彭學忠，彭 浩，王淵，梁永恒，黃俊光

(1.廣州港集團有限公司，廣州 510100；2.廣州市設(shè)計院集團有限公司,廣州 510620；3.廣州建筑股份有限公司，廣州 510000)

在經(jīng)濟發(fā)達的沿海城市，地下空間開發(fā)往往面臨不利的工程地質(zhì)條件，如珠江邊某些區(qū)域砂層厚度可達20～30 m；且沿海地區(qū)地下水位高，基坑開挖的止水帷幕技術(shù)必須有效發(fā)揮作用才能保證基坑支護工程的安全性[1-4]，對基坑支護設(shè)計工作帶來挑戰(zhàn)。

本文以廣州市荔灣區(qū)某深基坑支護項目為案例，針對周邊環(huán)境和工程水文地質(zhì)條件，對本項目基坑支護工程進行選型分析，明確了優(yōu)選方案。結(jié)合基坑施工過程中的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，進一步論證了該支護方案的合理性，可為類似基坑支護工程提供參考。

1 工程概況

1.1 基坑規(guī)模及周邊環(huán)境

本項目為廣州市荔灣區(qū)某新建商業(yè)工程，擬建2層地下室，主體結(jié)構(gòu)采用灌注樁基礎(chǔ)?；娱_挖面積約2.14萬m2，周長約840 m(內(nèi)邊線)，開挖深度約9.6～11.8 m?；颖眰?cè)24.4～33 m外為環(huán)城高速高架橋；東側(cè)鄰近1～2層既有建構(gòu)筑物和磚砌廠房，廠房距基坑邊最小凈距約10.3 m；南側(cè)20～36 m外為珠江；西側(cè)為空地(如圖1所示)。本項目場地周邊暫未揭露有地下管線。

圖1 場地周邊環(huán)境平面示意

1.2 場地地質(zhì)水文條件

場區(qū)巖土層自上而下可分為人工填土層、第四系沖積層、第四系殘積層和白堊系基巖(見表1、圖2所示)。

表1 場地巖土層物理力學參數(shù)

圖2 場地典型地質(zhì)剖面示意

場地南側(cè)為三支香水道，水量豐富。場地地下水水量較大，測得鉆孔地下穩(wěn)定水位埋深為1.20～2.10 m；根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗，地下水位年變化幅度約在1～3 m。

2 基坑支護設(shè)計

2.1 基坑支護選型分析

結(jié)合已有的工程案例經(jīng)驗[1，5-6]，本項目基坑深約9.6～11.8 m，開挖深度較大，周邊場地緊張，不適用放坡開挖、復合式土釘墻支護和水泥土墻支護方案；開挖深度范圍內(nèi)有較厚砂層，地下水發(fā)育，不適用錨拉式支擋方案；雙排樁支護方案[7]能成功運用于場地地質(zhì)條件較差且對于基坑變形敏感的項目，但支護方案成本高，且本項目基坑東側(cè)鄰近待拆遷建構(gòu)筑物，因此，暫不考慮?；悠矫娉书L條形，有利于布置支撐；支撐式支擋可有效控制基坑變形及周邊地面沉降，為本項目優(yōu)選方案。

支撐式支擋方案常見的豎向支護結(jié)構(gòu)包括灌注樁、管樁、地下連續(xù)墻和SMW工法樁。各種豎向支護結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點[1，8-10]對比見表2。

表2 常用基坑豎向支護結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點對比

本項目基坑開挖深度較大，開挖深度范圍內(nèi)有較厚的淤泥質(zhì)土(平均厚度為2.44 m)和砂層(平均厚度為12.45 m)，樁身彎矩較大，若采用管樁則需要設(shè)置多道內(nèi)支撐，支護成本高；若采用SMW工法樁，則難以穿透砂層插入到預定設(shè)計深度?；幽蟼?cè)臨近珠江，對防水要求較高，宜采用地下連續(xù)墻；其余范圍考慮經(jīng)濟性要求，宜采用灌注樁。

本項目地下水豐富，且強透水砂層較厚，局部砂層直接過渡至泥質(zhì)粉巖面，止水難度較大。本項目除了南側(cè)的地下連續(xù)墻可以兼做止水措施外，采用灌注樁支護的區(qū)段需采用三軸攪拌樁輔助止水，并與地下連續(xù)墻搭接形成封閉式止水帷幕。

