謝弘帥 孫朋杰 何林南 鄭鵬亮 張林華 杜維彬

1. 上海海洋地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)有限公司 上海 200120；

2. 中建二局第一建筑工程有限公司 北京 100176

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化步伐的加快，地下空間開(kāi)發(fā)規(guī)模越來(lái)越大，基坑工程面臨的問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，基坑工程支護(hù)體系除受到地質(zhì)條件制約以外，還受到相鄰的建筑物、地下構(gòu)筑物和地下管線等的影響[1]。由此，針對(duì)不同地質(zhì)條件和邊界條件的各種支護(hù)體系應(yīng)運(yùn)而生，在同一場(chǎng)地同時(shí)存在復(fù)雜地質(zhì)條件和復(fù)雜的邊界條件時(shí)，需針對(duì)各區(qū)域不同的支護(hù)條件采用不同的支護(hù)方式，基坑整體采用多種支護(hù)體系進(jìn)行組合支護(hù)的方式，針對(duì)性地進(jìn)行支護(hù)是有必要的。

復(fù)雜邊界條件下一層地下室軟土基坑，基坑面積巨大，場(chǎng)地用地空間緊張，由于采用懸臂樁支護(hù)剛度無(wú)法滿足基坑變形控制要求，通常采用排樁+支撐支護(hù)、雙排樁支護(hù)或樁錨支護(hù)。

排樁+支撐支護(hù)能夠有效控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，但其對(duì)基坑工程挖土制約較大且造價(jià)較高。樁錨支護(hù)能有效控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，但地下室外墻退界較小，采用錨索支護(hù)一般會(huì)超出用地紅線，且若紅線外存在地下障礙物時(shí)，錨索的使用在此種情況下存在限制。

雙排樁支護(hù)可在一定程度上避免結(jié)構(gòu)超用地紅線情況，且對(duì)場(chǎng)地外地下障礙物無(wú)影響，并能有效控制基坑變形和滿足穩(wěn)定性要求，但需占用較大的場(chǎng)地空間。

在支護(hù)邊界距用地紅線不滿足雙排樁施工條件時(shí)，為了同時(shí)滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)安全控制要求、支護(hù)結(jié)構(gòu)不超用地紅線政策要求及對(duì)場(chǎng)地外側(cè)環(huán)境保護(hù)要求，采用了一種新型支護(hù)形式：?jiǎn)闻艠?前撐式注漿鋼管斜撐體系，該支護(hù)體系可同時(shí)滿足以上限制條件，造價(jià)相對(duì)采用整體支撐方式較低。

由此，在復(fù)雜邊界條件下的軟土基坑，為同時(shí)滿足基坑安全穩(wěn)定性要求、環(huán)境保護(hù)要求用地紅線政策要求及經(jīng)濟(jì)性要求，根據(jù)各個(gè)支護(hù)條件采用不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的組合支護(hù)方式是必要且合理的。結(jié)合浙江軟土地區(qū)某開(kāi)挖深度5.0～7.0 m的復(fù)雜邊界條件下的基坑工程案例，從基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案選型、項(xiàng)目實(shí)施效果及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析等方面進(jìn)行研究，為以后類似工程項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

擬建場(chǎng)地位于浙江臺(tái)州玉環(huán)市，基坑面積約8.85萬(wàn) m2，普遍開(kāi)挖深度為4.35～5.35 m，北側(cè)靠坑邊電梯井最深7.05 m，基坑北側(cè)、東側(cè)和南側(cè)支護(hù)邊界距用地紅線較近，紅線外分別為已建省道和市政道路，路邊靠基坑側(cè)分布有較多市政管線，基坑西側(cè)支護(hù)邊界距離用地紅線較遠(yuǎn)，紅線內(nèi)基坑外側(cè)為本項(xiàng)目先施工商鋪工程樁。

