梁永濤

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

1 擬建場地工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

工程區(qū)為城市建成區(qū)，勘察場地為市政道路及綠化帶，場地整體地勢相對平坦，北高南低，一般地面高程在1.2～25.0 m。以新洲路-深南大道-福田路為界限，南側(cè)工程區(qū)以海積沖積平原為主，接合低臺(tái)地地貌單元；北側(cè)為低臺(tái)地接合沖洪積平原地貌單元[1-5]。

1.2 地層巖性參數(shù)

(1)人工填土。本次勘察范圍內(nèi)揭露的人工填土為雜填土、碎石素填土、黏性素填土、填石，其成分不均勻，密實(shí)程度較差，其物理力學(xué)性質(zhì)不均，部分未完成自重固結(jié)。鉆孔施工過程中碎石素填土層及雜填土層漏水較嚴(yán)重，局部間隙較大，管槽開挖施工時(shí)應(yīng)注意其影響，本場地人工填土層未經(jīng)處理不能作為天然地基基礎(chǔ)持力層。

(2)淤泥、淤泥質(zhì)砂、淤泥質(zhì)土。具高含水量、高觸變性、高壓縮性、低強(qiáng)度、自穩(wěn)能力差等特征，土的力學(xué)強(qiáng)度低，變形速率大且穩(wěn)定時(shí)間長，工程性質(zhì)差，易造成基坑壁滑塌、沉降、地基承載力不足等問題，對建筑物的穩(wěn)定性影響較大，需進(jìn)行進(jìn)一步的地基處理。

各主要巖土層物理力學(xué)參數(shù)值見表1。

表1 各主要巖土層物理力學(xué)參數(shù)值

1.3 水文地質(zhì)條件

本工程場區(qū)內(nèi)主要的地表水為新洲河、福田河和鳳塘河，地表水與場地地下水連通性較好，主要與場地孔隙潛水存在水力聯(lián)系。根據(jù)本次勘察的水位觀測資料顯示，場地地下水位埋深一般在1.00～8.60 m，平均在3.32 m。場地地下水位年變化幅度為0.5～2.0 m。工程區(qū)為福田區(qū)易澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低洼地區(qū)，雨季期間存在道路淹沒情況。綜合考慮場地地下水補(bǔ)給、排泄條件、場地地形地貌和深圳地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值后，工程區(qū)抗浮設(shè)防水位建議取各片區(qū)場地設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高[6]。

1.4 軟土液化震陷判別

根據(jù)完成的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行液化復(fù)判，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)綜合判別：②-2淤泥質(zhì)砂、③-3淤泥質(zhì)砂具輕微～中等液化現(xiàn)象；③-4粉細(xì)砂具輕微液化現(xiàn)象；③-5中粗砂、③-6礫砂不具液化現(xiàn)象。

工程場地內(nèi)軟土為淤泥、淤泥質(zhì)土，上部長時(shí)間堆載有較厚的人工填土，場地內(nèi)軟土淤泥的等效剪切波速為117.8 m/s，超過90.0 m/s，土工分析統(tǒng)計(jì)其力學(xué)性質(zhì)普遍得到改變，綜合判定場地內(nèi)軟土無震陷的可能性。

2 管涵基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 管涵擴(kuò)建工程布置

經(jīng)復(fù)核該片區(qū)范圍內(nèi)基本為城中村，現(xiàn)狀部分管涵過流能力不滿足10年一遇設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，主要為福強(qiáng)路上現(xiàn)狀DN1500～1800 mm管道長度745 m不滿足管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，該片區(qū)起端及末端雨水管渠過流能力不足加上該處地勢低洼周邊雨水均向此處匯集導(dǎo)致此處形成內(nèi)澇，故需增加雨水收集能力及增大雨水管道過流能力，完善雨水收集系統(tǒng)。福強(qiáng)路段管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案：福強(qiáng)路段管道由DN1500～1900 mm改為箱涵3.0 m×1.6 m長度463 m，箱涵A 3.0 m×2.0 m長度218 m，其中橫穿金田路段，因與地鐵4號線交叉，該段改為3DN1500 mm雨水管道頂管施工，長度79 m。

