林華國，魏國靈

（廣東省工程勘察院 廣州510510）

0 引言

老城區(qū)建筑物密集，周邊環(huán)境復(fù)雜，存在眾多管線、房屋等。近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，越來越多基坑需要在鬧市區(qū)進行開挖，基坑開挖對周邊的建筑物影響較大，如未做好防護措施，可能出現(xiàn)重大安全事故。

針對此類工程，設(shè)計時要根據(jù)周邊建筑物的基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式、周邊荷載、管線類型、埋深、材質(zhì)等環(huán)境條件，結(jié)合場地地質(zhì)條件、周邊允許變形、施工建筑物堆載、出土車道、塔吊設(shè)置、施工機械等因素，進行綜合考慮，出具安全、經(jīng)濟、可行的設(shè)計方案。

對于這一典型問題，諸多學(xué)者進行了相關(guān)研究[1-2]。熊曉臘等人[3]結(jié)合以武漢老鋪片商業(yè)及住宅項目深基坑工程為背景，采用有限元軟件PLAXIS 對其進行了基坑開挖全過程的數(shù)值模擬分析，結(jié)合模擬計算結(jié)果分析了復(fù)雜條件下基坑支護結(jié)構(gòu)體系及周邊環(huán)境的受力、變形情況。張來安[4]結(jié)合蘭州工程實例介紹了采用咬合樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護形式，考慮土體與圍護結(jié)構(gòu)的相互作用, 在基坑支護結(jié)構(gòu)周圍環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上結(jié)合ADINA 三維有限元分析進行對比和分析，得出建筑物變形與錨索軸力增加的關(guān)系。汪小林[5]通過合理選擇基坑圍護體系、優(yōu)化支撐布設(shè)、設(shè)計土方開挖、調(diào)整支撐形成與拆除時序以及對鄰近地鐵側(cè)基坑采用雙液注漿加固等措施，確保了基坑施工期的安全，高效地完成了出土及支撐拆除等工作，順利完成了基坑施工。

本文結(jié)合工程實例介紹了復(fù)雜條件下基坑支護設(shè)計與施工的具體過程，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

擬建工程位于廣州市老城區(qū)，基坑平面形狀呈L型，基坑邊長約74.0 m×70.0 m，周長約274.0 m，面積約3 735 m2，開挖深度約9.50 m，擬設(shè)2 層地下室，基礎(chǔ)形式擬采用樁基礎(chǔ)（見圖1）。

基坑周邊環(huán)境非常復(fù)雜，東側(cè)為市政重要道路，南側(cè)中部已建教學(xué)樓，緊貼基坑開挖邊線，教學(xué)樓為人工挖孔樁樁基礎(chǔ)，教學(xué)樓在基坑施工過程中，需要進行正常教學(xué)活動，開挖過程需重點保護。西側(cè)為多棟磚混結(jié)構(gòu)的2～8 層民房，天然基礎(chǔ)，與基坑側(cè)壁水平距離約4.0 m，北側(cè)為3～8 層天然民房，距離基坑開挖邊線約10 m。

基坑周邊存在多條管線，其中，東側(cè)及南側(cè)靠近基坑的主要為輸電管線，與基坑開挖邊線的最小水平距離約10.2 m，北側(cè)有一條煤氣管線和一條給水管線，與基坑開挖邊線的最小水平距離為6.7～9.6 m，基坑西北角位置有一條煤氣管線，與基坑開挖邊線的最小水平距離為4.5 m。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意圖Fig.1 Diagram of Surrounding Environment of Foundation Pit

由于基坑周邊環(huán)境非常復(fù)雜，基坑安全等級為一級，應(yīng)嚴(yán)格控制周邊變形及地下水位變化，以確保基坑周邊安全。

2 地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，場地地層上部自上而下由人工填土（Q4ml）、沖積層（Qal）及殘積（Qel）組成，下伏基巖為白堊系（K）沉積巖組成。地質(zhì)斷面圖如圖2 所示，主要土層特征如表1 所示。

