丁如花

（余姚市城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)院，浙江 寧波315400）

1 概述

近年來，隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市用地的限制，城市建筑基坑逐漸向更深、更具風(fēng)險(xiǎn)的趨勢(shì)發(fā)展?；由疃仍酱蟆⒅苓叚h(huán)境越復(fù)雜，將導(dǎo)致設(shè)計(jì)和施工的難度也越來越大。本文根據(jù)深基坑實(shí)際的項(xiàng)目案例，對(duì)軟土地區(qū)具有地質(zhì)條件差、周邊環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)的深基坑進(jìn)行了系統(tǒng)性的計(jì)算與分析。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目位置

本工程位于上海市黃浦區(qū)王家碼頭路、王家嘴角街北角（見圖1）?；佑?層地下車庫與南側(cè)地下聯(lián)通道兩部分組成。北側(cè)地庫基坑開挖面積約3 200 m2，基坑開挖深約15.30 m（承臺(tái)底），集水井等落深區(qū)深度為1.4 m（自底板算起）；南側(cè)地下聯(lián)通路基坑開挖面積約560 m2,基坑開挖深約15.30 m～7.85 m；基坑總周長(zhǎng)約為255 m。

2.2 基坑周邊環(huán)境

本基坑場(chǎng)地現(xiàn)狀為臨近工程的臨設(shè)用地。由圖1可知，基坑北側(cè)邊線距用地紅線最近處約3.5 m；紅線外為泛海國際公寓高層建筑，其地下室距基坑邊線約9.6 m?；?xùn)|側(cè)邊線距用地紅線約2 m，紅線外為寬20 m的王家嘴角街，路東側(cè)為1幢18層建筑?；幽蟼?cè)邊線距用地紅線約2.7 m；紅線外為寬11 m王家碼頭路，路南側(cè)為2～7層民房?；游鱾?cè)邊線距用地紅線約3 m，紅線外為泛海國際公寓高層建筑，其3層地下室距基坑邊線約8.0 m。另外，周邊2條道路下分布有數(shù)量眾多的重要地下管線（給水管道，污水管道，雨水管道）。因此，本基坑周邊環(huán)境很復(fù)雜（見圖2），增加了設(shè)計(jì)難度。

圖1 項(xiàng)目地理位置圖

圖2 基坑周邊環(huán)境

2.3 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)概況

2.3.1 工程地質(zhì)

擬建場(chǎng)地勘察揭露的地基土均屬第四紀(jì)松散沉積物。按其結(jié)構(gòu)特征、時(shí)代成因和物理力學(xué)性質(zhì)劃分為4大層及所屬亞層。土層分類及其主要土層參數(shù)見圖3。

圖3 土層地質(zhì)剖面參數(shù)圖

2.3.2 水文地質(zhì)條件

潛水：擬建場(chǎng)地淺部地下水屬潛水類型，主要補(bǔ)給來源為大氣降水和地表水。設(shè)計(jì)時(shí)地下潛水位按上海市平均水位0.5 m考慮。

承壓水：第一承壓水含水層為第⑦1層砂質(zhì)粉土，承壓水位低于潛水位，承壓水水位按最不利情況埋深3.0 m計(jì)算。

3 圍護(hù)設(shè)計(jì)方案選擇

3.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1）基坑開挖深度大

本基坑工程地庫和南側(cè)通道基坑最大開挖深度達(dá)15.3 m且開挖面小。為此，確?；拥陌踩┕な潜敬螄o(hù)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。

2）基坑周邊環(huán)境復(fù)雜

基坑緊鄰的現(xiàn)狀道路下分布著數(shù)量眾多的地下管線，且周邊的建筑均為高層結(jié)構(gòu)，地下層深。為此，環(huán)境對(duì)基坑變形的要求高。

3）施工場(chǎng)地狹小

基地內(nèi)空間有限，地庫邊距離用地紅線最小僅為2 m，圍護(hù)設(shè)計(jì)須為施工創(chuàng)造條件，解決施工用地和施工道路問題。

4）流砂及管涌的影響

上海地區(qū)以軟土為主，須確?；訃o(hù)隔水效果，避免在動(dòng)水壓力作用下易發(fā)生流砂和管涌事故，設(shè)計(jì)應(yīng)確保圍護(hù)體系具有良好的止水性能。

5）其他

本次基坑由地下車庫和南側(cè)地下聯(lián)通道兩部分組成，基底存在高差，聯(lián)通道深度沿縱向漸變，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩部分同時(shí)施工的相互影響及換撐的有效實(shí)施，以確保基坑安全實(shí)施。