2.2 基坑支護(hù)及被動(dòng)區(qū)加固設(shè)計(jì)方案

工程新建箱涵基坑位于福強(qiáng)路主路下，福強(qiáng)路為雙向8車道，為主干道，現(xiàn)狀路面高程為5.34 m，基坑底高程為-2.25 m，基坑深度7.59 m；臨時(shí)施工占用兩車道，施工過程中需考慮基坑頂未占用車道車輛通行要求；基坑附近存在一根現(xiàn)狀DN1800 mm雨水管，距基坑邊線約3 m，管內(nèi)底高程為-0.50 m，為鋼筋混凝土管，采用承插式接口連接；開挖影響范圍內(nèi)土層從上至下分別為①-3黏性素填土、②-2淤泥質(zhì)砂、②-1淤泥、②-2淤泥質(zhì)砂，依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)，福強(qiáng)路段箱涵基坑支護(hù)安全等級定為二級。

綜合考慮各基坑支護(hù)特點(diǎn)并結(jié)合場地條件、施工便利性、工程投資及施工工期等方面因素，箱涵基坑采用鋼板樁+內(nèi)支撐+坑底被動(dòng)區(qū)加固支護(hù)形式，鋼板樁采用15 m拉森Ⅳ(新)型鋼板樁，內(nèi)支撐采用兩道φ299δ10鋼管撐，鋼管撐水平間距4.0 m，腰梁采用HW350×350型鋼腰梁；考慮基坑深度較大，為保證周圍道路、管道安全運(yùn)行，在基坑兩側(cè)增設(shè)Φ600@450攪拌樁加強(qiáng)截水。

地勘報(bào)告顯示，基坑底為厚0.85 m ②-2淤泥質(zhì)砂、厚6.40 m ②-1淤泥及②-2淤泥質(zhì)砂層。廠區(qū)內(nèi)淤泥、淤泥質(zhì)砂具高含水量、高觸變性、高壓縮性、低強(qiáng)度、自穩(wěn)能力差等特征，土的力學(xué)強(qiáng)度低，變形速率大且穩(wěn)定時(shí)間長等特點(diǎn)，工程性質(zhì)差，尤其在地震作用及振動(dòng)荷載作用下，易產(chǎn)生軟土震陷、側(cè)向滑移、不均勻沉降及蠕變等工程地質(zhì)問題，易造成基坑壁滑塌、沉降、地基承載力不足等問題，對建筑物的穩(wěn)定性影響較大[7]。

結(jié)合地勘資料成果及類似工程經(jīng)驗(yàn)。被動(dòng)區(qū)加固采用滿堂加固形式，水平方向按照格柵式布置，采用Φ600@450水泥土攪拌樁加固，樁長8.0 m，穿透軟土層0.5 m。

3 基坑被動(dòng)區(qū)加固參數(shù)優(yōu)化數(shù)值模擬

為研究不同類型支護(hù)方案的適用性，本節(jié)在設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上采用PLAXIS 2D有限元數(shù)值模擬軟件，建立管涵基坑支護(hù)二維平面數(shù)值模型，在此基礎(chǔ)上分析基坑變形及受力情況，研究被動(dòng)區(qū)加固體的變形控制作用，以提出被動(dòng)區(qū)加固體的優(yōu)化參數(shù)。

3.1 有限元模型建立

模型邊界約束為ux=uy=0，兩側(cè)邊界ux=0。模型計(jì)算范圍考慮基坑開挖深度的3～4倍，計(jì)算模型尺寸大小為300 m×78 m。所有土體均采用HSsmall小應(yīng)變硬化土模型，加固體采用混凝土塑性單元，支護(hù)樁采用板單元等效代替，支護(hù)樁和土層的接觸效應(yīng)采用界面單元模擬，界面強(qiáng)度折減因子均取為0.7?；炷羶?nèi)支撐和鋼支撐采用梁單元代替，圍檁同采用梁單元。所有巖土體物理力學(xué)性質(zhì)計(jì)算指標(biāo)依據(jù)表1實(shí)測值，有限元計(jì)算模型見圖1，計(jì)算模型選用最不利工況進(jìn)行分析，計(jì)算施工步驟模擬見表2。

