趙慶攀 李力 于亮 李海斌(深圳市大升勘測技術(shù)有限公司)

0 引言

隨著我國大城市的發(fā)展，建設(shè)用地越來越緊張，越來越多的城市更新建設(shè)項目在市中心城區(qū)，周邊緊鄰既有老舊建（構(gòu)）筑物及市政管線。緊鄰既有建筑物深基坑支護(hù)設(shè)計既要滿足基坑自身安全要求，還要以變形控制為主[1-3]，這成為一個巖土工程設(shè)計工程師近年來遇到的難點之一。緊鄰既有建筑物的深基坑設(shè)計關(guān)鍵是控制基坑變形，保證鄰近建筑物正常使用，不受基坑開挖影響。因此深基坑開挖對周邊建筑物的變形影響分析、監(jiān)測尤為重要。

1 工程概況

項目為改擴(kuò)建工程，拆除原有校舍原址重建，擬規(guī)劃新建教學(xué)樓、教師生活輔助用房和臨時校舍各1 棟，大部分區(qū)域設(shè)2 層地下室，局部為一層?；娱_挖面積約6785m2，周長約404m，最大挖深約9.75m。北側(cè)既有教學(xué)樓距基坑邊線約5.2m，始建于1986年（4F），基礎(chǔ)型式為柱下鋼筋砼獨立基礎(chǔ)，后于1997 年加建1 層；教師生活輔助用房距坑邊約4.0m，基坑基坑平面布置見圖1。

圖1 基坑平面布置俯瞰圖

2 地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

場地地形地勢平坦，基坑開挖深度范圍內(nèi)巖土層主要為人工填土、粉質(zhì)黏土、黏土、粗砂及礫砂層，其中粗砂及礫砂層主要分布于坑底附近，兩層累計厚度5～10m。場地混合穩(wěn)定水位埋深2.70～4.80m，水位年變化幅度1.0～2.0m。

表1 為基坑開挖影響深度范圍內(nèi)地層的主要巖土物理力學(xué)參數(shù)。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

3 基坑設(shè)計方案

3.1 支護(hù)選型

基坑支護(hù)設(shè)計選型條件如下：

⑴場地西側(cè)及北側(cè)緊鄰既有老舊建筑，且教學(xué)樓建筑形狀不規(guī)則，對差異沉降較為敏感；

⑵場地東側(cè)及南側(cè)緊鄰市政路，市政管線分布密集；

⑶開挖范圍內(nèi)分布有雜填土層及強(qiáng)透水砂層，且砂層主要位于坑底附近，厚度較厚；

⑷場地施工用地緊張，既要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境安全，又要兼顧方便基坑及結(jié)構(gòu)施工組織。

綜上所述，基坑既要保證緊鄰建筑物安全，又要保證基坑開挖和出土順利[5]。基于此，本基坑設(shè)計方案采用了排樁結(jié)合內(nèi)支撐支護(hù)，并根據(jù)基坑各段周邊環(huán)境保護(hù)要求，結(jié)合成本因素，分別采用了咬合樁結(jié)合內(nèi)支撐方案。

3.2 設(shè)計方案

基坑支護(hù)支護(hù)設(shè)計方案采用咬合樁+內(nèi)支撐形式，咬合樁兼做止水帷幕，咬合樁直徑1.2m、咬合寬度300mm 的咬合樁，采用軟咬合工藝施工。為更好地控制支護(hù)結(jié)構(gòu)水平向的變形，減少支護(hù)樁樁身撓曲，特意將支撐由冠梁層適當(dāng)下移，減小支撐至坑底的跨度，同時也減少了支撐到樓板的高度，方便后續(xù)支撐拆除。

此外，因為基坑西側(cè)教學(xué)樓在基坑開挖期間需正常使用，為確保建筑安全，針對基坑西側(cè)離既有教學(xué)樓過近、砂層較厚的情況，為防止支護(hù)樁施工擾動及成孔時砂土流失導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降過大，在支護(hù)樁外側(cè)采取袖閥管注漿加固隔離。袖閥管注漿鉆孔直徑110mm、間距1000mm、排距500mm，梅花形交錯布置。袖閥管應(yīng)在基坑支護(hù)樁施工前完成注漿加固。為防止袖閥管注漿對建筑基礎(chǔ)造成抬升，基礎(chǔ)附近臨近地表3.0m 不注漿。典型注漿剖面如圖2所示。

