層住宅樓(條形基礎(chǔ)，埋深1.5 m，距離基坑約12.8 m，建造年代較久)。東北側(cè)為24層的瑞琪大廈，地下1層(鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，持力層為強風化凝灰?guī)r或中風化泥質(zhì)粉砂巖);西北側(cè)還有一幢磚混4～6層建筑(鉆孔灌注樁基礎(chǔ))，距離基坑最近約13 m;西北側(cè)石灰橋新村住宅樓(磚混4層，條形基礎(chǔ))離基坑約20.8 m。見圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境平面布置圖

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

2．1 工程地質(zhì)

根據(jù)土層的沉積年代，沉積環(huán)境，巖性特征及物理力學性質(zhì)，同時結(jié)合野外鉆探，將勘察深度范圍內(nèi)的地基土劃分為7個層次及分屬于各層次的亞層，其中涉及到本基坑的土層主要有以下幾層:①0雜填土、①粉質(zhì)粘土、②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②2粘質(zhì)粉土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、⑤1淤泥質(zhì)粘土、⑤2粘土、⑥1粉質(zhì)粘土、⑥2粉砂?；拥撞课挥冖塾倌噘|(zhì)粉質(zhì)粘土層中。各土層參數(shù)見表1。

表1 基坑圍護設(shè)計土層參數(shù)表

2．2 水文地質(zhì)

場地淺部地下水屬孔隙潛水，水位埋藏較淺，勘察期間測得穩(wěn)定地下水位埋深在0.60～1.90 m，相當于國家高程2.70～4.04 m。接受大氣降水補給，水位動態(tài)變化受大氣降水控制，一般年變化幅度在1.00～1.50 m。地面蒸發(fā)、側(cè)向徑流是其主要排泄方式。

②2粘質(zhì)粉土層滲透系數(shù)相對較好，厚度不一，為便于挖土，坑內(nèi)可適當降水。

3 基坑支護方案設(shè)計

3．1 基坑支護設(shè)計原則

(1)保證支護結(jié)構(gòu)及土體在施工期間的整體穩(wěn)定性。

(2)確保周圍環(huán)境安全可靠。

(3)經(jīng)濟合理、施工方便、縮短工期。

3．2 基坑工程特點

綜合分析基坑現(xiàn)狀、面積、開挖深度、地質(zhì)條件及周圍環(huán)境，本工程特點如下。

(1)基坑影響范圍內(nèi)的地基土主要為填土、粘質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)土和粘土等，填土組成復(fù)雜，粘質(zhì)粉土強度高、壓縮性低，但滲透性能好，淤泥質(zhì)粘土(淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土)強度低，壓縮性高，厚度較大，對基坑變形、整體穩(wěn)定影響大。應(yīng)對基坑的變形控制、防滲止水、抗管涌、淺層障礙物及不良地質(zhì)等對支護體施工的影響充分考慮。

(2)本工程地下3層，開挖深度接近15 m，局部電梯井處更深，屬超深基坑，基坑開挖的影響范圍較大。因此，應(yīng)對支護體系的整體平衡、基坑開挖對周邊環(huán)境的影響予以充分考慮。

(3)基坑周邊距離用地紅線或市政道路均比較近，周邊路下埋設(shè)有大量的市政、電力、雨污水等管線，基坑西側(cè)及西北側(cè)布有淺基礎(chǔ)住宅樓，距離基坑近，變形控制要求高。

(4)本工程屬于一級基坑工程，重要性系數(shù)取1.1。

3．3 支護方案的比較

本工程地下3層，開挖深度深，周邊環(huán)境復(fù)雜，帶撐式樁墻支護形式適用于本基坑。

3．3．1 地下連續(xù)墻(“二墻合一”即支護結(jié)構(gòu)兼做地下室外墻)結(jié)合臨時內(nèi)支撐方案

該方案具有以下幾個優(yōu)點。

(1)工藝成熟，適宜于各種土質(zhì)，施工速度快，采用地連墻在擋土和止水方面均有保證，剛度大，可靠度高，是目前最為可靠的支護形式。

(2)臨時支撐在平面及豎向可以靈活布置，優(yōu)化布置可使地連墻在各個施工工況下的內(nèi)力變形盡可能合理，減少地連墻的用鋼量;與逆作法或半逆作法相比，挖土施工非常方便，基坑暴露時間較短。

