南京中山陵地下商場主體圍護結構方案探討

張雪燕

(甘肅省科學院地質自然災害防治研究所，甘肅蘭州 730000)

近年來，在改革開放大潮推動下，我國建筑業蓬勃發展，建筑施工和管理亦步入信息化時代;同時高層、超高層建筑和城市地下空間的利用發展也促進了基坑工程設計和施工技術的進步。基坑圍護體系的種類、各種圍護體系的設計計算方法、施工技術、監測手段以及基坑工程理論在我國都有了長足的發展。基坑工程綜合性較強，是系統工程，基坑支護設計方案的選擇尤為重要，直接決定了基坑的安全性，同時決定了經濟造價和施工工期［1］。現結合南京市中山陵地下商場現場實際情況，對其采用的多種基坑支護方法逐一說明。

1 工程概況

中山陵地下商場屬于鐘山風景區南側外緣景區，總建筑面積約18 950 m2，位于滬寧高速公路高架橋(鉆孔灌注樁基礎，埋深約30 m)的南側、寧杭公路中山門段北側空地處，南與地鐵二號線苜蓿園站相接，是旅客進入鐘山風景區的門戶地區。其主要建筑為地下2層，地上1層，地下2層為車庫和商業街，地上1層為餐廳和接待中心等。1層室內地坪標高20.796 m(吳淞高程)，基坑底設計標高為9.196 m，基坑周長約300 m，最大挖深約11.60 m。

本工程重要性等級為二級，場地等級為二級(中等復雜)，地基復雜程度等級為二級地基(中等復雜)，抗震設防類別為丙類。基坑側壁安全等級按二級設計，重要性系數按1.00取值［2］。

2 場地工程地質條件

2.1 地形、地貌

擬建場地位于滬寧高速公路高架橋的南側、寧杭公路中山門段北側空地處，地形有起伏，標高在20.00 m～25.00 m之間，呈北高南低態勢。場地地貌單元屬山前階地及丘陵地貌。

2.2 場地巖土工程性質

在勘探深度內根據野外鉆探，原位測試及室內試驗綜合分析，場地巖土層可分為五大層，現自上而下分述如下:①-1層雜填土:雜色，松散～稍密，含較多碎磚、石，量大于30%，主要為水泥地坪及碎石墊層，土質不均勻，堆齡不足2年，層厚0.30 m～2.50 m，層底埋深0.30 m～2.50 m。①-2層素填土:灰黃色，軟～可塑，含少量碎磚石屑、植物根莖，局部含少量淤泥質填土，土質不均勻，填齡大于10 年，層厚0.50 m ～2.80 m，層底埋深0.80 m ～3.30 m。②層粉質粘土:黃褐色，可～硬塑，含少量鐵、錳氧化物，稍有光澤，韌性、干強度中 ～高，層厚0.70 m ～6.40 m，層底埋深1.80 m ～8.60 m。③層碎石土:黃褐色，中密，鉆孔所見粒徑10.0 cm ～30.0 cm，量約50%～80%，無分選性，稍有磨圓，礫石多呈次棱角狀，成分較雜，多為石英質，其間充填砂土及黃色粘性土，難以鉆進，層厚1.70 m～5.40 m，層底埋深 4.70 m ～12.70 m。④層殘坡積土:棕紅色，密實，呈砂土狀，含礫石及母巖碎塊，量約30%～50%，局部土質較均一，主要為粉砂質泥巖及砂巖風化物，遇水易軟化，層厚0.30 m～7.00 m，層底埋深5.10 m ～17.00 m。⑤-1層強風化泥巖、砂巖:棕紅色、灰黃色，密實～堅硬，砂土狀，風化強烈，呈塊狀結構，易于鉆進，手易捏碎，屬較軟巖，巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級，遇水易軟化，層厚 0.50 m ～4.20 m，層底埋深 5.60 m ～14.30 m。⑤-2a層中風化泥巖、粉砂質泥巖:棕紅色，硬，結構緊密，塊狀構造，層厚0.7 m左右，局部地段夾有砂巖，多數砂巖呈灰黃、黃褐色，少量砂巖呈棕紅色，該巖層屬極軟巖，巖體完整，巖體基本質量等級屬Ⅴ類。⑤-2b層中風化細砂巖、泥質粉砂巖:灰黃色、黃褐色，局部棕紅色，堅硬，結構緊密，塊狀構造，局部地段為夾少量泥質粉砂巖，該巖層屬較軟巖，巖體較完整，巖體基本質量等級屬Ⅳ類，勘探未鉆穿。