2.2 水文地質(zhì)條件

場地地下水按含水介質(zhì)類型（含水層的空隙性質(zhì)）不同可分為第四系淺部土層中的孔隙水和深部基巖裂隙水。

2.2.1 第四系孔隙水

場地內(nèi)第四系孔隙水根據(jù)埋藏條件可定義為潛水，其中〈2-1〉層淤泥質(zhì)土及〈3〉層殘積粉質(zhì)粘土可視為相對隔水層，〈2-2〉層淤泥質(zhì)粉砂及〈2-3〉層中砂為主要含水層，富含孔隙潛水，含水層厚度大分布連續(xù)。場地地下水豐富，水力特點為無壓或局部低壓，其補給來源主要通過臨近地表徑流及大氣降水垂直滲透補給，其排泄方式主要為在重力作用下流入其他含水層或通過地面蒸發(fā)、植物蒸騰的形式進入大氣。

2.2.2 基巖裂隙水

場地內(nèi)基巖裂隙水主要為風(fēng)化裂隙水，分布在深部巖石強風(fēng)化帶中。巖石強風(fēng)化帶中裂隙多被泥質(zhì)次生礦物及化學(xué)沉淀充填，使其導(dǎo)水性降低；巖石中風(fēng)化帶及微風(fēng)化帶中水量大小多與裂隙的張裂程度有關(guān)，水量不大。

勘察施工期間，實測鉆孔地下水穩(wěn)定水位埋深為1.57～1.73 m。其水位變化輻度與地表水力聯(lián)系密切，據(jù)多年的監(jiān)測資料一般為0.50～3.00 m 之間。

圖2 地質(zhì)縱斷面展開圖Fig.2 Geological Profile

3 基坑支護設(shè)計

3.1 技術(shù)難點及方案選型

⑴周邊環(huán)境非常復(fù)雜，開挖周邊有多棟建筑物和管線，絕大部分建筑物為天然基礎(chǔ)，且為磚混結(jié)構(gòu)，距離基坑開挖邊線非常近，周邊環(huán)境對本基坑變形控制要求非常嚴(yán)格[6-7]，且天然基礎(chǔ)不允許施工錨索，因此基坑必須采用內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)。

⑵施工空間非常緊張，局部基坑開挖邊線距離已有建筑物僅2 m，支護樁距離地下室邊線只有300 mm距離，因此，支護樁和止水樁應(yīng)共用，支護樁采用咬合樁，地下室側(cè)壁施工空間不夠，采用內(nèi)襯磚胎膜施工工藝配合防水砂漿，地下室側(cè)壁澆筑設(shè)置單側(cè)模板，用止水螺栓固定，結(jié)構(gòu)上采用內(nèi)防水。

⑶地質(zhì)條件較差，地下水豐富，存在涌水涌砂的可能，咬合樁需采用全套管鉆進，防止塌孔，對周邊造成影響[8]。

⑷基坑面積很小，但開挖深度大，出土口位置只能設(shè)置在基坑?xùn)|側(cè)中部，出土車道周邊采用角撐或?qū)芜M行支護，以方便出土車輛行走。

3.2 支護結(jié)構(gòu)布置及設(shè)計計算

本工程基坑開挖深度為9.50 m，根據(jù)以上分析，采用咬合樁+內(nèi)支撐，咬合樁選用φ1 200@900，葷樁和素樁間隔布置，樁頂設(shè)置截面尺寸為1 200 mm×1 000 mm的冠梁。支撐梁主撐截面為1 000 mm×1 000 mm，連系梁截面600 mm×800 mm，地下室側(cè)壁外側(cè)預(yù)留300 mm 的空間，采用“網(wǎng)噴混凝土+磚胎膜”結(jié)合內(nèi)防水。采用理正深基坑計算軟件，主要結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 中可以看出，基坑開挖到底，最大變形約19.53 mm，樁身最大彎矩2 365 kN·m，支撐最大軸力為5 094 kN。計算結(jié)果表明，基坑變形小于20 mm，可以滿足一級基坑變形的控制要求；樁身的彎矩較大，選用直徑為1 200 mm 的樁，可以滿足要求；支撐軸力最大值約5 000 kN，選用截面1 000 mm×1 000 mm 的鋼筋混凝土支撐也可以滿足要求（見圖4）。