(3)占地空間小，充分利用場地。

(4)施工技術(shù)可借鑒的成熟經(jīng)驗多。

但地下連續(xù)墻造價相對較高，施工相對復(fù)雜。

3．3．2 大直徑灌注樁結(jié)合內(nèi)支撐方案

鉆孔灌注樁結(jié)合三軸水泥攪拌樁止水帷幕，工藝非常成熟，應(yīng)用廣泛，但對本工程而言，因開挖深度深，采用該方案存在如下一些問題。

(1)支護體內(nèi)力大，大直徑灌注樁受力性能差，鋼筋利用率低，技術(shù)經(jīng)濟指標相對低。

(2)支護體占用較多的用地空間，支護結(jié)構(gòu)將緊貼用地紅線(文二路局部超出用地紅線，無法施工)，甚至影響市政管線。

3．3．3 方案對比及確定

因本工程開挖深度深，地下3層，周邊環(huán)境復(fù)雜，場地緊張，變形要求高。地下連續(xù)墻適宜作為本工程的支護結(jié)構(gòu)，同時兼作地下室的外墻。經(jīng)綜合分析，擬采用800 mm厚地下連續(xù)墻作為基坑擋土結(jié)構(gòu)兼防滲帷幕，同時作為地下室外墻，即“二墻合一”，沿豎向設(shè)置3道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。

因混凝土支撐可根據(jù)基坑的形狀靈活布置，剛度大，在杭州地區(qū)應(yīng)用廣泛，積累的經(jīng)驗多，故采用混凝土支撐。

地下連續(xù)墻的墻段采用十字鋼板接頭，施工質(zhì)量容易保證，止水效果好。

地連墻與主體結(jié)構(gòu)的底板(邊梁)、樓板、樓層梁、柱、混凝土內(nèi)墻等構(gòu)件相連，保證地連墻與主體結(jié)構(gòu)連接的整體性。地連墻與地下室基礎(chǔ)底板、各樓層梁等采用接駁器連接，與地下結(jié)構(gòu)樓板、圍檁等采用預(yù)埋甩筋方式連接。為確保地下室的干燥和美觀，在地連墻內(nèi)側(cè)做內(nèi)襯墻。內(nèi)襯墻與地連墻之間保持一定的距離，其空間做排水集水溝使用。

地連墻底端進入性質(zhì)相對較好的土層(打穿性質(zhì)較差的淤泥質(zhì)粘土層)，為防止地連墻在施工階段沉降過大，以致影響到預(yù)埋件的精度，考慮在地連墻的鋼筋籠重預(yù)埋注漿管，待地連墻施工結(jié)束后，對地連墻底部進行高壓注漿。一方面可以減少墻底沉渣的影響，另一方面可同時提高墻底土體的承載力，提高墻底端以上一段范圍的側(cè)摩阻力，減少地連墻施工階段的沉降，同時也提高承載力。

3．4 其他關(guān)鍵問題

3．4．1 監(jiān)測

由于基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑施工過程應(yīng)委托專業(yè)單位對基坑及周邊環(huán)境(包括四周建筑物、道路、地下管線等)進行監(jiān)測，基坑開挖期間及時提交監(jiān)測資料，以便信息化施工。

3．4．2 土方開挖

本工程土方開挖深度深，場地緊張，土方開挖難度較大，出土效率直接影響本工程的工期。本工程主要需要重點考慮以下幾點。

(1)第一道支撐可考慮作為施工棧橋。

(2)坑內(nèi)土方應(yīng)分層分塊進行，特別是立柱周邊的土方開挖應(yīng)均衡對稱進行，防止產(chǎn)生坑內(nèi)土體滑坡，嚴禁兩側(cè)高差過大致使立柱側(cè)向偏位，從而影響到支撐體系的安全。挖土施工機械嚴禁碰撞立柱。

