王乾程

(1.重慶市勘測院，重慶401121；2.重慶市巖土工程技術研究中心，重慶401121)

隨著城市中心大量建筑的涌現，深基坑工程越來越多，同時密集的建筑物、大深度的基坑周圍復雜的地下設施，使得深基坑工程支護變得更加的復雜。因此，在復雜的周邊環(huán)境下選擇經濟合理的支護形式是目前需要解決的一大問題。馬昕等[1]根據北京國貿三期A階段的地質條件，大面采用上部土釘墻+下部樁錨聯合的基坑支護結構形式。劉勇等[2]提出了一種解決近距離建筑相互施工影響的基坑支護設計優(yōu)化技術。黃健等[3]通過對基坑自身特點以及周邊環(huán)境的細致分析，提出了地下連續(xù)墻結合橢圓環(huán)內支撐的優(yōu)化支護方案。張忠苗等[4]通過對圍護結構的水平位移、鋼支撐軸力、地表沉降、地下水位的監(jiān)測分析，為SMW工法在今后深基坑圍護結構設計、施工提供了參考。羅力勤[5]以聯想總部(北京)園區(qū)項目二期投標方案為例，從安全性、適用性、經濟性的角度，對比分析了2種基坑支護設計方案后，采用了土釘墻結合樁錨的支護形式。肖榮軍[6]提出在優(yōu)先考慮節(jié)約工期前提下，通過設置附加承臺傳遞斜撐軸力的改進設計方法。

本文將主要介紹蔣村商業(yè)綜合樓的基坑支護方法，并對其進行計算說明以及工程監(jiān)測。

1 工程概況

杭州市蔣村商業(yè)綜合樓位于文二西路北側，蔣村西路西側。該工程總用地面積11744.92m2，建筑占地面積4000m2，總建筑面積29852.73m2，建筑高度19.60m，擬物主要為一棟5層商業(yè)綜合樓，設計最大柱距8.4m×8.4m，最大柱荷載為8000kN。場地內設2層地下室，地下室建筑面積為12277.43m2。

2 基坑周邊環(huán)境

東面為蔣村西路，圍護樁中心線距離路上的電力電纜、污水管、雨水管分別為20m、25m、36.5m。

南面為文二西路，圍護樁中心線距離路上的通信光纜、給水管、污水管、雨水管分別為25.5m、28.5m、29.5m、39.5m。南面中間位置有一需保留的古香樟，距離圍護樁中心線8.16m。

基坑西面、北面為拆遷后回填的空地。

3 工程地質條件

根據本工程地質勘察報告，根據場地土的物理力學性質、成因類型等，將場地勘察深度范圍巖土分成10個工程地質層、細分為14個亞層和1個夾層?，F把影響基坑開挖深度范圍內的土層分布描述見表1。

表1 土層分布描述

4 基坑圍護方案

4.1 工程特點

綜合分析場地地理位置、土質條件、基坑開挖深度及周圍環(huán)境的影響，本工程具有以下特點：

（1）基坑開挖面積大，約7570m2，周長385m。且開挖深度大，主要為8.5m，局部為9.3m、10.5m。

（2）基坑下部開挖深度范圍內主要為3層土為高壓縮性的淤泥質粉質粘土，壓縮性高，孔隙比大，含水量高，土體性質較差。

（3）3層淤泥質粉質粘土下的6層粘土性質較好，地基承載力特征值達180kPa，層面埋深11～15m，圍護樁插入坑底以下的長度可較短。

（4）周圍環(huán)境條件較好。除基坑南面的中間的古香樟距離較近外，東面、南面距離道路、管線最近有約20m，西面、北面為大面積空地，對變形的要求不高。

（5）基坑安全等級為一級，重要性系重要。

4.2 基坑圍護方案的確定

周邊場地較好，可先卸土2.5m厚，以減小土壓力，并可減少一道支撐、減短圍護樁長度，節(jié)約圍護造價。

SMW工法內插型鋼結合一道?609×16鋼管支撐方案比一排鉆孔灌注樁結合鋼筋混凝土支撐外加水泥攪拌樁止土方案的施工速度快、工期短。這種形式的支護方案在實際工程中的應用較廣泛，技術很成熟。對本工程而言，支護結構本身的強度、穩(wěn)定及變形可以保證，圍護結構與主體結構相對比較獨立。