場(chǎng)地所在地貌單元屬?zèng)_海積平原，地貌類型單一，基坑開(kāi)挖及影響范圍內(nèi)涉及的土層為雜填土和淤泥及淤泥質(zhì)土。潛水水位埋深0.50～3.50 m，設(shè)計(jì)按不利原則取值，取設(shè)計(jì)水位埋深0.50 m。③1夾粉質(zhì)黏土夾粉砂層為弱承壓含水層，水頭埋深2.80 m。

各土層物理力學(xué)指標(biāo)表如表1所示。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)

2 地質(zhì)條件和邊界條件分析

2.1 地質(zhì)條件分析

該項(xiàng)目場(chǎng)地地質(zhì)條件較差，基坑開(kāi)挖及影響范圍內(nèi)地層分布以大厚度填土和大厚度淤泥及淤泥質(zhì)黏土為主，各層土層特性及對(duì)基坑工程的影響分析如下：

①雜填土：以碎石、塊石為主，含少量建筑垃圾，硬雜質(zhì)含量占80%～90%，粒徑以200～400 mm為主，少量達(dá)800 mm以上，碎石、塊石成分主要為凝灰?guī)r，較硬。對(duì)止水帷幕和支護(hù)方案選型有一定影響。

③1淤泥及③2淤泥質(zhì)黏土：該兩層土土性較差，具有低強(qiáng)度、高壓縮性。基坑開(kāi)挖過(guò)程中坑周土體易產(chǎn)生流動(dòng)，坑內(nèi)土體易產(chǎn)生隆起變形。

③1夾粉質(zhì)黏土夾粉砂：局部粉砂含量較高，相變?yōu)榉凵?，含弱孔隙承壓水。局部主樓及電梯井部位抗突涌不滿足規(guī)范要求，支護(hù)設(shè)計(jì)需采取合理的止水和坑內(nèi)降壓的措施。

2.2 邊界條件分析

基坑周邊場(chǎng)地條件復(fù)雜，其中地塊北側(cè)緊鄰省道、南側(cè)和東側(cè)外為市政道路，路面下分布有較多市政管線，與基坑最小距離為4.51 m，西側(cè)外側(cè)為商鋪?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)需控制基坑開(kāi)挖對(duì)市政道路、市政管線及鄰近建筑的影響，地塊周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境

3 基坑設(shè)計(jì)重點(diǎn)及方案選型

3.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)分析

本項(xiàng)目支護(hù)設(shè)計(jì)面臨主要問(wèn)題是復(fù)雜的場(chǎng)地地質(zhì)條件和邊界條件。止水帷幕及支護(hù)結(jié)構(gòu)選型主要從以上兩方面進(jìn)行考慮，分析如下：

1）淺部填土厚度較大，且填土內(nèi)石塊、碎石較多，對(duì)基坑工程的防滲和止水效果要求較高。由此，止水帷幕設(shè)計(jì)應(yīng)從施工設(shè)備對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性、止水效果以及機(jī)械設(shè)備對(duì)場(chǎng)地的要求等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）填土下部為大厚度的淤泥及淤泥質(zhì)黏土，為典型深厚軟土，具有低強(qiáng)度、高壓縮性，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形控制要求較高。

3）基坑北側(cè)西段基坑邊界距用地紅線最近僅1.10 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)用地空間極為緊張，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型限制較大；基坑北側(cè)、南側(cè)和西側(cè)均鄰近市政道路，道路下分布有大量的電力、通信、給水、排水、污水等市政管線，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工影響較大。

4）本基坑面積大，工期緊張，基坑支護(hù)方案需結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及工期等因素進(jìn)行綜合考慮。

3.2 止水帷幕選型分析

根據(jù)本項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告，對(duì)本基坑有影響的地下水類型為淺部土層中的潛水和③1夾層微承壓水。淺部雜填土層內(nèi)含大量碎石、塊石，對(duì)止水帷幕選型有較大影響。按照?qǐng)龅氐刭|(zhì)條件，本項(xiàng)目止水帷幕可供選擇的形式有水泥攪拌樁和高壓旋噴樁2種方式。支護(hù)方式的技術(shù)特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析見(jiàn)表2。