3.2 圍護(hù)方案的選擇

圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇，不僅關(guān)系基坑開挖和周邊環(huán)境的安全，還直接影響土方開挖和地下結(jié)構(gòu)的施工成本?；訃o(hù)是個(gè)系統(tǒng)工程，要求受力合理、施工方便、工期短。

根據(jù)上海市工程建筑規(guī)范《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ 08—61—2018，本項(xiàng)目的基坑安全等級(jí)為一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。

通過上述的難點(diǎn)分析，結(jié)合項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)的要求和場(chǎng)地的特點(diǎn)，經(jīng)比選后采用了地下連續(xù)墻的圍護(hù)形式。地下連續(xù)墻抗側(cè)剛度大，并具有擋土和止水功能，可有效的保護(hù)周邊環(huán)境，適用于基坑開挖深度較深（一般超過12 m）及周邊環(huán)境保護(hù)要求高的基坑工程，經(jīng)濟(jì)性較好。本次考慮基坑開挖深度較深，設(shè)置三道鋼筋混凝土水平支撐以滿足基坑安全和變形的控制要求。

4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文以項(xiàng)目中不利的地庫部分基坑（開挖深度15.3 m）設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行合理結(jié)構(gòu)布置，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證及設(shè)計(jì)必要的輔助措施。

4.1 結(jié)構(gòu)布置

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻,地下連續(xù)墻深度共34.3 m，其中基坑深度為15.3 m,嵌固深度為19 m?；庸苍O(shè)置三道鋼筋混凝土支撐，間距6 m左右，第一道支撐設(shè)置了施工中挖、運(yùn)土用的棧橋，方便施工，降低了施工技術(shù)措施費(fèi)，截面尺寸見表1。

表1 支撐截面參數(shù)表mm

基坑支撐腋角尺寸均為500 mm×500 mm，棧橋板厚300 mm。墻縫采用圓形鎖口管接頭。立柱采用490 mm×490 mm鋼格構(gòu)立柱，新增立柱樁均為Φ850 mm鉆孔灌注樁,利用工程樁的立柱樁均需將工程樁頂部4 m范圍擴(kuò)徑至Φ850 mm鉆孔灌注樁?；又误w系見圖4，剖面圖見圖5。

圖4 基坑支撐體系布置圖（mm）

圖5 基坑剖面圖（m）

4.2 計(jì)算分析

本項(xiàng)目采用同濟(jì)啟明星深基坑支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件（FRWS 9.0版）及支撐結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件（BSC4.0版）進(jìn)行有限元分析。在確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度時(shí)，可根據(jù)坑底土層的工程力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行墻體的抗傾覆和整體穩(wěn)定性及墻前基底土體的抗隆起和抗管涌穩(wěn)定性驗(yàn)算；坑外土體土壓力則按朗肯土壓力模式計(jì)算，水土分算，C，φ值取圖3中的固結(jié)快剪峰值指標(biāo)；地面附加荷載取20 kPa；地下水位按地表下0.5 m計(jì)。

4.2.1 計(jì)算工況

為施工方便、節(jié)約工期、控制成本，基坑施工采用明挖順筑法施工，具體工況為：沿基坑深度方向從上至下挖土至對(duì)應(yīng)標(biāo)高的支撐頂部，然后及時(shí)澆筑混凝土支撐，直至挖至坑底做素混凝土墊層并澆筑混凝土底板；待底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第三道支撐；待下二層板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第二道支撐；待下一層板達(dá)到強(qiáng)度拆除第一道支撐；最后澆筑頂板，外墻防水施工，完成后進(jìn)行坑壁回填，割除鋼格構(gòu)柱。

4.2.2 地連墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移驗(yàn)算

實(shí)際模擬整個(gè)施工工況，分析在各工況下的內(nèi)力并對(duì)其進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)進(jìn)行了配筋計(jì)算；連續(xù)墻的設(shè)計(jì)厚度最終取800 mm，可以滿足承載力極限狀態(tài)要求，結(jié)構(gòu)位移為12.9 mm，小于0.3%H（H為基坑深度），設(shè)計(jì)滿足安全性要求，見圖6。

圖6 剖面變形內(nèi)力包絡(luò)圖

4.2.3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

本基坑的整體穩(wěn)定性采用瑞典條分法計(jì)算，得到的整體穩(wěn)定性系數(shù)2.61＞1.25。一般來講，考慮內(nèi)支撐作用時(shí)，通常不會(huì)發(fā)生整體穩(wěn)定破壞。因此，對(duì)于只設(shè)一道支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)，需驗(yàn)算整體滑動(dòng)，對(duì)設(shè)多道內(nèi)支撐時(shí)可不作驗(yàn)算[1]。