綜合上述基坑支護選型分析，本項目基坑在臨江南側(cè)宜采用地下連續(xù)墻+混凝土內(nèi)支撐支護；其余側(cè)宜采用灌注樁+混凝土內(nèi)支撐支護，并結(jié)合三軸攪拌樁Φ850@600進行圍閉截水。結(jié)合場地周邊環(huán)境條件，基坑頂部按1:1.50適當放坡1.7～2 m，通過減少豎向支護結(jié)構(gòu)頂部的土體荷載降低支護成本。

2.2 基坑支護計算

根據(jù)規(guī)范要求[11-12]，本項目基坑支護安全等級為一級；采用理正深基坑7.0軟件進行單元計算和整體計算。

2.2.1 計算模型

本項目基坑周邊的非樁基礎(chǔ)建筑物荷載按15 kPa取值，基坑施工期間要求場地周邊2 m內(nèi)嚴禁堆載，2 m外超載不超過20 kPa。出土口車輛荷載不超過40 kPa。

經(jīng)過計算，本項目基坑采用Φ1 200灌注樁@1 400/1 350+一道混凝土內(nèi)支撐支護和800厚地下連續(xù)墻+一道混凝土內(nèi)支撐支護；根據(jù)已有項目經(jīng)驗[13]，本項目基坑適當加大冠梁寬度，混凝土對撐的水平間距為15～22 m，角撐支護區(qū)段長度最大取9 m。

2.2.2 計算結(jié)果

圖3和圖4分別為地下連續(xù)墻支護區(qū)段和灌注樁支護區(qū)段的典型剖面示意，圖5為整體計算的水平位移。圖5表明基坑頂部最大水平位移發(fā)生在南側(cè)出土口范圍，約30 mm，符合規(guī)范要求[12]。

圖3 地下連續(xù)墻支護區(qū)段典型剖面示意

圖4 灌注樁支護區(qū)段典型剖面示意

圖5 整體計算位移示意

3 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

本項目基坑全部開挖到底部，目前正在施工底板墊層或澆筑底板(見圖6)。

圖6 基坑現(xiàn)場示意

本項目基坑監(jiān)測點布置如圖7所示。通過對比本項目在2021年12月10日—2022年2月5日的監(jiān)測數(shù)據(jù)和規(guī)范[12]對于采用灌注樁和地下連續(xù)墻支護的一級基坑的監(jiān)測預警值要求，證明本項目支護的合理性。本項目重點關(guān)注南側(cè)基坑深度最大的出土口區(qū)域(監(jiān)測點S21、J14、 D25和W7)、北側(cè)基坑局部加深區(qū)域(監(jiān)測點S9、J6、D10、Y8、Z8和W3)和東側(cè)鄰近建筑區(qū)域(監(jiān)測點D82)。

圖7 基坑監(jiān)測布置平面示意

圖8是監(jiān)測點S21和S9的支護樁/墻頂部水平位移累計曲線，S21的最大水平位移為5.2 mm，變化速率最大為1.8 mm/d；排除測量偶然誤差的影響，S9的最大水平位移為19.5 mm，變化速率最大為2.8 mm/d；均滿足規(guī)范[12]要求。通過對比兩條曲線，可發(fā)現(xiàn)基坑頂部水平位移初期顯著增大，后期波動并逐漸穩(wěn)定，但地下連續(xù)墻支護位移控制更好；S9初期由于內(nèi)支撐施工不久，內(nèi)支撐的作用下支護樁產(chǎn)生了頂部向基坑外側(cè)的水平位移。應注意支護樁/墻頂部水平位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)相比軟件計算的最大值約29 mm偏小，因為軟件計算采用了偏于保守的鉆孔，且不能考慮三軸攪拌樁對基坑周邊土體的加固作用。

圖8 S21和S9點支護結(jié)構(gòu)頂部水平位移累計曲線示意

圖9是監(jiān)測點J6和J14在2022年2月5日的深層水平位移累計曲線，由曲線可知，本項目采用一道內(nèi)支撐，支護樁的深層水平位移在基坑底部附近達到最大值。J14和J6的深層水平位移最大值分別為0.54 mm和0.45 mm，均滿足規(guī)范[12]要求；且小于軟件計算的最大值約27 mm偏小，原因類似基坑頂水平位移。

