吳 巖

（長沙核工業(yè)工程勘察院有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著城市地下空間利用的快速發(fā)展，深基坑工程日益增多，呈現(xiàn)施工條件更加復(fù)雜、開挖深度更深的發(fā)展趨勢，對深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工也提出了更高的要求。從近年大量的深基坑工程實(shí)例來看，為確保安全以往多數(shù)支護(hù)方案偏于保守，雖能保障基坑工程的安全，但會(huì)增加施工難度，導(dǎo)致工期延長，使得基坑工程造價(jià)過高。對基坑工程條件欠考慮或追求較低的造價(jià)，又會(huì)存在安全隱患。如何制定合理的支護(hù)方案，在確保深基坑工程安全的同時(shí)，還能夠保證工程經(jīng)濟(jì)效益，在安全與經(jīng)濟(jì)之間尋找平衡，是當(dāng)前需要解決的問題。本文以長沙某大型醫(yī)院深基坑支護(hù)工程為研究對象，介紹了支護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，通過對基坑特點(diǎn)和原方案存在問題進(jìn)行分析，對基坑西側(cè)支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了經(jīng)濟(jì)合理的聯(lián)合支護(hù)方案，可為類似基坑工程設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供參考和借鑒。

1 基坑概況

擬建醫(yī)院場地位于長沙市天心區(qū)果子園路與新谷路交會(huì)處的東南角，建筑物包括2棟住院樓、2棟商業(yè)塔樓、1棟動(dòng)力中心樓、1棟質(zhì)子中心樓及與住院樓配套的底層多層裙房，建筑高度為61.3 m。主體地下室3層，基坑開挖底標(biāo)高為49.3 m，質(zhì)子中心地下室2層，基坑開挖底標(biāo)高為53.3 m?；又苓叺孛鏄?biāo)高為57.6～74.3 m，開挖深度5.0～25.0 m，開挖底邊線周長約1 600 m。

基坑北側(cè)為新谷路，道路邊線距開挖上口線大于18 m，新谷路有地下管線?；?xùn)|側(cè)為森林公園山體，紅線范圍內(nèi)山體頂標(biāo)高為66.0～74.3 m，無地下管線?；幽蟼?cè)為施工場地，場地寬闊，無地下管線?；游鱾?cè)為果子園路，施工圍墻道路邊線距開挖上口線1.5～8.0 m，果子園路有地下管線。項(xiàng)目周邊環(huán)境條件如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境

2 工程地質(zhì)條件

擬建場地原始地貌屬湘江沖積階地，場地內(nèi)的民房大部分已拆除，局部經(jīng)人工填挖初步整平，現(xiàn)場地形起伏較大，總體上呈東高西低。根據(jù)勘察報(bào)告，場地內(nèi)分布的地層自上而下分為人工填土層Qml、植物層Qpd、第四系沖積層Qal、第四系殘積層Qel，下伏基巖為第三系泥質(zhì)粉砂巖E。

場地地下水類型主要為上層滯水，上層滯水主要賦存于第四系土層中，分布不均勻，受大氣降水和地表水補(bǔ)給，水量、水位均隨季節(jié)而變化，未形成連續(xù)穩(wěn)定水面?？辈炱陂g，部分鉆孔遇見地下水，測得上層滯水的穩(wěn)定埋深為0.4～6.0 m，相當(dāng)于標(biāo)高50.0～61.7 m。

各土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)

3 支護(hù)方案分析

3.1 基坑特點(diǎn)

（1）本基坑主體地下室呈南北向矩形，開挖面積約為91 500 m2，質(zhì)子中心地下室形狀不規(guī)則，開挖面積約5 000 m2，基坑邊坡支護(hù)總長1 600 m，開挖面積大，為大規(guī)模深基坑。

（2）基坑開挖深度大，基坑?xùn)|側(cè)臨近山體邊坡支護(hù)段為永久性支護(hù)，其余側(cè)基坑支護(hù)為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，基坑支護(hù)深度為8.7～12.0 m。

（3）基坑側(cè)壁主要為素填土、耕植土、沖積層粉質(zhì)黏土以及殘積層粉質(zhì)黏土。素填土主要由黏性土組成，松散狀態(tài)，密實(shí)度不均勻，未完成自重固結(jié)，土體物理力學(xué)指標(biāo)較差，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和整體穩(wěn)定性控制較為不利。

（4）基坑周邊環(huán)境較為復(fù)雜，東側(cè)為森林公園山體，西側(cè)和北側(cè)為市政道路，臨基坑側(cè)道路下存在電力、電信和下水等地下管線，這些線狀構(gòu)造物對沉降變形較為敏感，基坑圍護(hù)施工時(shí)，需要考慮對道路和地下管線的影響。

3.2 原設(shè)計(jì)方案分析及問題

本基坑工程面積較大，開挖較深，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，原支護(hù)方案主要采用樁錨和復(fù)合土釘墻兩種支護(hù)形式。基坑?xùn)|側(cè)邊坡主要采用雙排樁結(jié)合錨索樁支護(hù)，基坑北側(cè)和南側(cè)采用預(yù)應(yīng)力錨索復(fù)合土釘墻支護(hù)，西側(cè)采用單排樁結(jié)合錨索支護(hù)?；游鱾?cè)支護(hù)采用單排旋挖孔灌注樁，樁徑1 m，樁間距2 m，樁長12.5 m，樁頂設(shè)冠梁，設(shè)計(jì)2道錨索錨拉。樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)雖適用于復(fù)雜條件下的深基坑支護(hù)，但支護(hù)單方造價(jià)較高，灌注樁施工工期較長?；游鱾?cè)支護(hù)樁共計(jì)約210根，支護(hù)樁體量大，為確保工期進(jìn)度和節(jié)省成本，有必要對基坑西側(cè)支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，選用施工便捷、經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)技術(shù)。

