劉國權(quán)（綠城建筑科技集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000）

深基坑工程在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施作和土方開挖卸載作用下，基坑內(nèi)外的土壓力差使得天然狀態(tài)下的土體應(yīng)力路徑發(fā)生改變，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力發(fā)生重新分布，土壓力逐步傳遞給圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這種應(yīng)力傳遞過程也會給土體的天然結(jié)構(gòu)性產(chǎn)生影響，強(qiáng)度和剛度不可避免地產(chǎn)生折減，土體顆粒也會發(fā)生遷移和重分布現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和土體的位移[1-3]。因此，在城市高度開發(fā)的區(qū)域開挖深基坑工程，環(huán)境的高度敏感性對基坑施工變形控制提出了更為嚴(yán)格的要求[4]。

基于此，本文依托浙江省杭州市某商業(yè)園區(qū)高層建筑深基坑工程，綜合分析基坑周邊環(huán)境、地質(zhì)條件和基坑設(shè)計條件的基礎(chǔ)上，針對土方開挖、地下連續(xù)墻和SMW 工法3 個關(guān)鍵技術(shù)展開研究，以減小施工對土體的擾動和控制土體的變形，并運用現(xiàn)場實測的方法對圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地下結(jié)構(gòu)位移的變形進(jìn)行監(jiān)測，研究成果可應(yīng)用于城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的基坑變形施工控制中。

1 工程概況

浙江省杭州市某商業(yè)園區(qū)高層建筑深基坑工程面積2.5萬m2，為2層地下停車場，基坑平面大致為梯形，東西寬約140m，南北長約180m?；又苓叚h(huán)境復(fù)雜，基坑北側(cè)和西側(cè)均為城市主干道，交通較為繁忙，東側(cè)為城市次干道，距離基坑邊線20m為既有小區(qū)，南側(cè)為城市次干道，下部修建有地下通道，地下通道的混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)墻與基坑邊線的距離為2.5m，基坑開挖深度為9m?；娱_挖深度范圍內(nèi)地層較為復(fù)雜，主要為黏性土和細(xì)砂，存在不良地質(zhì)層為淤泥質(zhì)黏土，基坑開挖影響范圍內(nèi)各層土的基本物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，基坑潛水面深度為地表以下1.5m，基坑開挖時為了保證作業(yè)面的無水環(huán)境，均應(yīng)將地下水水位控制在開挖面以下1m?；又苓叚h(huán)境如圖1 所示，基坑場區(qū)土層基本物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 基坑場區(qū)土層基本物理力學(xué)參數(shù)

圖1 基坑周邊環(huán)境分析

基于復(fù)雜的周邊環(huán)境和地質(zhì)條件，基坑?xùn)|側(cè)、北側(cè)和西側(cè)安全等級為三級，環(huán)境保護(hù)等級為三級，均采用單排鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁工法+1 道鋼筋混凝土鋼支撐+1 道鋼支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，鉆孔灌注樁的直徑為800mm，中心間距為1000mm，深度為18m；基坑南側(cè)基坑安全等級為三級，環(huán)境保護(hù)等級為二級，采用地下連續(xù)墻+1道鋼筋混凝土支撐+1道鋼支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，地下連續(xù)墻的厚度為800mm，標(biāo)準(zhǔn)寬度為6000mm，深度為16m。第1道鋼筋混凝土支撐的尺寸為600mm×600mm，混凝土等級為C35，支撐位置為地表下1.5m；第2道鋼支撐直徑為609mm，壁厚16mm，支撐位置距離第1道支撐3.5m。

2 深基坑工程變形施工控制關(guān)鍵技術(shù)

