某高層建筑基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

戚 婷

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,高層建筑在經(jīng)濟(jì)和科技的有力保障下突飛猛進(jìn),在現(xiàn)代城市建設(shè)中所占據(jù)的比例越來越高。基坑圍護(hù)建設(shè)占總投資的比例呈逐步上升趨勢(shì),因此基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化直接影響到工程投資及施工難易程度。而高層建筑的周邊環(huán)境一般較為復(fù)雜,鄰近在建和已建的多層、高層建筑眾多,市政管線分布復(fù)雜,為保證高層主體結(jié)構(gòu)的順利進(jìn)行,基坑圍護(hù)是關(guān)鍵的一步,關(guān)系到整體工程的成敗。

1 工程概況

某高層建筑主體結(jié)構(gòu)為一幢29層的塔樓,4層裙樓,其塔樓建筑高約120 m。由辦公、商業(yè)、地下車庫、設(shè)備機(jī)房等功能組成。主體結(jié)構(gòu)均設(shè)置3層地下室,基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ),基礎(chǔ)底板面設(shè)計(jì)相對(duì)標(biāo)高為-13.400 m,主樓基礎(chǔ)底板普遍厚度為2.5 m;裙樓基礎(chǔ)底板厚度為1.2 m。本工程基坑總面積約10 250 m2,基坑周長約450 m。主樓基礎(chǔ)開挖深度約為15 m,裙樓基礎(chǔ)開挖深度約為14 m。基坑南側(cè)道路下有正在運(yùn)營的東西走向分布的軌道交通區(qū)間隧道,主體結(jié)構(gòu)基坑周邊環(huán)境與鄰近軌道交通平面關(guān)系如圖1所示。軌道交通區(qū)間隧道底部埋深約為14.7 m～16.4 m,隧道外徑約為6.2 m,分上行和下行兩條線路,隧道最近處距離本工程的地下室外墻邊線10.4 m～13.6 m,在基坑設(shè)計(jì)及施工中須引起足夠重視并給予重點(diǎn)保護(hù)。

2 工程地質(zhì)條件及土層力學(xué)指標(biāo)

擬建設(shè)場(chǎng)地地勢(shì)平坦,地面標(biāo)高一般在2.45 m～3.25 m之間,地坪平均標(biāo)高約為+2.800。場(chǎng)地淺層地下水屬潛水類型,主要補(bǔ)給來源為大氣降水和地表徑流,水位隨季節(jié)變化而變化。測(cè)得地下水位在地表以下0.40 m～1.60 m。設(shè)計(jì)計(jì)算水位埋深取0.5 m。基坑工程影響范圍內(nèi)的土層自地面往下大致可分為7層,各層力學(xué)參數(shù)見表1。第③層局部夾粉性土及薄層粉砂,施工時(shí)易產(chǎn)生流砂、管涌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。第⑦層為第一承壓含水層,承壓水水位呈幅度不等的周期性變化,根據(jù)區(qū)域觀測(cè)資料,承壓水水頭埋深為地表下3.0 m～11.0 m。在勘察期間,⑦層承壓水水位埋深為8.5 m～8.75 m,第⑦層層頂埋深約為32 m～40 m。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)表

3 軌道交通隧道保護(hù)要求

由于降水、堆載等各種荷載和加載的建筑活動(dòng)對(duì)軌道交通設(shè)施的綜合影響,軌道交通隧道保護(hù)必須符合以下標(biāo)準(zhǔn)：

1)在地鐵工程(外邊線)兩側(cè)的鄰近3.5 m范圍內(nèi)不能進(jìn)行任何工程。2)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對(duì)沉降量及水平位移量不大于18 mm(包括各種加載和卸載的最終位移量)。3)隧道變形曲線的曲率半徑 R≥16 000 m。4)相對(duì)彎曲不大于1/2 600。5)由于建筑物垂直荷載(包括基礎(chǔ)地下室)及降水、注漿等施工因素而引起的地鐵隧道外壁附加荷載不大于18 kPa。6)由于打樁振動(dòng)、爆炸產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)隧道引起的峰值速度不大于2.6 cm/s。

4 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

由于本工程基坑周邊環(huán)境復(fù)雜,尤其是對(duì)變形極為敏感的軌道交通區(qū)間隧道,在基坑圍護(hù)方案設(shè)計(jì)中,提出了方案一“整體順作法”,經(jīng)過對(duì)基坑工程初步方案的優(yōu)化,形成了方案二“分區(qū)順作法”,方案如圖2所示。