南面有一古香樟需保護，距離較近，該范圍不能卸土，采用?1000@1200鉆孔灌注樁結合一道支撐支護，鉆孔灌注樁外側采用一排水泥攪拌樁內插型鋼加強。

基坑西面的形狀不規(guī)則，鋼管支撐布置較困難，故該區(qū)域改用一道鋼筋砼支撐。

4.3 支撐系統(tǒng)設計

在支撐的材料選擇方面，設計對鋼支撐與鋼筋混凝土支撐均進行了比較。采用鋼支撐具有如下幾個特點：

(1)施工速度快，拆卸方便；

(2)可施加預應力，有效控制地下墻的側向變形；

(3)布置形式一般為井形，挖土要求相對較高；

(4)如能采用租賃型鋼，則支撐費用也可能相對較低。

混凝土支撐可根據基坑的形狀靈活布置，強度較高，在浙江地區(qū)的應用非常廣泛，積累的經驗也比較多，但施工、養(yǎng)護、拆除的工期相對較長。

由于建設單位對工期要求極緊，且支撐僅為一道，對挖土的影響相對較小，為加快施工速度，設計最后確定以鋼管支撐為主。

在支撐的平面布置方面，可以采用2種形式：①格柵狀支撐；②中間采用對撐形式，端部采用角撐。由于本工程基坑形狀接近長方形，支撐以第②種形式布置。

水平內支撐平面布置時，盡量避開主體結構的柱子位置，以使柱子的主筋接頭按規(guī)范施工。

4.4 基坑施工順序

第一步：卸土施工四面圍護樁，圍護樁施工完后施工排水溝、護坡。

第二步：開挖至支撐底標高，施工壓頂梁、鋼筋砼支撐。待壓頂梁砼強度達到設計強度的75%以后，方可安裝鋼支撐，每道鋼管預加軸力800kN。

第三步：待鋼支撐安裝好、鋼筋砼支撐的砼強度達到設計強度的75%以后，分層開挖到基礎底板板底標高。

第四步：底板墊層、地梁、承臺土方人工開挖，邊開挖土體邊施工墊層，墊層延伸至圍護樁邊。

第五步：基礎底板施工后，底板和圍護樁之間用砼澆搗填實，待素砼強度達到設計強度的75%后，方可拆除支撐。

5 基坑結構分析計算說明

5.1 圍護布置及計算參數取值說明

基坑開挖深度影響范圍內土體為①-1雜填土、①-2耕植土、②粉質粘土、③淤泥質粉質粘土、⑥粘土。根據地質勘測資料，并結合已有經驗，選用土體強度參數指標見表2，計算時超載采用15kPa。圍護樁內力及變形采用應用較為廣泛的m法進行計算。

5.2 基坑圍護結構受力及穩(wěn)定性分析

5.2.1 區(qū)域Ⅰ-Ⅰ計算

區(qū)域Ⅰ-Ⅰ坑底標高為-8.800m，采用SMW工法內插型鋼H700×300×13×24結合一道?609×16鋼管支撐(局部砼支撐)支護。

(1)圍護結構內力計算。計算時選用ZK21孔地質剖面圖作為典型計算斷面。計算時分為3種工況：

工況一：土體開挖到支撐底部；

工況二：支撐做好，土體開挖到底部；

表2 計算采用各土層物理力學指標

圖1 區(qū)域Ⅰ-Ⅰ圍護布置圖

工況三：地下室底板施工完畢，支撐拆除。

計算結果表明：在工況二情況下，第一道支撐軸力為120.9kN/m。

區(qū)域Ⅰ-Ⅰ維護布置見圖1，各工況位移、彎矩如圖2所示。

圖2 各工況位移、彎距示意圖(ZK21孔)

(2)抗隆起驗算。樁底抗隆起安全系數公式為：

式中：D——樁體入土深度；

H——基坑開挖深度，m；

γ1、γ2——墻體外側及坑底土體重度，kN/m3；

q——地面超載，kN/m3；

Nc、Nq——地基承載力系數。

上式中的c、φ均為樁底土的c、φ值。計算可得到安全系數為4.62，大于2.0，滿足要求。

(3)圍護樁抗傾覆穩(wěn)定驗算?？箖A覆穩(wěn)定安全系數計算公式為：

式中：MRC——抗傾覆力矩，取坑內被動土壓力對最下一道支撐點的力矩，kN·m/m；

MOC——傾覆力矩，取最下一道支撐以下范圍的主動土壓力對最下一道支撐點的力矩，kN·m/m；

Kq——圍護墻傾覆抗力分項系數，不小于1.15。經計算，抗傾覆穩(wěn)定系數為1.45，大于1.15，滿足要求。

(4)整體滑動驗算。采用Bishop圓弧法驗算圍護結構整體穩(wěn)定性，經計算可得安全系數為1.63，大于1.3，滿足要求。

5.2.2 區(qū)域Ⅱ-Ⅱ計算

區(qū)域Ⅱ-Ⅱ坑底標高為-9.600m，采用SMW工法內插型鋼H700×300×13×24結合一道?609×16鋼管支撐支護。

（1)圍護結構內力計算。計算時選用ZK5孔地質剖面圖作為典型計算斷面。計算時分為3種工況：

工況一：土體開挖到支撐底部；

工況二：支撐做好，土體開挖到底部；

工況三：地下室底板施工完畢，支撐拆除。

計算結果表明：在工況二情況下，第一道支撐軸力為147.4kN/m。

區(qū)域Ⅱ-Ⅱ維護布置見圖3，各工況位移、彎矩如圖4所示。

圖3 區(qū)域Ⅱ–Ⅱ圍護布置圖

圖4 各工況位移、彎距示意圖(ZK5孔)

(2)抗隆起驗算。計算可得到安全系數為4.23，大于2.0，滿足要求。

(3)圍護樁抗傾覆穩(wěn)定驗算。經計算，抗傾覆穩(wěn)定系數為1.41，大于1.15，滿足要求。

(4)整體滑動驗算。采用Bishop圓弧法驗算圍護結構整體穩(wěn)定性，經計算可得安全系數為1.59，大于1.3，滿足要求。

6 現場監(jiān)測

為確保施工的安全和開挖的順利進行，在整個施工過程中應進行全過程監(jiān)測，實行動態(tài)的管理和信息化施工。根據眾多的深基坑開挖的工程經驗，現場監(jiān)測對掌握基坑開挖對周圍環(huán)境的影響，以有效地指導施工，及時調整施工措施，確保周邊馬路、地下管線和周邊建筑的絕對安全是必須的。為利于基坑施工，應做好縱橫向明溝及集水坑排水措施；坑周圍嚴禁大量堆載，荷載應控制在15kN/m2以內；為確保圍護結構的安全施工，必須對整個基坑施工過程和內部結構回筑過程進行施工監(jiān)測。

7 結論

本工程選用先在坑邊卸土2.5m后用SMW工法內插型鋼結合一道支撐支護的支護方法，經過對此支護結構進行的計算，表明工程穩(wěn)定性滿足要求；由于方法得當，此工程降低了工程造價，縮短了工期，取得了良好的經濟效益、工期效益和社會效益，為類似的工程起到了良好的典范作用。