黃清祥 陳云彬

(中國(guó)京冶工程技術(shù)有限公司廈門(mén)分公司 福建廈門(mén) 361009)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)城市地下空間的開(kāi)發(fā)越來(lái)越多。在復(fù)雜環(huán)境條件下地下空間的開(kāi)發(fā)，其基坑支護(hù)形式需要考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、基坑周邊環(huán)境、開(kāi)挖深度以及面積等條件[1-2]。采用樁+內(nèi)支撐這種支護(hù)剛度較大的支護(hù)體系和采用樁+錨索這種支護(hù)剛度相對(duì)較柔的支護(hù)體系[3]，在工程實(shí)踐中都有廣泛應(yīng)用。

本文以廈門(mén)某深基坑項(xiàng)目為背景，探討在地形起伏較大、基坑周邊存在以天然地基為基礎(chǔ)的民宅、支護(hù)空間狹小、深厚殘積砂質(zhì)粘性土層中如何合理地選擇基坑支護(hù)類型，以期為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

廈門(mén)某基坑項(xiàng)目，建設(shè)用地面積8961.39m2，建筑面積39 291.74m2。其中，地上擬建1#～4#樓為2～17層，高度9.45m～53.85m，地下擬建3層地下室?；娱_(kāi)挖面積約7553m2，基坑周長(zhǎng)約380m，開(kāi)挖深度約12.9m～18.3m。建筑基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力管樁和抗浮錨桿。基坑總平面布置如圖1所示。

圖1 基坑總平面圖

1.2 周邊環(huán)境

擬建地下室四周邊線5m為紅線，其中，北側(cè)紅線外1m～2m為已建1～3層民宅(采用天然地基，無(wú)地下室，基礎(chǔ)埋深約1.5m，下同)；東側(cè)紅線外為已建寬約24m的巷南路；東南角紅線外約1m為已建2層民宅；西南側(cè)紅線外為已建寬約12m的民安路，緊臨民安路有3～5層的民宅；西側(cè)紅線外為已建寬約4m的馬巷街，外側(cè)為教堂及民宅。

1.3 場(chǎng)地地質(zhì)、水文條件

場(chǎng)地原始地貌屬坡殘積臺(tái)地地貌單元，為舊房拆除地塊，地勢(shì)總體呈南高北低狀，最大高差約4.34m。

基坑開(kāi)挖深度影響范圍內(nèi)場(chǎng)地土層自上而下主要分布有：①雜填土、②粉質(zhì)粘土、③殘積砂質(zhì)粘性土、④全風(fēng)化花崗巖、⑤強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。巖土層的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 巖土層的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

場(chǎng)地地下水主要為賦存并運(yùn)移于③殘積砂質(zhì)粘性土、④全風(fēng)化花崗巖、⑤強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的孔隙～網(wǎng)狀裂隙中的弱承壓水，局部地段水位處于③層之內(nèi)為潛水。其中，①雜填土層滲透性與填料成分及密實(shí)度相關(guān)，總體屬?gòu)?qiáng)透水層，其層內(nèi)無(wú)地下水；②粉質(zhì)粘土屬微透水含水層，屬相對(duì)隔水層；③～⑤層呈漸變關(guān)系，滲透性具有自上向下增強(qiáng)的趨勢(shì)，但總體均屬弱透水含水層，水量不大。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該工程建筑±0.000=35.10m，場(chǎng)地現(xiàn)狀黃海標(biāo)高約33.60m～39.00m，基坑計(jì)算底標(biāo)高約19.4m/20.7m(黃海)，開(kāi)挖深度約12.9m～18.3m。基坑的主要特點(diǎn)：①基坑開(kāi)挖深度大；②基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，且對(duì)變形要求嚴(yán)格，可利用的支護(hù)空間很小；③基坑形狀不規(guī)則；④現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地標(biāo)高起伏較大，呈南高北低狀。

2.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型討論

由于基坑支護(hù)深度大，支護(hù)空間有限，且基坑潛在滑動(dòng)面內(nèi)有重要建筑物(如教堂等)，采用放坡、土釘墻和復(fù)合土釘墻支護(hù)形式，基坑的變形、穩(wěn)定性和周邊構(gòu)(建)筑物的變形控制均不能滿足工程要求。懸臂樁、雙排樁支護(hù)對(duì)基坑以及周邊構(gòu)(建)筑物變形控制和場(chǎng)地條件均不能滿足工程要求。

該基坑的主要選型方案有樁+內(nèi)支撐；樁+錨索；樁+內(nèi)支撐+錨索的組合形式。

(1)由于基坑形狀不規(guī)則且現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地標(biāo)高起伏較大，若全場(chǎng)地采用內(nèi)支撐布置，在平面和豎向方向上都難以協(xié)調(diào)，且對(duì)后期土方開(kāi)挖造成不利影響，施工工期變長(zhǎng)。