方案一(整體順作法)：基坑周邊設(shè)置“兩墻合一”地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu),靠近地鐵交通隧道側(cè)采用T形槽段地墻,在坑內(nèi)架設(shè)三道臨時(shí)鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐系統(tǒng)。

方案二(分區(qū)順作法)：基坑周邊設(shè)置“兩墻合一”地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu),并在坑內(nèi)靠近地鐵隧道側(cè)設(shè)置臨時(shí)隔斷地下連續(xù)墻將基坑分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩部分。然后采用順作法在距離地鐵較遠(yuǎn)的Ⅰ區(qū)架設(shè)三道臨時(shí)鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐系統(tǒng),順作施工完成部分塔樓地下結(jié)構(gòu)后,再依次在Ⅱ區(qū)架設(shè)四道臨時(shí)混合水平內(nèi)支撐系統(tǒng),順作施工完成全部地下室。

1)“整體開挖”和“分區(qū)開挖”方案的優(yōu)化選擇：本工程基坑面積較大,將基坑分區(qū)施工,可縮短迎軌道交通側(cè)的基坑開挖暴露范圍,降低了基坑整體開挖實(shí)施過程中大范圍卸土對(duì)地鐵線等周邊環(huán)境的空間效應(yīng)影響,優(yōu)于基坑整體開挖的方案。具體的分區(qū)見圖2,首先施工面積較大的Ⅰ區(qū)遠(yuǎn)離地鐵隧道;其后施工的狹長形的Ⅱ區(qū)基坑面積小,地鐵隧道的附加變形影響更加容易得到控制。

2)“順作法”和“逆作法”方案的優(yōu)化選擇：本工程如采用“逆作法”方案進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),水平支撐剛度增大,有利于控制圍護(hù)體水平變形。但本工程基坑面積較大,水平結(jié)構(gòu)分塊施工的時(shí)間遠(yuǎn)大于單道臨時(shí)支撐,增加了鄰近地鐵側(cè)圍護(hù)體的無支撐暴露時(shí)間,不利于對(duì)鄰近地鐵隧道的保護(hù)。為了減小對(duì)鄰近地鐵線區(qū)間隧道的影響,采用“順作法”基坑圍護(hù)方案設(shè)計(jì)。

3)“十字正交對(duì)撐”和“對(duì)撐結(jié)合角撐邊桁架”方案的優(yōu)化選擇：“對(duì)撐結(jié)合角撐邊桁架”的支撐體系平面開口位置大,利于土方開挖,但整體水平剛度小于“十字正交對(duì)撐”體系。考慮對(duì)地鐵隧道的保護(hù),結(jié)合目前已建工程的成功實(shí)踐,在本工程采用“十字正交對(duì)撐”形式的支撐體系進(jìn)行基坑圍護(hù)方案的設(shè)計(jì)。

鑒于以上設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路,本著基坑工程“安全、合理、經(jīng)濟(jì)、可行”的原則,并結(jié)合本工程的開挖深度、基坑面積、造價(jià)和工期等綜合因素,特別是考慮到本工程對(duì)于軌道交通區(qū)間段隧道的保護(hù),選用了“分區(qū)順作”設(shè)計(jì)方案,將基坑分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩個(gè)基坑施工。

5 結(jié)語

考慮到本工程基坑開挖將面臨嚴(yán)格的地鐵隧道保護(hù)要求,將整體基坑分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩部分分別順作實(shí)施,對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先,施工面積較大的Ⅰ區(qū),基坑與地鐵線隧道距離較遠(yuǎn),同時(shí)與地鐵間有兩堵地下連續(xù)墻為屏蔽,可將Ⅰ區(qū)施工對(duì)地鐵的影響減小到最低程度。其次,在依次開挖施工狹長形的鄰地鐵二號(hào)線Ⅱ區(qū)時(shí),縮短了迎地鐵側(cè)的基坑開挖暴露范圍,減小了同時(shí)開挖的基坑面積,這種施工方法在狹長形的地鐵基坑施工中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),可以降低基坑整體開挖實(shí)施過程中大范圍卸土對(duì)地鐵線的影響。

[1] GB 50007-2002,國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50009-2001,國家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3] GB 50202-2002,國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4] 朱新勇,周石喜.軟土基坑開挖與支護(hù)施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(4)：151-152.