2.1 深基坑工程分層開挖控制

由于基坑面積大、土方量大，且存在較厚的軟黏土層，這些軟黏土具有一定的結(jié)構(gòu)性，在受到開挖擾動后，其強(qiáng)度會折減[5]。為了減小土體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的變形，在深基坑開挖過程中采用分區(qū)分層對稱開挖的施工方式，減小開挖面積，以降低開挖過程對基坑土體的擾動。如圖2所示，基坑從西到東大致劃分為3個大區(qū)，分別為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)，其中，A區(qū)和B區(qū)劃分為3個小區(qū)，C區(qū)劃分為5個小區(qū)。在施工時，按先西后東、先北后南的順序施工，A 區(qū)施工完成后再施工B 區(qū)，最后施工C 區(qū)，先施工的區(qū)域比后施工區(qū)域的超挖深度不超過1.5m。A 區(qū)具體開挖順序為A-1 區(qū)→A-2 區(qū)→A-3區(qū)，B區(qū)具體開挖順序為B-1區(qū)→B-2區(qū)→B-3區(qū)，C區(qū)具體開挖順序為C-1區(qū)→C-2區(qū)→C-3區(qū)→C-4區(qū)→C-5區(qū)。

圖2 基坑分層分區(qū)對稱開挖

土層一次性開挖長度不超過30m，且控制好每層開挖的厚度，一般分層厚度不能超過2m，邊開挖邊監(jiān)測土體和基坑支護(hù)體系的受力和變形，并及時施作支撐。在開挖至設(shè)計坑底標(biāo)高時，預(yù)留300mm，不采用機(jī)械開挖而采用人工開挖的方式以減小對坑底原狀土的擾動，并在24h 內(nèi)施作封底混凝土，在10d 內(nèi)施作地下室底板。

2.2 深基坑工程地下連續(xù)墻施工控制

基坑南側(cè)緊貼城市地下通道施工，為了減小基坑變形過大對地下結(jié)構(gòu)的影響，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了剛度、強(qiáng)度較大、防透水能量強(qiáng)的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻采用SG46 型液壓抓斗型地下連續(xù)墻成槽機(jī)施工，采用間隔式垂直挖槽方法以提高成槽質(zhì)量，其施工控制流程如圖3所示。

圖3 地下連續(xù)墻施工控制流程

在開挖前，應(yīng)對每個節(jié)段的地連墻幅進(jìn)行劃分，成槽機(jī)機(jī)斗垂直懸掛開挖，開挖過程中及時補(bǔ)充新配置泥漿維持槽壁的穩(wěn)定，保持泥漿液面穩(wěn)定，并對泥漿的配合比進(jìn)行優(yōu)化，使其適應(yīng)不同地層的掘進(jìn)，挖槽過程中維持正常的成槽速度，嚴(yán)禁快速下放或提升，對完成后的兩幅相鄰地下連續(xù)墻采用焊接工字型接頭進(jìn)行連接，達(dá)到止水和擋土的要求[6-7]。

2.3 深基坑工程三軸攪拌樁施工控制

深基坑?xùn)|側(cè)、北側(cè)和西側(cè)采用單排鉆孔灌注樁支護(hù)形式，為了避免軟黏土的大變形，在樁孔灌注樁的基礎(chǔ)上采用了三軸水泥土攪拌樁的土體加固措施，并起到隔離樁間土和止水的效果。三軸水泥土攪拌樁的直徑為850mm，咬合間距為250mm。施工時，定位樁位偏差不應(yīng)大于50mm，并應(yīng)保證水泥土能夠充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，攪拌樁水泥摻量控制?0%，水灰比為1.8，水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，采用連續(xù)套接一孔施工，搭接形式為全斷面套打，三軸攪拌樁機(jī)械的下放速度不應(yīng)超過0.8m/min，提升速度不應(yīng)超過1.5m/min，高壓注漿泵的壓力不大于0.8MPa，樁底部分適當(dāng)持續(xù)攪拌注漿，水泥土攪拌樁28d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa[8]。

3 深基坑工程變形施工控制效果

為了研究基坑施工的變形控制效果，基于現(xiàn)場實測方法，對基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)和南側(cè)的地下通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測。圖4為基坑?xùn)|側(cè)、西側(cè)和北側(cè)圍護(hù)樁的最終水平位移平均值曲線，圖5為基坑南側(cè)地下通道結(jié)構(gòu)物的沉降變形曲線。