(2)由于基坑西北角、南側(cè)陽(yáng)角處民宅緊貼用地紅線，且采用淺基礎(chǔ)形式，若全場(chǎng)地采用樁+錨索支護(hù)形式，如圖2所示。錨索注漿施工對(duì)民宅基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響；基坑南側(cè)陽(yáng)角處，錨索施工會(huì)互相干擾，施工不便。

圖2 樁+錨索支護(hù)平面圖

(3)采用樁+內(nèi)支撐+錨索的剛?cè)峤M合體系形式，有兩種形式，一種是平面布置上的剛?cè)狍w系；另一種是豎向布置上的剛?cè)狍w系。

對(duì)該工程而言，基坑西北角和南側(cè)陽(yáng)角處民宅緊貼用地紅線，若采用全錨索形式，會(huì)影響周邊構(gòu)建筑物天然基礎(chǔ)，且基坑陽(yáng)角處錨索施工會(huì)相互干擾。若考慮全場(chǎng)地內(nèi)支撐布置，由于場(chǎng)地地形南高北低高差大，難以統(tǒng)一協(xié)調(diào)，且主樓在基坑中間位置，全內(nèi)支撐布置很難避開(kāi)主樓，影響基坑整體土方開(kāi)挖及主樓管樁施工，增加施工工期和造價(jià)。

基于以上考慮，該工程采用平面布置上的剛?cè)峤M合體系，平面布置如圖3所示，A-A/B-B剖面為互相獨(dú)立的內(nèi)支撐角撐，C-C剖面為錨索，解決了基坑周邊存在構(gòu)建筑物天然基礎(chǔ)、基坑陽(yáng)角等問(wèn)題，較好地協(xié)調(diào)場(chǎng)地高低差，大面積避開(kāi)主樓位置，方便基坑和管樁施工，減少施工工期和造價(jià)，如圖4～圖5所示。

圖3 樁+內(nèi)支撐+錨索支護(hù)平面圖

圖4 B-B剖面圖

圖5 C-C剖面圖

據(jù)我司已施工的廈門(mén)裕景中心基坑工程，采用了豎向布置上的剛?cè)狍w系，該工程基坑開(kāi)挖深度18m～22m，第一、二道設(shè)置內(nèi)支撐，以下幾道支護(hù)設(shè)置錨索的形式，如圖6所示。上部?jī)傻啦捎脙?nèi)支撐，一是為了避免錨索注漿施工對(duì)緊臨基坑周邊天然地基構(gòu)建筑物及相鄰海域護(hù)岸的影響；二是遇到基坑上部為軟弱土層，淺層錨索抗拔力不足的問(wèn)題[4]；三是該工程基坑巖面起伏較大，局部樁底埋深不夠，甚至存在吊腳樁的情況，內(nèi)支撐在豎向一個(gè)標(biāo)高位置上又很難布置的情況下，采用錨索形式代替能較好地解決樁的踢腳問(wèn)題。

綜上，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地條件、地質(zhì)條件等因素綜合考慮。

2.2 基坑局部陰角位置剛?cè)嶂ёo(hù)形式比較

當(dāng)基坑存在局部陰角，角度大小是銳角、直角，或者比較小的鈍角，且基坑開(kāi)挖深度較大時(shí)，其平面布置可選擇樁+角撐、樁+錨索?，F(xiàn)取圖3基坑?xùn)|北角(陰角直角部位)，其剛、柔支護(hù)形式如圖7～圖10所示。

圖7 樁+角撐平面圖 圖8 樁+錨索平面圖

圖9 樁+角撐剖面圖

分別對(duì)以上兩種剛、柔支護(hù)形式進(jìn)行單元計(jì)算，結(jié)果如圖11～圖12以及表2～表3所示。

圖11 樁+角撐支護(hù)單元計(jì)算結(jié)果

圖12 樁+錨索支護(hù)單元計(jì)算結(jié)果

支護(hù)形式樁變形最大值S/mm樁彎矩最大值M/kN·m支撐軸力標(biāo)準(zhǔn)Nk/kN樁+撐10.37619.18第一道:785.57kN第二道:2431.16kN

樁+角撐(剛性)支護(hù)形式沿基坑每延米的支護(hù)造價(jià)約1.74萬(wàn)元(含立柱樁)。

表3 樁+錨索支護(hù)形式計(jì)算結(jié)果表

樁+錨索(柔性)支護(hù)形式沿基坑每延米的支護(hù)造價(jià)約2.12萬(wàn)元(錨索間距1.5 m)。

由以上圖表及計(jì)算結(jié)果可知，在局部區(qū)域內(nèi)，采用樁+角撐和樁+錨索二者的形式支護(hù)，從受力和變形上看均能滿足工程要求；在局部范圍內(nèi)由于支撐的跨度不大，需要設(shè)置的立柱數(shù)量不多，對(duì)施工空間影響有限。經(jīng)對(duì)比計(jì)算，采用樁+角撐的支護(hù)方式比樁+錨索的支護(hù)方式經(jīng)濟(jì)性更好。

