王歡 朱國俊

1.杭州市安居集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 310000

2.浙江省工程物探勘察設(shè)計院有限公司 浙江 杭州 310005

1 工程概況與周邊環(huán)境

杭政儲出[2019]59號地塊位于杭州市上城區(qū)新風(fēng)路與驛城路交叉路口東北側(cè)。項目總用地面積約23338m2，總建筑面積133941.88m2，其中地上建筑面積79349.2m2，地下建筑面積54592.68m2。擬建建筑物為3幢12F高層建筑和3幢5F裙房及其附屬設(shè)施，設(shè)整體地下三層地下室，基礎(chǔ)采用灌注樁基礎(chǔ)。擬建項目南側(cè)為已建新風(fēng)路，西側(cè)為在建驛城路，北側(cè)為在建機(jī)場地鐵線路及5號區(qū)間風(fēng)井。東側(cè)為筧橋鎮(zhèn)弄口社區(qū)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合社商業(yè)綜合用房。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

基坑開挖范圍內(nèi)涉及地層如下：

①雜（素）填土：雜色、灰色，松散，干～稍濕。②-1層黏質(zhì)粉土：灰黃色、黃灰色，稍密，局部為中密，很濕。③-1層砂質(zhì)粉土：灰黃色、灰色，稍密～中密，很濕。③-2層粉砂夾粉土：灰色、青灰色，飽和，中密，局部為稍密。③-3層砂質(zhì)粉土：灰色、淺灰色，很濕，稍密，局部中密。⑥-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，流塑。⑥-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土：灰色，深灰色，流塑狀。⑦-1層粉質(zhì)黏土夾粉土：灰綠色、灰黃色，可塑。⑦-2層黏土：黃灰色，硬可塑。⑨-1層粉質(zhì)黏土：灰黃色，局部為灰褐色，可塑。

基坑開挖影響范圍內(nèi)的地下水類型為孔隙潛水?？紫稘撍畬又饕饕x存于表部填土或粉（砂）土中，水位埋深1.40～5.40m。本場地淺部潛水對混凝土結(jié)構(gòu)具微～弱腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在干濕交替下具微～弱腐蝕性。在長期浸水環(huán)境條件下具微腐蝕性。

3 工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析

（1）基坑普遍挖深15.90m，最大挖深16.90m，開挖深度深。開挖面積約15457m2，開挖面積大，且形狀不規(guī)則。

（2）坑底位于3-3砂質(zhì)粉土或6-1淤泥質(zhì)粘土或6-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土層，工程力學(xué)性質(zhì)較差。地下水位高，且3號土層滲透系數(shù)較大。

（3）項目北側(cè)為擬建地鐵線，西側(cè)為已建新風(fēng)路，新風(fēng)路下埋深多條市政管線，其余兩側(cè)為在建規(guī)劃道路。項目周邊環(huán)境復(fù)雜，且北側(cè)位于地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，對變形的控制要求較高。

4 原基坑圍護(hù)設(shè)計方案

北側(cè)利用區(qū)間隧道600mm厚地下連續(xù)墻作支護(hù)樁，其余側(cè)采用800mm厚地下連續(xù)墻，整體內(nèi)設(shè)3道鋼筋砼內(nèi)支撐。北側(cè)坑底采用五軸水泥攪拌樁加固；基坑內(nèi)分坑采用直徑900mm鉆孔灌注樁，坑中坑采用直徑700mm鉆孔灌注樁結(jié)合1道鋼筋砼內(nèi)支撐，五軸水泥攪拌樁作止水擋土帷幕。基坑內(nèi)外設(shè)明溝排水，同時坑內(nèi)設(shè)疏干井坑外設(shè)備用疏干徑降水。

本項目典型剖面圖如下圖1：

圖1 典型剖面圖

原施工及開挖順序（圖2）：

圖2 基坑圍護(hù)設(shè)計方案分區(qū)塊開挖示意圖

（1）開槽施工Ⅰ區(qū)塊（Ⅰ-1和Ⅰ-2），至施工地下室外墻至±0.000。

（2）開槽施工Ⅱ區(qū)塊（Ⅱ-1和Ⅱ-2），至施工地下室外墻至±0.000。

（3）開槽Ⅲ區(qū)塊（Ⅲ-1和Ⅲ-2），至施工地下室外墻至±0.000。

5 優(yōu)化方案

（1）清整場地，確?；又車匀坏仄涸谠O(shè)計標(biāo)高內(nèi)，施工工程樁與圍護(hù)樁（TRD工法樁、水泥土攪拌樁、鉆孔灌注樁及地下連續(xù)墻）。

