李 劍 周 亮 王 瀟

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

武漢永清商務(wù)區(qū)A4-3區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)探討

李 劍 周 亮 王 瀟

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

根據(jù)武漢永清商務(wù)區(qū)A4-3地塊工程地質(zhì)及周邊環(huán)境狀況，采用鉆孔樁+內(nèi)支撐+支護(hù)樁外側(cè)采用攪拌樁止水的綜合手段對(duì)本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)類似的較復(fù)雜基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工有一定的借鑒作用。

基坑，支護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)支撐，設(shè)計(jì)參數(shù)

1 工程概況

擬建的武漢永清商務(wù)區(qū)位于武漢市江漢區(qū)永清街中部，東南臨長(zhǎng)江，西南至山海關(guān)路與江岸區(qū)四唯街毗鄰，西至解放大道與江岸區(qū)勞動(dòng)街接壤，東北至黃浦大街與二七相連。武漢永清商務(wù)區(qū)參照上海太平橋地區(qū)重建項(xiàng)目的發(fā)展模式，將打造成集住宅、辦公樓、酒店、零售、餐飲、娛樂(lè)等多功能設(shè)施的市中心綜合發(fā)展項(xiàng)目，以配合整個(gè)武漢市國(guó)際化發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃和發(fā)展戰(zhàn)略，將成為武漢江漢區(qū)最大的商務(wù)建筑群，其中永清商務(wù)區(qū)A4-3區(qū)規(guī)劃為餐飲、娛樂(lè)區(qū)，其總建筑面積約38 890 m2，高62.75 m，地上12層，地下1層，采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑平面形狀近似呈長(zhǎng)方形，其基坑開(kāi)挖面積約7 420 m2，支護(hù)周長(zhǎng)約340 m，工程±0.00相當(dāng)于標(biāo)高25.00 m，現(xiàn)場(chǎng)自然地面標(biāo)高為-0.40 m，基坑開(kāi)挖深度為-5.90 m，基坑支護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

擬建的武漢永清商務(wù)區(qū)A4-3區(qū)場(chǎng)地地貌屬江漢沖積平原，地勢(shì)平坦，地形開(kāi)闊，地面高程24.85 m～25.21 m，最大高差0.36 m。

根據(jù)勘察報(bào)告，與本次基坑支護(hù)設(shè)計(jì)有關(guān)的地層從上至下分述如下：

①雜填土：雜色，主要由粉質(zhì)黏土夾建筑垃圾及碎石組成，呈稍濕、松散狀態(tài)。

②1黏土：灰褐色，含有腐殖物，有機(jī)質(zhì)含量在2.1～2.4之間，呈飽和、軟塑狀態(tài)。

②1-1淤泥質(zhì)黏土：褐灰色，含腐殖物，無(wú)搖振反應(yīng)，光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，局部相變?yōu)轲ね?，呈飽和、軟塑～流塑狀態(tài)。

③1黏土：黃褐色，含鐵錳質(zhì)氧化物，無(wú)搖振反應(yīng)，光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，局部相變?yōu)榉圪|(zhì)黏土，呈飽和、可塑狀態(tài)。

③1-1礫砂：青灰色，含石英，云母礦物質(zhì)，局部相變?yōu)榉奂?xì)砂，偶夾薄層粉質(zhì)黏土，呈飽和、中密狀態(tài)。

2.2 水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地地下水主要分為上層滯水和承壓水，上層滯水主要賦存于第①層雜填土和第②1層黏土中，受大氣降水、地表水、生產(chǎn)生活用水的滲漏補(bǔ)給，水量不大?？辈炱陂g測(cè)得上層滯水埋深變化在0.80 m～3.10 m，相當(dāng)于標(biāo)高24.39 m～21.84 m。

承壓水主要賦存于第③1-1礫砂層中，以第③1黏土層為相對(duì)隔水頂板，其含水層厚度大，由于場(chǎng)地緊鄰長(zhǎng)江，故承壓水與長(zhǎng)江有密切的水力聯(lián)系，二者為互補(bǔ)關(guān)系?？辈炱陂g，測(cè)得承壓水水位為9.90 m，相當(dāng)于標(biāo)高15.34 m左右。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)報(bào)告，場(chǎng)區(qū)承壓水含水層③1-1礫砂層綜合滲透系數(shù)K=15.64 m/d，影響半徑R=110 m。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)選取