2.3 地下水控制

根據(jù)地勘資料，該工程基坑開(kāi)挖深度影響范圍，主要是殘積砂質(zhì)粘性土層，滲透系數(shù)K=6.0×10-5cm/s。經(jīng)降水沉降計(jì)算(采用變形模量)分析，降水引起的地面及建筑物的沉降滿足規(guī)范要求，因此，基坑周邊未設(shè)置止水帷幕，只在基坑內(nèi)部設(shè)置21口疏干井，其余坡頂和坑內(nèi)的積水采用集水明排的方式處理。在勘察期間基坑穩(wěn)定水位埋深3.25m～5.50m，土方開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，據(jù)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，水位降深5.3m～9.7m，坡頂?shù)乃轿灰坪拓Q向沉降約25mm～28mm，而相鄰建筑物的沉降量0～10mm，說(shuō)明該基坑工程不設(shè)止水帷幕是可行的，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，殘積砂質(zhì)粘性土遇水容易軟化，在未設(shè)置止水帷幕情況下，基坑土方開(kāi)挖后若樁間土支護(hù)措施未及時(shí)施工，容易造成樁間流泥，可能引發(fā)工程安全隱患。

根據(jù)以上工程實(shí)踐，在類似工程中基坑周邊可以不設(shè)置止水帷幕措施，但應(yīng)及時(shí)在施工樁間土掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，不可暴露很長(zhǎng)時(shí)間，以避免造成工程安全隱患。

3 監(jiān)測(cè)情況分析

基坑工程按“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工”原則。該工程的基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：坡頂水平和豎直位移、錨索應(yīng)力、樁身應(yīng)力、地下水位、土體深層水平位移以及周邊構(gòu)(建)筑物的變形?；颖O(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面布置如圖13所示。

圖13 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面圖

該次監(jiān)測(cè)從2018年3月16日開(kāi)始(基坑開(kāi)挖前)，目前基坑已開(kāi)挖到底，坑底墊層已全部封閉，抗浮錨桿、局部承臺(tái)已施工完成，各監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)基本趨于穩(wěn)定?；悠马斔轿灰戚^大的地方在4～8號(hào)點(diǎn)，變化范圍25mm～28mm；豎直沉降較大的地方在4～8號(hào)點(diǎn)，變化范圍25mm～27mm；立柱沉降最大點(diǎn)是LZ2=8mm；周邊建構(gòu)筑物沉降值最大點(diǎn)是ZJ28=10mm；錨索內(nèi)力較大的是MS2和MS3，內(nèi)力變化累計(jì)值分別為188.5kN、181.4kN；水位變化約5.3m～9.7m。土體深層測(cè)斜位點(diǎn)CX1、CX6～CX8最大位移的位置在地面以下7.5m～9.0m范圍，最大位移為10.72mm～13.12mm；而測(cè)斜位點(diǎn)CX3～CX5的位移最大的位置在地面以下10.0m～11.0m范圍，最大位移為20.25mm～38.65mm。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，基坑及周邊民宅的變形均未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)警值，基坑工程處于穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明該工程采用平面布置上的剛?cè)嶂ёo(hù)體系應(yīng)用是可行的。

將圖3局部角撐位置處土體深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)CX1和CX8的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理正深基坑7.0軟件單元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，如圖14所示。

通過(guò)以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果比較可知，二者的變形隨深度變化曲線的規(guī)律較一致；最大值位置不一樣，但最大值大小接近，說(shuō)明在類似工程中采用理正深基坑7.0軟件單元計(jì)算結(jié)果分析是適用的。

4 結(jié)論

(1)在地形起伏較大、基坑周邊存在基礎(chǔ)較差的民宅、支護(hù)空間狹小且基坑開(kāi)挖深度大等條件下，當(dāng)單一支護(hù)形式不能滿足工程需求時(shí)，可考慮采用剛?cè)峤M合支護(hù)體系解決。

(a)測(cè)點(diǎn)CX1 (b)測(cè)點(diǎn)CX8 (c)理正單元計(jì)算結(jié)果

(2)當(dāng)基坑存在局部陰角，角度大小是銳角、直角或者比較小的鈍角，且基坑開(kāi)挖深度較大時(shí)，其平面布置可選擇樁+角撐形式。

(3)在深厚殘積砂質(zhì)粘性土基坑工程中，經(jīng)降水沉降分析周邊環(huán)境變形滿足規(guī)范要求時(shí)，可考慮不設(shè)置止水帷幕措施，但應(yīng)及時(shí)掛網(wǎng)噴砼封閉樁間土，防止出現(xiàn)樁間流泥。

(4)通過(guò)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，該工程采用剛?cè)嶂ёo(hù)體系是可行的；通過(guò)基坑局部的角撐位置處土體深層位移監(jiān)測(cè)與理正深基坑7.0軟件單元計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比可知，在深厚殘積砂質(zhì)粘性土層中該計(jì)算方法是適用的。