圖9 監(jiān)測點J6、J14深層水平位移累計曲線(2022/2/5)

圖10是監(jiān)測點Z8的立柱沉降累計曲線，由圖10可知立柱在基坑施工期間最初沉降較快，基坑開挖到底后沉降趨于平穩(wěn)。Z8的最大累計沉降為14.26 mm，變化速率最大為1.83 mm/d，滿足規(guī)范[12]要求。

圖10 監(jiān)測點Z8立柱沉降累計曲線示意

圖11是監(jiān)測點Y8的支撐軸力曲線，由圖11可知:支撐軸力在基坑施工期間在一定范圍內(nèi)波動，最終趨于軟件的計算軸力約9440 kN。Y8的最大支撐軸力為11 873 kN，滿足規(guī)范[12]要求。

圖11 監(jiān)測點Y8支撐軸力曲線示意

圖12為監(jiān)測點D10、D25的地表豎向位移曲線和D82的周邊建筑豎向位移曲線，根據(jù)曲線形狀，地表和周邊建筑沉降初期增長較快，后期增長變緩。D82因為建筑自重的作用，最大沉降為15.91 mm，較D10和D25大，變化速率最大為0.72 mm/d。D10的最大豎向位移為5.23 mm，變化速率最大為0.42 mm/d；排除測量偶然誤差的影響，D25的最大豎向位移為6.01 mm，變化速率最大為0.56 mm/d。3個監(jiān)測點的豎向位移均滿足規(guī)范[12]要求；且均小于軟件的計算結(jié)果約24～30 mm，原因類似基坑頂水平位移。

圖12 監(jiān)測點D10、D25和D82的豎向位移曲線示意

圖13為監(jiān)測點W3點和W7的地下水位累計變化曲線，由圖13可知：基坑開挖期間，場地南側(cè)W7的地下水位累計變化為-376.3～393.7 mm，變化速率最大約405.0 mm/d；場地北側(cè)W3的地下水位累計變化為67.5～632.5 mm，變化速率最大約306.3 mm/d，均滿足規(guī)范[12]要求。

圖13 監(jiān)測點W3和W7的地下水位累計變化曲線示意

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測反饋，本項目基坑平均涌水量為800 m3/d?？紤]本項目基坑規(guī)模較大，且場地的地下水量豐富、砂層較厚，基坑南側(cè)采用地連墻及其余側(cè)采用三軸攪拌樁的止水方案能保證不出現(xiàn)明顯漏水點，止水帷幕能充分發(fā)揮作用。

綜上所述，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明本項目基坑支護方案的圍護結(jié)構(gòu)受力合理，剛度大，基坑變形及對周邊環(huán)境影響較小，滿足規(guī)范要求；基坑涌水量較小，止水效果顯著。

4 結(jié)語

本文以廣州荔灣區(qū)某深基坑支護項目為例，對深基坑工程在周邊用地緊張、鄰近江河，且場地揭露較厚淤泥質(zhì)土和砂層的不利工程地質(zhì)條件下，展開了基坑支護選型分析，最終確定了采用地下連續(xù)墻或灌注樁+一道混凝土內(nèi)支撐的技術(shù)方案。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，可以得出以下結(jié)論：

1) 針對支護深度約10 m的深基坑，地下連續(xù)墻或灌注樁+一道混凝土內(nèi)支撐的技術(shù)方案構(gòu)件受力合理；支護剛度大，基坑及周邊環(huán)境變形小，能有效控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

2) 對于含有較厚砂層且地下水位較高的臨江地區(qū)，在基坑臨江一側(cè)采用地下連續(xù)墻兼做止水措施，其余側(cè)采用三軸攪拌樁搭接形成封閉式止水帷幕能保證基坑不出現(xiàn)明顯的漏水點，止水效果顯著。

本項目位于沿海地區(qū)，面臨不利的工程地質(zhì)條件，其基坑支護技術(shù)方案可為其他類似工程項目提供經(jīng)驗。