4.2.4 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

由于本圍護(hù)有三道內(nèi)支撐，不存在繞支護(hù)底端的傾覆穩(wěn)定問題，只需驗(yàn)算以最下一道支撐支點(diǎn)的傾覆，經(jīng)計(jì)算，抗傾覆系數(shù)為2.36＞1.2，滿足規(guī)范要求。

4.2.5 抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算

本工程坑底土體強(qiáng)度較低，為防止因地下連續(xù)墻嵌固深度過小而引起土體向基坑內(nèi)隆起擠出，故須對(duì)深基坑進(jìn)行抗隆起破壞驗(yàn)算?？孤∑鸱€(wěn)定性的計(jì)算方法采用圓弧滑動(dòng)法，經(jīng)計(jì)算，抗隆起安全系數(shù)為3.27＞2.2，滿足規(guī)范要求。

4.2.6 支撐驗(yàn)算

本次支撐體系與圍護(hù)墻進(jìn)行聯(lián)合分析。計(jì)算結(jié)果見表2，支撐和承載力均滿足要求。

表2 支撐體系驗(yàn)算表

4.3 基坑輔助設(shè)計(jì)措施

1）地下連續(xù)墻槽壁加固

基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)或基坑開挖深度范圍的土層中粉性土或砂土較厚時(shí)，宜采用槽壁預(yù)加固的措施[2]。本基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)，且基坑開挖深度范圍內(nèi)有較厚的粉土，為保證地下連續(xù)墻成槽過程的施工質(zhì)量，故在槽壁頂兩側(cè)同時(shí)采用了Φ850 mm三軸攪拌樁加固的措施。同時(shí)考慮到節(jié)約造價(jià)，槽壁頂外側(cè)加固采用套打、內(nèi)側(cè)采用搭接的形式，使得剖面設(shè)計(jì)更為完善。

2）基坑降水設(shè)計(jì)

因周邊環(huán)境復(fù)雜、建筑物距基坑距離較近，且基底位于③2砂質(zhì)粉土中，可采用地下連續(xù)墻兼作豎直隔水帷幕+坑內(nèi)管井井點(diǎn)的降水方案，對(duì)基坑坑內(nèi)進(jìn)行疏干降水。降水井按降水面積約200 m2進(jìn)行交錯(cuò)布置，降水須將基坑內(nèi)水位降低到基底以下1.0 m。

另外，基坑承壓水含水層為⑦1層砂質(zhì)粉土。根據(jù)規(guī)范要求，承壓水作用下的坑底突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)不應(yīng)小于1.1[3]。本次基坑一般區(qū)域開挖深度達(dá)15.3 m，承壓水水頭埋深在3.0 m～12 m，設(shè)計(jì)須按最不利承壓水頭3 m進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)基坑各邊地質(zhì)鉆孔展開剖面圖，復(fù)核了抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見表3。

表3 抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算表

根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，正?；娱_挖深度情況下僅有東北區(qū)域G1孔、C1孔、G2孔抗突涌穩(wěn)定系數(shù)不滿足要求，基坑須在東北側(cè)區(qū)域布置3口降壓備用井，均布置局部深坑附近，基坑開挖期間根據(jù)承壓水頭監(jiān)測(cè)情況按需降壓。

5 結(jié)論

以上海市區(qū)某深基坑工程設(shè)計(jì)為背景，通過介紹深基坑的工程地質(zhì)及復(fù)雜的周邊環(huán)境條件，重點(diǎn)分析了深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體的剖面設(shè)計(jì)和三道混凝土支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并同時(shí)運(yùn)用同濟(jì)啟明星深基坑計(jì)算軟件進(jìn)行了有限元計(jì)算復(fù)核的設(shè)計(jì)流程。最終結(jié)果表明：設(shè)計(jì)采用地下連續(xù)墻加三道內(nèi)支撐支護(hù)在軟土地區(qū)開挖深度15.0 m左右、周邊環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格、施工用地比較緊張、防滲透性能要求高的深基坑是合理的設(shè)計(jì)。另外，為了更好的控制基坑的變形、保護(hù)周邊環(huán)境，設(shè)計(jì)時(shí)采用了對(duì)地下連續(xù)墻兩側(cè)土體進(jìn)行了加固的輔助設(shè)計(jì)措施，并采用了豎直隔水帷幕+坑內(nèi)管井降潛水和按需降承壓水的降水方案，使基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)更加完善。