表2 止水帷幕選型分析

鑒于本場(chǎng)地淺部填土厚度較大且填土內(nèi)石塊、碎石較多，同時(shí)考慮機(jī)械設(shè)備對(duì)土層的適應(yīng)性及止水帷幕的止水效果，采用高壓旋噴樁作為止水帷幕。

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)選型分析

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮基坑整體的安全性和穩(wěn)定性要求，同時(shí)兼顧造價(jià)和工期的要求，因地制宜，從而得到最佳設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、土質(zhì)條件和周邊環(huán)境情況，按照安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理、可行的原則，結(jié)合各邊的周邊環(huán)境條件和保護(hù)要求整體采用直立支護(hù)方案，支護(hù)結(jié)構(gòu)可供選擇的支護(hù)方式有“樁錨支護(hù)”“雙排樁”“樁撐支護(hù)”及“樁+前撐式注漿鋼管斜撐”等多種支護(hù)方式，各支護(hù)方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析見(jiàn)表3。

表3 各支護(hù)方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

考慮到基底以下為深厚淤泥層，該層土為支護(hù)結(jié)構(gòu)提供的被動(dòng)區(qū)抗力較小，無(wú)法滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和穩(wěn)定性要求，因此，在坑內(nèi)側(cè)基底以下一定范圍內(nèi)設(shè)置高壓旋噴樁被動(dòng)區(qū)加固，改良被動(dòng)區(qū)土體的強(qiáng)度及性狀[2]，以提高被動(dòng)區(qū)支護(hù)抗力。

根據(jù)本基坑特點(diǎn)，針對(duì)不同區(qū)域分別采用了“樁錨支護(hù)”“雙排樁”“樁撐支護(hù)”及“樁+前撐式注漿鋼管斜撐”等支護(hù)方式，結(jié)合了淺部卸土及坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)加固方式。同時(shí)對(duì)交界面處采用不同支護(hù)體系延伸一定長(zhǎng)度范圍等手段，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)處理，以控制不同支護(hù)結(jié)構(gòu)變剛度體系的變形不協(xié)調(diào)問(wèn)題。

4 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 基坑北側(cè)東段、南側(cè)及西側(cè)局部區(qū)域

1）基坑北側(cè)東段區(qū)域：基坑開(kāi)挖深度5.35 m，支護(hù)邊界距用地紅線最近僅6.30 m，紅線外設(shè)置臨時(shí)施工便道，紅線內(nèi)無(wú)滿足放坡開(kāi)挖的空間需求。

2）基坑南側(cè)區(qū)域：基坑開(kāi)挖深度4.35～5.05 m，支護(hù)邊界距用地紅線為10.10 m，紅線內(nèi)設(shè)置臨時(shí)施工便道，無(wú)滿足放坡開(kāi)挖的空間需求。

3）基坑西側(cè)局部區(qū)域：基坑開(kāi)挖深度4.75～5.05 m，基坑外側(cè)為先施工商鋪的工程樁，支護(hù)設(shè)計(jì)需考慮對(duì)已施工工程樁的保護(hù)。

以上3個(gè)區(qū)域，綜合考慮周邊場(chǎng)地條件、地質(zhì)條件及環(huán)境保護(hù)等因素，設(shè)計(jì)采用雙排樁支護(hù)。采用φ600 mm灌注樁，嵌固深度插入比約1∶2，樁間采用高壓旋噴樁止水，止水帷幕深度進(jìn)入基底以下約5.0 m。該方式可滿足基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性及止水要求，同時(shí)可為坑內(nèi)土方開(kāi)挖提供便利。典型支護(hù)剖面如圖2所示。

圖2 雙排樁支護(hù)典型剖面

4.2 基坑?xùn)|側(cè)和西側(cè)區(qū)域

1）基坑?xùn)|側(cè)區(qū)域：基坑開(kāi)挖深度4.93 m，支護(hù)邊界距用地紅線最近2.50 m，距現(xiàn)場(chǎng)圍墻最近17.50 m，圍墻內(nèi)為施工便道，場(chǎng)地下部無(wú)管線，地下空間條件較好。