(3)土方開挖與支撐施工、基礎(chǔ)施工應(yīng)緊密銜接。盡量減少基坑的無撐暴露時間，減少坑底土體的無墊層暴露時間。

4 支護結(jié)構(gòu)計算

4．1 取值說明

計算分析采用FRWS深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進行。按照地面超載20 kPa，開挖深度14.45～15.7 m，在開挖深度范圍內(nèi)，土層土工計算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)報告采用，土壓力采用朗肯土壓力理論進行計算，水土合算，同時考慮了土的成層性。

4．2 支護結(jié)構(gòu)部分計算圖(圖2)

圖2 支護結(jié)構(gòu)計算圖

驗算后，基坑抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為1.31＜1.2;整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.38＜1.35;土體抗隆起安全系數(shù)為1.92＜1.8。滿足規(guī)范要求。

5 基坑施工保證措施［8］

5．1 坑內(nèi)被動區(qū)加固措施

由于基坑坑底位于③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中，為防止土方開挖過程中對基底的過分擾動，影響基坑及周邊環(huán)境，坑內(nèi)被動區(qū)采取三軸攪拌樁進行地基加固處理。如圖3、圖4所示。

圖3 基坑加固剖面圖

圖4 被動區(qū)加固及降水井平面布置圖

5．2 基坑降水措施

地連墻可以有效地將基坑外的水流截斷，考慮到淺層分布有粘質(zhì)粉土層，為便于挖土，根據(jù)基坑規(guī)模，在坑內(nèi)設(shè)置自流深井疏干。

為防止地面水進入基坑，在基坑外側(cè)四周設(shè)置地面排水溝，將地面水引進鄰近下水道。如圖4所示。

6 基坑監(jiān)測

為保證施工的安全和開挖的順利進行，減少基坑開挖過程中對周邊環(huán)境的影響，在整個施工過程中應(yīng)進行全過程的監(jiān)測，實行動態(tài)管理和信息化施工。本基坑監(jiān)測內(nèi)容主要涉及到地連墻外側(cè)的深層土體位移、地下水位位移、支撐軸力、周邊建(構(gòu))筑物、周邊管線及道路等監(jiān)測項目(見表2)。

7 結(jié)語

本基坑是在城市復(fù)雜條件下進行的施工，是一項復(fù)雜而帶風險的綜合性地下工程。通過采取有效措施，取得了較好的施工效果。

表2 基坑監(jiān)測項目及報警值

7．1 合理選擇支護方式和施工方法

本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，對基坑變形控制要求高，采用地下連續(xù)墻+3道鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護方案，能有效的控制基坑變形，確保周邊建筑物、周圍道路及地下管線的安全，取得較好的效果。

7．2 選擇合理的基坑加固方式

本基坑的基底土主要由含強度低、壓縮性高的軟弱粘性土組成，由于軟土的壓縮模量普遍很低，很多情況下單靠支護墻并不能夠控制變形，尤其對于剛度較大的支護墻，其入土段與土之間的模量差別很大，支護墻與土不能夠產(chǎn)生共同作用，墻體的自穩(wěn)定性不夠，因此需要對支護墻內(nèi)側(cè)的軟土進行加固。坑內(nèi)被動區(qū)加固可以減少支護結(jié)構(gòu)的水平位移，保護基坑周邊建筑物及地下管線，減少坑底隆起，增加被動側(cè)土壓力，防止坑底滲流破壞。

7．3 信息化施工

根據(jù)基坑工程的特點，對圍護結(jié)構(gòu)的受力，變形以及周邊環(huán)境的變化進行跟蹤監(jiān)測，了解施工的動態(tài)信息，從而對支護結(jié)構(gòu)和基坑的穩(wěn)定性進行評價，同時對基坑周邊地下水位、地下管線及周邊建筑物的沉降、位移等進行監(jiān)控，了解和控制基坑施工對周邊環(huán)境的影響情況，通過獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對設(shè)計和施工方案的合理性進行評價，為優(yōu)化和合理組織施工提供可靠信息，并指導后續(xù)施工。

通過現(xiàn)場的實際施工和監(jiān)測分析，實踐證明采用該支護方案是安全可靠的，能有效地控制基坑的變形。

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