圖1 有限元數(shù)值計(jì)算模型

表2 基坑開挖施工步驟模擬

3.2 基坑模擬結(jié)果分析

圖2、圖3為基坑開挖至基底時(shí)基坑水平位移云圖和豎直位移云圖，可以看出基坑水平向最大變形為23.59 mm，基坑水平變形較大值主要出現(xiàn)在基底附近，由于內(nèi)支撐的存在支護(hù)樁水平位移呈現(xiàn)出如圖4所示的組合拋物線形式?；拥乇砭嗷右欢ǚ秶鷥?nèi)出現(xiàn)豎向沉降，沉降最大值為6.38 mm，同時(shí)基坑底部由于巨大的卸荷效應(yīng)出現(xiàn)隆起變形。參照相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移控制值為30 mm，現(xiàn)狀管道位移控制值為20 mm，現(xiàn)狀道路沉降控制值為30 mm?？梢钥闯瞿Ｐ陀?jì)算結(jié)果均在規(guī)范運(yùn)行變形范圍內(nèi)，現(xiàn)有“鋼板樁+內(nèi)支撐+坑底被動(dòng)區(qū)加固”支護(hù)形式有效可行。

圖3 基坑豎直位移云圖

圖4 基坑支護(hù)樁水平位移

3.3 基坑被動(dòng)區(qū)加固體參數(shù)優(yōu)化

本案例基坑被動(dòng)區(qū)加固體采用深8 m的滿堂加固型式，加固體黏聚力為42 kPa、內(nèi)摩擦角為28°。經(jīng)以上模擬計(jì)算可知基坑采用目前支護(hù)方案后變形有一定的冗余度，因此可考慮對加固體參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足變形控制且經(jīng)濟(jì)合理。本次考慮單因素變量，分別研究加固體深度、黏聚力、內(nèi)摩擦角對基坑的變形控制作用。

如圖5～圖7所示，設(shè)置不同加固體深度、黏聚力、內(nèi)摩擦角下基坑支護(hù)樁水平位移量、地表沉降量和現(xiàn)狀管道豎向沉降值，可以看出隨著加固體深度、黏聚力、內(nèi)摩擦角的增加基坑變形量呈遞減趨勢，但不同影響因素導(dǎo)致的遞減趨勢不一致，現(xiàn)狀管道豎向沉降隨加固體參數(shù)變化幅度較小，即表明基坑開挖對現(xiàn)狀管道影響較小。當(dāng)加固體深度在0～6 m深度范圍，基坑變形減小幅度明顯，在6～9 m深度范圍，基坑變形不再發(fā)生明顯變化，同時(shí)考慮變形控制和經(jīng)濟(jì)性，本工程基坑最優(yōu)深度可取6 m。當(dāng)加固體黏聚力在10～40 kPa范圍時(shí)，基坑變形減小幅度明顯，在40～70 kPa范圍時(shí)，基坑變形減小幅度不明顯，結(jié)合本工程加固體設(shè)計(jì)指標(biāo)，建議黏聚力可取30～40 kPa范圍。整體上加固體內(nèi)摩擦角的變化對基坑變形的控制效果不夠明顯，在實(shí)際設(shè)計(jì)或施工中可依據(jù)實(shí)測指標(biāo)。

圖5 不同加固深度下基坑變形最大值

圖6 不同加固體黏聚力下基坑變形最大值

圖7 不同加固體內(nèi)摩擦角下基坑變形最大值

4 結(jié) 論

(1)在現(xiàn)行支護(hù)方案下，支護(hù)樁水平位移及現(xiàn)狀管道沉降均滿足規(guī)范要求，基坑設(shè)計(jì)方案有效可行。

(2)被動(dòng)區(qū)加固體深度存在優(yōu)化空間，隨著加固體深度的增加，支護(hù)樁水平位移和地表沉降均呈現(xiàn)線性遞減趨勢，對于本工程而言在考慮基坑變形控制和方案的經(jīng)濟(jì)合理性，較為適宜的加固體深度應(yīng)取6 m，此時(shí)基坑變形能夠滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，且造價(jià)相對較低。

(3)被動(dòng)區(qū)加固體黏聚力存在優(yōu)化空間，當(dāng)加固體黏聚力在10～40 kPa范圍時(shí)，基坑變形減小幅度明顯，在40～70 kPa范圍時(shí)，基坑變形減小幅度不明顯，結(jié)合本工程加固體設(shè)計(jì)指標(biāo)，建議黏聚力可取30～40 kPa范圍。

(4)加固體內(nèi)摩擦角的變化對基坑變形的控制效果不夠明顯，在實(shí)際設(shè)計(jì)或施工中可依據(jù)實(shí)測指標(biāo)選值。