2）基坑西側(cè)區(qū)域：基坑開(kāi)挖深度4.35～5.35 m，支護(hù)邊界距用地紅線最近32.70 m，基坑外側(cè)為先施工工程樁，支護(hù)結(jié)構(gòu)空間有限。

綜上，結(jié)合場(chǎng)地條件及地質(zhì)條件，基坑?xùn)|側(cè)和西側(cè)采用樁錨支護(hù)，排樁采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴錨索，鉆孔樁參數(shù)為φ600 mm@900 mm，插入比約1∶2，采用高壓旋噴樁止水，止水帷幕深度進(jìn)入基底以下約5.0 m。高壓旋噴錨索采用高壓旋噴工藝，形成直徑為500 mm的錨固體，錨索采用在軟土基坑中應(yīng)用較成熟的高壓旋噴錨索，能提供較高的錨固力，有效控制基坑變形。

針對(duì)東側(cè)超紅線事宜，錨索采用可回收工藝，施工完成后對(duì)鋼絞線進(jìn)行回收。西側(cè)錨索施工前對(duì)錨索進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，錨索設(shè)置在已施工工程樁樁間，避開(kāi)工程樁。典型樁錨支護(hù)剖面如圖3所示。

圖3 典型樁錨支護(hù)剖面

4.3 基坑北側(cè)西段區(qū)域

基坑普遍區(qū)域開(kāi)挖深度5.35～5.55 m，支護(hù)邊界距用地紅線最近僅為1.10 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)用地空間緊張，雙排樁支護(hù)無(wú)施工空間；同時(shí)紅線外緊鄰市政道路，下方為市政管線，對(duì)錨索施工形成制約，樁錨支護(hù)無(wú)施工條件。

針對(duì)此種情況，可供選擇支護(hù)方案有2種：

1）排樁+鋼斜撐支護(hù)：鋼斜撐撐在坑內(nèi)先施工底板上，隨后進(jìn)行坑邊土方開(kāi)挖和地下室結(jié)構(gòu)施工，待地下室完成后割除鋼管。同時(shí)由于鋼斜撐需跨越主樓，鋼管長(zhǎng)度較長(zhǎng)，需設(shè)置立柱。施工工藝復(fù)雜且工期較長(zhǎng)。

2）排樁+前撐式注漿鋼管斜撐：注漿鋼管在土方開(kāi)挖前打入基底以下一定長(zhǎng)度，并進(jìn)行注漿，提高鋼管與土體的側(cè)摩阻力及端阻力，形成斜向受壓桿件，端部與圈梁連接并澆筑為整體。采用此工藝可實(shí)現(xiàn)整體開(kāi)挖，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需進(jìn)行坑邊留土，方便坑內(nèi)土方開(kāi)挖，同時(shí)能大大縮短施工工期。

因此，為方便土方開(kāi)挖和節(jié)省施工工期，設(shè)計(jì)采用排樁+前撐式注漿鋼管斜撐支護(hù)體系。鉆孔樁參數(shù)為φ700 mm@900 mm，插入比約1∶2.5，采用高壓旋噴樁止水，止水帷幕深度進(jìn)入基底以下4.0～5.0 m，前撐鋼管采用φ325 mm×8 mm。典型排樁+前撐式注漿鋼管斜撐支護(hù)剖面如圖4所示。

圖4 典型排樁+前撐式注漿鋼管斜撐支護(hù)剖面

4.4 基坑?xùn)|北角區(qū)域

基坑普遍區(qū)域開(kāi)挖深度5.35～5.55 m，支護(hù)邊界距用地紅線最近僅為1.10 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)用地空間緊張，同時(shí)紅線外緊鄰市政道路，下方為市政管線，由此采用排樁+支撐支護(hù)，鉆孔樁參數(shù)為φ700 mm@1 000 mm，插入比約1∶2.5，采用高壓旋噴樁止水，止水帷幕深度進(jìn)入基底以下4.0～5.0 m。典型排樁+混凝土支撐支護(hù)剖面如圖5所示。