圖4 基坑圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)水平位移變化曲線

圖5 城市地下通道結(jié)構(gòu)底部的沉降變形曲線

從圖4中可以看出，3個基坑邊線的圍護(hù)樁水平位移曲線規(guī)律基本一致，均隨著深度的增加而呈非線性增加，并在基坑底部附近達(dá)到峰值，在深度14m 以下，圍護(hù)樁的水平位移趨近于零。其中，在第1道混凝土支撐位置處，由于橫向混凝土支撐結(jié)構(gòu)的剛度較大，使得不同基坑邊線的圍護(hù)樁水平位移較小且分布較為均勻，西側(cè)圍護(hù)樁的水平位移為1.92mm，東側(cè)圍護(hù)樁的水平位移為1.77mm，北側(cè)的圍護(hù)樁的水平位移為2.02mm；在第2道鋼支撐位置處，不同基坑邊線的圍護(hù)樁水平位移的增速最大，圍護(hù)樁水平位移在基坑周邊的分布不均，西側(cè)圍護(hù)樁的水平位移為7.98mm，東側(cè)圍護(hù)樁的水平位移為3.65mm，北側(cè)的圍護(hù)樁的水平位移為6.18mm；在基坑底部，各基坑邊線處的圍護(hù)樁水平位移均處于峰值，西側(cè)圍護(hù)樁的水平位移為14.25mm，東側(cè)圍護(hù)樁的水平位移為9.49mm，北側(cè)的圍護(hù)樁的水平位移為12.92mm，所有水平位移峰值均在規(guī)范要求限值內(nèi)（30mm），由此表明，所提出的圍護(hù)方案合理，所提出的變形控制施工技術(shù)達(dá)到了降低基坑變形的目的。在實際開挖過程中，有必要控制第2道支撐至基坑底部時的開挖速率，必要時可增加1 道鋼支撐，以減小土體卸載造成的圍護(hù)樁變形。整體而言，基坑西側(cè)和北側(cè)的圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)水平位移較為接近，且大于基坑?xùn)|側(cè)圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)水平位移。從圖2和圖4中容易發(fā)現(xiàn)，相比于A區(qū)、B 區(qū)，東側(cè)（C 區(qū)）基坑開挖分區(qū)面積更小，數(shù)量更多，因此，其基坑水平位移也控制更好。在實際工程開挖過程中，在兼顧工程土方開挖速率和開挖便利性的條件下，可以將開挖面積劃分更小，這樣對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制更為有利。

圖5 為基坑南側(cè)城市地下通道結(jié)構(gòu)底部的沉降變形曲線。從圖5中可以看出，地下通道結(jié)構(gòu)沉降呈現(xiàn)明顯的非線性單調(diào)增加并趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，大致可以劃分為2個階段，在基坑開挖30d以內(nèi)為沉降變形增長階段，而在30d 以后為沉降變形穩(wěn)定階段，沉降穩(wěn)定值為5.35mm，遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)沉降控制10mm的限值要求，表明基坑南側(cè)采取的地下連續(xù)墻變形施工控制技術(shù)取得良好的變形控制效果。

4 結(jié)語

以浙江省杭州市某商業(yè)園區(qū)高層建筑深基坑工程為研究對象，針對土方開挖、地下連續(xù)墻和SMW工法3個關(guān)鍵技術(shù)展開研究，以減小施工對土體的擾動和控制土體的變形，并運用現(xiàn)場實測的方法對圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地下結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行監(jiān)測，得到以下結(jié)論：

（1）深基坑開挖采用分區(qū)分層對稱開挖的施工方式，共劃分為3個大區(qū)、11個小區(qū)。圍護(hù)樁水平位移監(jiān)測表明，在兼顧工程土方開挖速率和開挖便利性的條件下，可以將開挖面積劃分更小，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制更為有利。

（2）3個基坑邊線的圍護(hù)樁水平位移均隨著深度的增加而呈非線性增加，并在基坑底部附近達(dá)到峰值，在深度14m以下圍護(hù)樁的水平位移趨近于零；在第1道混凝土支撐位置處圍護(hù)樁水平位移較小且分布較為均勻，在第2 道鋼支撐位置處圍護(hù)樁水平位移的增速最大；在基坑底部圍護(hù)樁水平位移均處于峰值。

（3）地下通道結(jié)構(gòu)沉降呈現(xiàn)明顯的非線性單調(diào)增加并趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，在基坑開挖30d以內(nèi)為沉降變形增長階段，而在30d 以后為沉降變形穩(wěn)定階段，沉降穩(wěn)定值為5.35mm，遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)沉降控制10mm 的限值要求。