（2）按剖面標(biāo)高，開槽施工Ⅰ區(qū)塊（Ⅰ-1和Ⅰ-2）冠梁及第一道支撐，待冠梁及第一道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖至第二道支撐梁底。

（3）施工Ⅰ區(qū)塊（Ⅰ-1和Ⅰ-2）圍檁及第二道支撐，待圍檁及第二道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖至第三道支撐梁底。

（4）施工Ⅰ區(qū)塊（Ⅰ-1和Ⅰ-2）圍檁及第三道支撐，待圍檁及第三道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖至-13.900m，然后按先A后B再C的開挖順序開挖，先開挖區(qū)塊的墊層施工完成后方可開挖后挖區(qū)塊[1]。Ⅰ區(qū)塊（Ⅰ-1和Ⅰ-2）中A、B、C區(qū)塊開挖至設(shè)計底標(biāo)高后施工基礎(chǔ)底板及底板傳力帶。施工Ⅰ區(qū)塊（Ⅰ-1和Ⅰ-2）底板及底板傳力帶時，同時施工Ⅱ區(qū)塊（Ⅱ-1和Ⅱ-2）冠梁及第一道支撐。

（5）Ⅰ區(qū)塊（Ⅰ-1和Ⅰ-2）的底板及底板傳力帶達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%設(shè)計強(qiáng)度且Ⅱ區(qū)塊（Ⅱ-1和Ⅱ-2）冠梁及第一道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖Ⅱ區(qū)塊（Ⅱ-1和Ⅱ-2）至第二道支撐梁底。

（6）施工Ⅱ區(qū)塊（Ⅱ-1和Ⅱ-2）圍檁及第二道支撐，待圍檁及第二道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖至第三道支撐梁底。

（7）施工Ⅱ區(qū)塊（Ⅱ-1和Ⅱ-2）圍檁及第三道支撐，待圍檁及第三道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖至-13.900m，然后按先A后B再C的開挖順序開挖，先開挖區(qū)塊的墊層施工完成后方可開挖后挖區(qū)塊。Ⅱ-2區(qū)塊中A、B、C區(qū)塊開挖至設(shè)計底標(biāo)高后施工基礎(chǔ)底板及底板傳力帶。施工Ⅱ區(qū)塊（Ⅱ-1和Ⅱ-2）底板及底板傳力帶時，同時施工Ⅲ區(qū)塊（Ⅲ-1和Ⅲ-2）冠梁及第一道支撐。

（8）Ⅱ區(qū)塊（Ⅱ-1和Ⅱ-2）的底板及底板傳力帶達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%設(shè)計強(qiáng)度且Ⅲ區(qū)塊（Ⅲ-1和Ⅲ-2）冠梁及第一道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖Ⅲ區(qū)塊（Ⅲ-1和Ⅲ-2）至第二道支撐梁底。

（9）施工Ⅲ區(qū)塊（Ⅲ-1和Ⅲ-2）圍檁及第二道支撐，待圍檁及第二道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖至第三道支撐梁底。待圍檁及第三道支撐達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，按設(shè)計要求分層分塊開挖至基坑底，然后施工Ⅲ區(qū)塊（Ⅲ-1和Ⅲ-2）地下室基礎(chǔ)及底板傳力帶。

6 有限元模擬

采用PLAXIS 3D有限元軟件進(jìn)行數(shù)值分析。包括區(qū)間隧道、土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、立柱樁及支撐體系。計算模型選取時，充分考慮基坑開挖深度、基坑平面大小及與既有盾構(gòu)隧道的距離等工程影響范圍[2]，模型大小取280x230x50.8。模型網(wǎng)格采用四面體進(jìn)行單元劃分，共劃分已生成252558個單元，432698 個節(jié)點(diǎn)。

車站主體結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)隧道采用板單元模擬，立柱樁采用梁單元模擬、地下連續(xù)墻采用板單元模擬、鉆孔灌注樁采用樁單元模擬，支撐體系采用梁單元模擬，土體及加固體采用實體單元模擬。