圖5 典型排樁+混凝土支撐支護(hù)剖面

5 基坑支護(hù)效果分析

為保證基坑自身安全及控制基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境影響，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括深層土體水平位移、周邊管線的水平位移和沉降、已建建筑的變形、支撐軸力、前撐注漿鋼管軸力及錨索內(nèi)力等。

自基坑開(kāi)挖至基底到基坑回填期間，基坑周邊地面變形為16.0～33.0 mm，周邊管線最大變形為8.50 mm，均未超過(guò)相應(yīng)規(guī)范限制，能夠有效地保護(hù)周邊環(huán)境。典型區(qū)域支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及支點(diǎn)受力如表4及表5所示。

表4 深層土體水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表5 錨索/支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表4及表5可知，本基坑采用多種支護(hù)結(jié)構(gòu)組合支護(hù)體系，各支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均未超過(guò)計(jì)算值。樁+混凝土角撐支護(hù)剛度較大，相對(duì)其他支護(hù)體系控制變形作用明顯；鉆孔樁+高壓旋噴錨索支護(hù)體系由于錨索能夠形成的錨固體直徑較大，能夠提供較高的錨固力，其在軟土基坑中對(duì)變形控制效果明顯；雙排樁為超靜定結(jié)構(gòu)，在一層地下室基坑中同樣具有較高的控制變形能力；鉆孔樁+注漿鋼管前撐支護(hù)體系在軟土地層中會(huì)隨著基坑土方開(kāi)挖及基坑開(kāi)挖到底后暴露時(shí)間加長(zhǎng)發(fā)生蠕變，但通過(guò)合理設(shè)置設(shè)計(jì)參數(shù)及控制基坑暴露時(shí)間，能夠有效控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，保證基坑工程順利施工。同時(shí)，錨索/支撐軸力均小于計(jì)算值且處于報(bào)警值80%左右。

綜上，本基坑采用組合支護(hù)體系能夠有效控制基坑變形，保證基坑穩(wěn)定及控制周邊環(huán)境變形，設(shè)計(jì)方案針對(duì)不同邊界條件采用不同支護(hù)體系，為基坑土方開(kāi)挖和地下室結(jié)構(gòu)施工提供了便利，證明基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案選型是合理可靠的。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)解決復(fù)雜地質(zhì)條件和邊界條件下設(shè)計(jì)選型問(wèn)題，驗(yàn)證了組合支護(hù)體系的合理性及可靠性，得出以下結(jié)論：

1）不同場(chǎng)地和地質(zhì)條件需采用針對(duì)性的支護(hù)結(jié)構(gòu)，解決特殊條件下的支護(hù)問(wèn)題。組合支護(hù)體系符合安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，是未來(lái)基坑工程精細(xì)化施工的一個(gè)方向。

2）雙排樁門架是一種空間超靜定支護(hù)結(jié)構(gòu)，剛度較大，在開(kāi)挖深度5.0 m左右的軟土基坑中可以有效地控制基坑側(cè)向變形。

3）排樁+高壓旋噴錨索支護(hù)：高壓旋噴錨索在軟土基坑中能提供較高的錨固力，能有效控制對(duì)周邊環(huán)境的影響。

4）前撐注漿鋼管支護(hù)體系相對(duì)傳統(tǒng)排樁+斜拋撐支護(hù)具有工期短、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)注漿可提供較高的承載力，滿足基坑使用要求，但需合理設(shè)置設(shè)計(jì)參數(shù)，控制其在軟土地層中的蠕變效應(yīng)。支護(hù)體系總體可保證基坑自身安全及控制其對(duì)周邊環(huán)境的影響，可在類似基坑工程中推廣使用。