勘察揭露深度范圍內(nèi)，基坑側(cè)壁主要為第①層雜填土、第②1黏土、第②1-1層淤泥質(zhì)黏土和第③1層黏土組成，坑底主要為第③1層黏土和第③1-1層礫砂，根據(jù)勘察報(bào)告，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，基坑支護(hù)工程采用各土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基坑支護(hù)各土層有關(guān)指標(biāo)表

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)基坑場(chǎng)地周邊的環(huán)境條件和地質(zhì)水文條件，基坑采用鉆孔樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)，支護(hù)樁外側(cè)采用攪拌樁止水。內(nèi)支撐截面(高×寬)為0.7 m×0.7 m；鉆孔樁樁徑800 mm，樁中心間距1 200 mm，具體基坑支護(hù)設(shè)計(jì)平面圖見(jiàn)圖1。

3.3 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)有限元分析

為了全面的掌握基坑開(kāi)挖過(guò)程中基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，本文利用有限元法，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果更能直觀的反映基坑開(kāi)挖過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力及變形情況，對(duì)于基坑支護(hù)設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)作用，基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中，共計(jì)節(jié)點(diǎn)單元174個(gè)，桿單元335個(gè)，桿單元荷載73個(gè)，節(jié)點(diǎn)約束總數(shù)4個(gè)，基坑內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)軸力、剪力、彎矩、位移圖見(jiàn)圖2～圖5。

1)計(jì)算所得支撐軸力最大發(fā)生在正北側(cè)圓環(huán)梁，最大軸力約為5 405 kN；

2)計(jì)算所得最大樁身剪力約為831 kN·m，計(jì)算所得最大樁身彎矩約為1 291 kN·m，均產(chǎn)生于基坑右下角，設(shè)計(jì)中已經(jīng)加強(qiáng)配筋；

3)開(kāi)挖至坑底計(jì)算所得最大位移為32 mm，發(fā)生在西側(cè)圓環(huán)梁，實(shí)際設(shè)計(jì)中已經(jīng)采用雙排樁進(jìn)行支護(hù)加強(qiáng)。

3.4 小結(jié)

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)支護(hù)體系進(jìn)行分析計(jì)算，綜合各項(xiàng)因素，確定結(jié)構(gòu)的截面及配筋形式，最后形成方案圖。綜合上述，通過(guò)上述校核計(jì)算，基本能反映基坑開(kāi)挖過(guò)程中的整體變形趨勢(shì)情況，結(jié)合剖面計(jì)算情況，在開(kāi)挖過(guò)程中能直觀的了解該基坑整體變形及受力情況，有很好的參考及指導(dǎo)作用，但由于該基坑形狀的不規(guī)整，故基坑轉(zhuǎn)折端段應(yīng)力較為集中，但通過(guò)局部支護(hù)加強(qiáng)，通過(guò)剖面及有限元計(jì)算結(jié)果綜合進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是安全、合理且可行的。

4 基坑降水及監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

4.1 上層滯水治理

對(duì)于上層滯水，采取疏、堵結(jié)合的方法。

1)在坡頂、坡底設(shè)置截排水溝，過(guò)水?dāng)嗝娉叽鐬?300 mm×300 mm，采用灰磚砌筑；

2)在坑底設(shè)置若干集水坑，匯集上層滯水后，用水泵抽排至明渠；

3)支護(hù)樁間設(shè)置土釘掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)面；

4)基坑支護(hù)樁后設(shè)置第1排～2排隔水帷幕。

4.2 承壓水治理

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)基坑抗突涌穩(wěn)定性影響較大的土層為第③1-1層礫砂層承壓含水層。勘察期間，測(cè)得承壓水水位為9.90 m。開(kāi)挖過(guò)程中，必須有效控制承壓水水頭埋深，防止基坑發(fā)生突涌事故，因此，必須進(jìn)行基坑突涌驗(yàn)算。

DB 42/159—2004按照基坑工程技術(shù)規(guī)程，可按以下公式進(jìn)行承壓水抗突涌驗(yàn)算：

kty·Hw·γw≤D·γ

(1)