4 支護(hù)方案優(yōu)化

4.1 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

綜合基坑特點(diǎn)和工程條件，參考鄰近類似工程經(jīng)驗(yàn)，對基坑西側(cè)支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化?；游鱾?cè)臨近道路，下存地下管線對變形較為敏感，在確保安全的前提下，以工期和造價(jià)等綜合考慮，采用土釘墻和豎向超前花管聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是較為經(jīng)濟(jì)合理的方案。該方案具有施工難度小、造價(jià)低、工期短等優(yōu)點(diǎn)，基坑開挖前布設(shè)豎向注漿花管，形成類似支護(hù)樁的微型排樁結(jié)構(gòu)，可減小開挖初期樁后土體的變形，有效地保證基坑和周邊環(huán)境安全，提高基坑的整體穩(wěn)定性。土釘墻采用分層開挖支護(hù)，土方工程和基坑支護(hù)同時(shí)施工，有利于縮短工期。

優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)基坑安全等級定為二級，將基坑西側(cè)樁錨支護(hù)改為注漿花管復(fù)合土釘墻支護(hù)。坑頂預(yù)先設(shè)置兩排豎向注漿花管，鋼管外徑48 mm，壁厚3 mm，長度均為9 m，縱向間距1.0 m，排間距0.5 m。頂部設(shè)置C25混凝土連接梁，尺寸為200 mm×200 mm，主筋為3C14，箍筋為C10，間距250 mm，通過焊接將花管和連梁連接成整體，增加抵抗變形能力[1]。注漿采用水灰比0.5的水泥凈漿，水泥用量60 kg/m。最大程度利用場內(nèi)現(xiàn)有放坡空間，采用1∶05二級放坡土釘墻，設(shè)置5排土釘，對第1、2排土釘施加預(yù)應(yīng)力。優(yōu)化后基坑西側(cè)支護(hù)方案典型剖面如圖2所示。

圖2 注漿花管復(fù)合土釘墻支護(hù)典型剖面（單位：mm）

4.2 整體穩(wěn)定性分析

本文選用理正巖土6.5版計(jì)算軟件中的“超級土釘設(shè)計(jì)模塊”對優(yōu)化后方案進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，該模塊在驗(yàn)算時(shí)考慮花管及注漿體發(fā)揮的抗剪作用，將鋼花管的截面抗剪強(qiáng)度乘以折減系數(shù)來確定超前注漿花管對整體穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)，可優(yōu)化土釘?shù)牟荚O(shè)。軟件采用瑞典條分法驗(yàn)算較危險(xiǎn)滑動(dòng)面的穩(wěn)定性，每層開挖面位于土釘下0.5 m，復(fù)合土釘墻支護(hù)應(yīng)根據(jù)開挖工況分階段驗(yàn)算穩(wěn)定性，按最終工況驗(yàn)算整體穩(wěn)定性。驗(yàn)算結(jié)果表明，基坑開挖到坑底時(shí)的完工工況對應(yīng)的整體穩(wěn)定性安全系最小，基坑的整體穩(wěn)定性滿足要求。

5 施工及監(jiān)測分析

基坑支護(hù)工程應(yīng)實(shí)施信息化施工，對基坑的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測，掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力動(dòng)態(tài)變化情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)設(shè)計(jì)變更和施工調(diào)整，如發(fā)現(xiàn)異常情況可及時(shí)采取措施。通過設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測的密切配合，確保施工順利進(jìn)行以及基坑的穩(wěn)定。本工程在基坑西側(cè)坑頂布設(shè)水平和垂直位移監(jiān)測點(diǎn)17個(gè)，在周邊道路布設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)17個(gè)，在基坑支護(hù)及地下室施工期間，對坑頂位移和周邊地表沉降進(jìn)行觀測?；邮褂闷陂g，基坑整體穩(wěn)定性良好，汛期基坑尚未回填，受連降暴雨影響，基坑內(nèi)有大量積水，施工單位及時(shí)對基坑進(jìn)行排水，并加大監(jiān)測頻度和安全巡查力度，西側(cè)道路和地下管線無異常發(fā)生?；邮┕ぶ帘O(jiān)測結(jié)束階段，基坑西側(cè)坑頂豎向位移累計(jì)最大變化值為-23.37 mm，水平位移累計(jì)最大變化值為-26.88 mm，周邊地表沉降累計(jì)最大變化-17.03 mm，監(jiān)測期內(nèi)未發(fā)生基坑報(bào)警，各監(jiān)測項(xiàng)均在控制范圍內(nèi)，周邊地表受施工影響整體較小，基坑支護(hù)體系穩(wěn)定有效，方案設(shè)計(jì)合理，滿足工程要求。

6 結(jié)語

（1）面對大型復(fù)雜深基坑工程，應(yīng)結(jié)合工程條件和基坑特點(diǎn)，綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、工期等多方面因素選擇合理的支護(hù)方案，并通過驗(yàn)算優(yōu)化支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)，在保證支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性的前提下，以恰當(dāng)?shù)墓ぷ髁拷鉀Q關(guān)鍵性的技術(shù)問題，達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)最佳。

（2）基坑西側(cè)采用注漿花管復(fù)合土釘墻支護(hù)，施工快且工藝簡單，比原樁錨支護(hù)方案節(jié)省造價(jià)約1/3左右，取得了較好的實(shí)踐效果，證明了該優(yōu)化方案的可行性和有效性。注漿花管和土釘墻聯(lián)合支護(hù)技術(shù)適用于場內(nèi)有一定放坡空間，對成本和工期控制較嚴(yán)格的基坑工程，可有效降低成本，保障工程進(jìn)度。