圖2 袖閥管注漿隔離典型剖面（單位：mm）

4 計算分析

4.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)計算

采用理正深基坑7.0 版對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力及變形進(jìn)行計算分析，輸入表1 土層參數(shù)后計算得到樁身內(nèi)力及水平位移包絡(luò)圖，見圖3。從圖3可以看出，樁身最大水平位移為7.05mm，遠(yuǎn)小于基坑規(guī)范[1]給出的一級基坑變形最大限值30mm。并且，支護(hù)樁樁身正彎矩和負(fù)彎矩分布比較均勻，說明基坑支護(hù)設(shè)計是合理的，有效利用樁身混凝土及鋼筋強(qiáng)度，節(jié)約項目成本。

圖3 支護(hù)樁樁身內(nèi)力及水平位移包絡(luò)圖(最大值7.05mm)

4.2 坑邊建筑沉降計算

本項目基坑西側(cè)緊鄰天然地基老舊教學(xué)樓，除滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的構(gòu)件安全及變形外，控制坑邊建筑差異沉降更是基坑支護(hù)設(shè)計的重點[4-5]，即在支護(hù)設(shè)計時須考慮控制坑外地面沉降。

本設(shè)計參照《基坑工程手冊》（第二版）推薦的地層損失法來估算坑頂?shù)乇沓两?。所謂地層損失法，即根據(jù)地下墻體變形的包絡(luò)面積來推算墻后的地表變形[6]。常用的地表沉降曲線類型主要有指數(shù)曲線型、拋物線型和三角形。其中三角形的沉降曲線一般發(fā)生在圍護(hù)墻位移較大的情況，如柔性懸臂的鋼板樁支護(hù)等。本項目采用排樁結(jié)合混凝土支撐方案，對變形控制要求嚴(yán)格，支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度大，且插入坑底較深，地表沉降采用指數(shù)法進(jìn)行分析較為合理。

圖4給出了理正深基坑7.0版本軟件計算的樁身位移及地表沉降位移結(jié)果，按照指數(shù)法進(jìn)行合并分析，坑頂?shù)乇沓两底畲笾禐?mm，小于常規(guī)建筑要求的絕對沉降30mm。

圖4 地表沉降及樁身位移計算結(jié)果

本項目教學(xué)樓為框架結(jié)構(gòu)，除需考慮絕對沉降外，還須考慮柱基沉降差，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[7]對建筑變形允許值的相關(guān)規(guī)定，民用框架結(jié)構(gòu)相鄰柱基的沉降差允許值為0.002L（L 為相鄰柱基的中心距）。將上述沉降計算結(jié)果和結(jié)構(gòu)柱基疊加（如圖4 所示），可得到最大計算沉降差為7.2mm，滿足規(guī)范要求的8.0mm。

5 基坑變形監(jiān)測

5.1 監(jiān)測方案

基坑主要監(jiān)測項目：坑頂水平位移、坑頂沉降、地下水位、樁身深層水平位移等?；颖O(jiān)測點平面布置圖見圖5。

圖5 基坑監(jiān)測點平面布置圖

5.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為更直觀評估支護(hù)結(jié)構(gòu)對周邊建筑物的影響，著重對基坑開挖過程中支護(hù)樁結(jié)構(gòu)水平位移、沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行分析[2]。

圖6 和圖7 分別為坑頂豎向沉降、水平位移監(jiān)測結(jié)果隨時間變化曲線圖，圖8 和圖9 為建筑物及周邊地表沉降值隨時間變化關(guān)系曲線。從圖中可知，建筑物及周邊地表沉降極小，說明基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)起了有效的約束作用[6-7]，基坑開挖對周邊環(huán)境影響極小，進(jìn)一步說明圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工是合理有效的。

圖6 坑頂豎向位移隨時間變化關(guān)系曲線

圖7 坑頂水平位移隨時間變化關(guān)系曲線

圖8 建筑物沉降值隨時間變化關(guān)系曲線

圖9 基坑周邊地表沉降值隨時間變化關(guān)系曲線

6 結(jié)論

⑴緊鄰既有建筑物的深基坑設(shè)計關(guān)鍵是控制基坑變形，保證鄰近建筑物正常使用，不受基坑開挖影響。

⑵緊鄰建筑物基坑采用排樁結(jié)合混凝土支撐方案，對變形控制要求嚴(yán)格，支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度大，且插入坑底較深，地表沉降采用指數(shù)法進(jìn)行分析較為合理。

⑶該工程現(xiàn)在基坑已回填，整個基坑開挖過程中基坑變形、建筑物沉降均較小，說明咬合樁結(jié)合內(nèi)支撐的基坑設(shè)計方案安全可靠。