圖3 計算結(jié)果Fig.3 Calculation Results

圖4 基坑支護平面布置及典型剖面示意圖Fig.4 Graphic Layout Typical Section of Foundation Pit Support

4 基坑施工與監(jiān)測

4.1 基坑施工

基坑從2017年8月10日開始施工，工程樁及咬合樁于2017年10月28日全部施工完成，隨后進行支護樁的完整性檢測、冠梁支撐梁施工，于2017年12月3日開始進行土方開挖，2018年3月15日基坑開挖到底，然后進行底板施工。

由于場地東側(cè)需要作為臨時通道，地下2 層不能及時完成，但工期緊張，需要將西側(cè)先拆除，因此對基坑拆除采用分區(qū)拆除，拆除順序擬按Ⅰ區(qū)→Ⅱ區(qū)→Ⅲ區(qū)（見圖5）。

拆除Ⅰ區(qū)支撐時，會造成西側(cè)的支護結(jié)構(gòu)臨空，因此，完成西側(cè)（Ⅰ區(qū)）的地下2 層樓板并達(dá)到設(shè)計強度后，應(yīng)在西側(cè)中部設(shè)置4 處臨時型鋼斜撐，斜撐上方支撐與地下2 層樓板，下方支撐與地下室底板，然后拆除Ⅰ區(qū)；隨后進行Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)地下2 層樓板澆筑，達(dá)到設(shè)計強度后分塊拆除Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)，到2018年5月15日基坑完成回填。

整個基坑開挖過程中，沒有發(fā)現(xiàn)涌水涌砂及變形過大現(xiàn)象，基坑順利完成。

圖5 基坑分區(qū)拆除示意Fig.5 Divisional Demolition of Foundation Pit

4.2 基坑監(jiān)測

由于基坑周邊環(huán)境非常復(fù)雜，本基坑開挖委托了第三方監(jiān)測單位進行監(jiān)測?；颖O(jiān)測的內(nèi)容包括基坑頂?shù)奈灰坪统两?、支撐軸力、測斜、地下水位、周邊房屋的沉降等，總共完成了145 次監(jiān)測，各監(jiān)測項目的數(shù)量和最大變化量如表2 所示。

表2 監(jiān)測數(shù)量及累計最大值匯總表Tab.2 Summary of Monitoring Quantities and Cumulative Maximum Values

監(jiān)測結(jié)果表明，內(nèi)支撐的軸力、基坑變形等基本與設(shè)計計算相符，但基坑實際最大變形略小于計算值，這與計算時，咬合樁僅考慮葷樁而不考慮素樁的假定模型有關(guān)系，這是偏于安全的[9-10]。

5 結(jié)論

本工程地處鬧市區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜、場地地質(zhì)條件差、施工空間狹窄，具有典型性和代表性。能否控制好基坑變形和止水問題是此類基坑設(shè)計成功的關(guān)鍵。小結(jié)如下：

⑴采用咬合樁可以減少一道止水帷幕，節(jié)約施工空間。

⑵采用咬合樁，止水效果好，針對砂層直接過渡到強風(fēng)化巖層的場地，優(yōu)勢明顯。

⑶咬合樁設(shè)計計算如未考慮素樁作用，計算結(jié)果是偏于安全的。對于周邊環(huán)境要求較高的，可以作為安全儲備，對于周邊環(huán)境簡單的，可以適當(dāng)進行優(yōu)化。

⑷在場地用地非常緊張的條件下，地下室外墻預(yù)留300 mm 做磚胎膜和內(nèi)防水，是有效節(jié)約施工空間的方法。

⑸在內(nèi)支撐無法同時拆除時，應(yīng)根據(jù)場地基坑的實際形態(tài)，設(shè)置臨時換撐措施，以確保拆除支撐基坑安全。