假定同一土層中的圖是均勻、連續(xù)、各向同性的，考慮土體非線性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，將其視為理想的彈塑性體，采用HSS本構(gòu)模型，模型的材料參數(shù)表詳見表1。

表1 模型參數(shù)表

模型的邊界條件是：模型四周及底部采用法相約束。設(shè)計施工荷載為20kPa。

計算結(jié)果表明：Ⅰ區(qū)塊開挖至坑底設(shè)計標(biāo)高，土體最大總位移為16.9cm，圍護(hù)樁最大水平位移13.0cm，既有車站結(jié)構(gòu)最大位移2.15cm，內(nèi)支撐最大軸力為4421kN。Ⅱ區(qū)塊開挖至坑底時，土體最大總位移為15.2cm，圍護(hù)樁最大水平位移13.7cm，既有車站結(jié)構(gòu)最大位移4.48cm，內(nèi)支撐最大軸力為5446kN。Ⅲ區(qū)塊開挖至坑底時，土體最大總位移為21.5cm，圍護(hù)樁最大水平位移19.2cm，既有車站結(jié)構(gòu)最大位移4.74cm，內(nèi)支撐最大軸力為10040kN。其中Ⅲ區(qū)、隧道位移云圖見圖3、圖4。

圖3 土體總位移云圖

圖4 既有車站結(jié)構(gòu)位移云圖

7 計算與監(jiān)測結(jié)果對比

根據(jù)第三方監(jiān)測單位提供的基坑施工監(jiān)測成果顯示：（1）本項目在基坑Ⅰ區(qū)塊開挖至坑底時，深層土體水平位移最大為44.43mm，圍護(hù)樁樁頂位移最大為35.64mm，結(jié)構(gòu)水平位移為2.60mm，支撐軸力最大值為9736kN；（2）本項目在基坑Ⅰ區(qū)塊澆筑墊層及底板完成，深層土體水平位移最大為46.52mm，圍護(hù)樁樁頂位移最大為36.33mm，結(jié)構(gòu)水平位移為2.80mm，支撐軸力最大值為9987kN；（3）本項目在基坑Ⅱ區(qū)塊開挖至坑底，Ⅰ區(qū)塊第一道支撐還未拆撐，深層土體水平位移最大為28.64mm，圍護(hù)樁樁頂位移最大為37.77mm，結(jié)構(gòu)水平位移為2.80mm，支撐軸力最大值為4736kN。

由有限元計算結(jié)果與實際監(jiān)測報告可知，圍護(hù)樁與深層土體水平位移變形趨勢大體一致，結(jié)構(gòu)水平位移結(jié)果較為接近。工期優(yōu)化方案保證了基坑的順利、安全實施，數(shù)值模擬與監(jiān)測報告顯示，基本均在設(shè)計要求范圍內(nèi)。

8 小結(jié)

（1）三維連續(xù)介質(zhì)有限元方法的分析對象包括了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鄰近的地鐵隧道和車站以及基坑周邊一定影響范圍內(nèi)的土體，土體采用HSS模型模擬，是分析基坑開挖引起的環(huán)境效應(yīng)的較為理想的方法。采用有限元數(shù)值分析方法對基坑開挖過程進(jìn)行了對比，結(jié)果表明：圍護(hù)樁及基坑周邊土體變形的趨勢大體基本一致。有限元計算模型和參數(shù)選取是合理的，可基于基坑工程的數(shù)值模擬分析。

（2）本工程采取了一系列措施控制基坑施工對周邊環(huán)境的影響，如合理設(shè)置隔離樁，對基坑進(jìn)行分坑設(shè)計，施工中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，這些技術(shù)措施可為類似工程提供參考。

（3）實測數(shù)據(jù)表明基坑開挖對已運(yùn)營地鐵產(chǎn)生一定影響，但變形量小于設(shè)計值，且完全滿足地鐵運(yùn)營要求，可見設(shè)計所采取的方案及措施是切實有效的。

（4）本項目對施工工況進(jìn)行優(yōu)化，按照優(yōu)化方案進(jìn)行施工，基坑開挖施工對周邊環(huán)境及地鐵的影響均在設(shè)計要求范圍內(nèi)，工期縮短8個月，工程造價降低約35%，節(jié)約近2000萬元。