其中，kty為坑底突涌抗力分項(xiàng)系數(shù)(根據(jù)規(guī)范取值1.2)；D為坑底至承壓水層頂板的距離(根據(jù)勘察資料取4.2m)；γ為D范圍內(nèi)土的平均天然重度(本文取19.1kN/m3)；Hw為承壓水水頭高度(根據(jù)勘察資料取9.9m)；γw為水的重度(本文取10kN/m3)，經(jīng)驗(yàn)算kty=0.81<1.2，不能滿足坑底抗突涌要求，需采用減壓降水，經(jīng)計(jì)算承壓水頭降低2.1m后，kty=1.21>1.2，可滿足基坑抗承壓水突涌設(shè)計(jì)要求。

考慮擬建場(chǎng)地緊臨長(zhǎng)江，汛期不能進(jìn)行土方開(kāi)挖施工，本次降水設(shè)計(jì)按枯水期承壓水位值進(jìn)行減壓降水設(shè)計(jì)，承壓水初始水位標(biāo)高取13.5m，取含水層綜合滲透系數(shù)K=15.64m/d。

按照DB42/159—2004基坑工程技術(shù)規(guī)程，管井降水抽排總量Q可按以下公式計(jì)算：

Q=2πk0SR0

(2)

(3)

其中,F為基坑面積(本文取7 420 m2)；S為承壓水水位下降設(shè)計(jì)值(本文取2.1 m)；k0為含水層綜合滲透系數(shù)(本文取15.64 m)；R0為基坑等效圓半徑(本文計(jì)算得48.6 m)，計(jì)算得Q=9 547 m3/d。

故根據(jù)計(jì)算成果及場(chǎng)區(qū)周邊降水經(jīng)驗(yàn)，本區(qū)域共設(shè)置8口降水井，其中2口備用井兼作觀測(cè)孔，單井涌水量按1 200 m3/d、抽水井影響半徑按110 m、井深按35 m設(shè)計(jì)。

降水引起的地面沉降量可按以下公式計(jì)算:

(4)

具體水位降幅等值線圖和沉降等值線圖見(jiàn)圖6,圖7。

根據(jù)計(jì)算，基坑承壓水降幅最小約3.0 m>2.1 m，滿足坑底承壓水突涌設(shè)計(jì)要求，基坑降水產(chǎn)生的最大附加沉降約22 mm，其不均勻沉降率小于1‰，而一般框架結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)的工業(yè)與民用建筑允許的不均勻沉降率為1‰～5‰，可以認(rèn)為基坑降水不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著高層建筑的不斷增加，基礎(chǔ)埋深也隨之不斷增加，并因此出現(xiàn)了大量的深基坑工程，由于內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好，可以嚴(yán)格的控制基坑變形，而且布置靈活，適應(yīng)于不同形狀的基坑，大量施工監(jiān)測(cè)案例證明，采用內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑位移小，施工質(zhì)量容易得到保證。

管井降水設(shè)備較簡(jiǎn)單，排水量大，降水較深，易維護(hù)，適用于含水層厚度大、滲透系數(shù)較大的土層，管井埋設(shè)的深度和距離布置靈活，可根據(jù)需降水面積、深度及滲透系數(shù)確定。

本文針對(duì)武漢永清商務(wù)區(qū)A4-3區(qū)基坑的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、周邊環(huán)境等因素，采用鉆孔樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)，支護(hù)樁外側(cè)采用攪拌樁止水，基坑采用管井降水的綜合手段，對(duì)該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和降水工程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)于類似較為復(fù)雜的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。

[1] 秦四清.深基坑工程優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].北京:地震出版社,1998.

[2] 龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.

[3] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] DB 42/159—2004,基坑工程技術(shù)規(guī)程[S].

[5] 尉希成，周美玲.支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

Discussion on supporting for Wuhan Yongqing A4-3 business district

Li Jian Zhou Liang Wang Xiao

(HubeiCommunicationPlanningandDesignInstitute，Wuhan430051,China)

Based on the engineering geology and surrounding environment of Wuhan Yongqing A4-3 business district, this paper designs the foundation pit supporting structure by using the integrated method of mixing pile and inner support & supporting pile. The similarity is more complicated. The design and construction of foundation pit have some reference.

foundation, retaining and protecting structure, inner bracing, design parameters

1009-6825(2017)21-0066-03

2017-05-19

李 劍(1981- )，男，碩士，工程師

TU753.8

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