2.3 場地穩定性及不良地質作用

根據區域地質資料判定:擬建場區內無不良地質作用。根據鉆探資料擬建場區無液化地層，無巖土地震穩定性問題，擬建場地是穩定的，適宜工程建設。

2.4 場地地下水及水、土腐蝕性評價

擬建場地屬山前階地及丘陵地貌，地下水類型屬孔隙潛水及孔隙承壓水，潛水主要賦存于①層填土中，主要受大氣降水及地表水補給;承壓水賦存于③層碎石中，承壓水位埋深1.60 m～5.40 m，標高為 16.60 m ～19.50 m。地下水賦存量小，滲水少。地下水、土對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中鋼筋無腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

2.5 地震烈度及分組

本地區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，屬設計地震第一組。

3 圍護結構設計

3.1 設計計算原則

基坑側壁安全等級按二級考慮，重要性系數取1.00。除放坡開挖方案未考慮基坑水平變形及基坑周圍地表沉降外，其他兩個方案基坑水平變形均不大于0.2%H且小于30 mm，而基坑周圍地表沉降不大于0.15%H(其中H為基坑開挖深度)［3］。對基坑工程進行抗滑移和抗傾覆的整體穩定性檢算;樁墻式支護結構亦進行基坑底部土體的抗隆起穩定性和抗滲流或抗管涌穩定性檢算。基坑穩定性檢算遵照YB 9258-97建筑基坑工程技術規范，JGJ 120-99建筑基坑支護技術規程及DB 32/112-95南京地區地基基礎設計規范進行。地面超載按20 kPa考慮，并考慮了鄰近建筑物的影響［4］。

3.2 降排水設計

首先清除地表雜填土至地坪標高(20.796 m)，然后在基坑四周設置截水溝截排地面水，基坑周邊地表須做成10 cm厚硬化地面，并設2%坡向的排水溝，防止地表水滲入基坑。

基坑內采用明溝排水，在坑底縱橫向每隔20 m設一集水坑，基坑滲水沿排水明溝匯入集水坑，由水泵排至地面經處理后排入市政排水系統。

根據南京市基坑工程以往經驗，本基坑開挖前采用降水井降水，降水井井距為20 m，將水降至基坑底面或中風化泥巖、砂巖之下。

對于周圍對沉降敏感的建筑物、構筑物，應做好地下水的回灌工作。

3.3 圍護結構設計

本次主體圍護結構共擬定三個設計方案:

方案一:放坡開挖方案。本基坑除靠近滬寧高速公路橋橋臺的35 m長度范圍內采用土釘墻+錨桿方案支護外，其他各邊均采用放坡開挖。開挖的邊坡坡率為1∶0.75，隨挖隨于邊坡上施作打錨桿掛網噴混凝土防護以止水。鐵絲網用錨桿錨固;錨桿采用Φ18圓鋼筋，其深入邊坡內100 cm～500 cm，根據巖石破碎程度及防護情況確定;所噴射混凝土的強度等級不低于C20，厚度宜為10 cm，在噴射前拌和混凝土時應添加速凝劑，摻入量為水泥重量的2%～3%。該方案剖面布置如圖1所示。

圖1 放坡開挖方案剖面圖（單位：mm）

經檢算，該方案最不利工況下穩定安全系數為1.44。

該方案概算總投資最低，為1 092.12萬元，這也是該方案最突出的優點。另外該方案為無支撐施工，施工主體工程時作業空間寬余、工期短。該方案邊坡雖穩定，但是其基坑水平變形及基坑周圍地表沉降均較大。該方案按照1∶0.75放坡后，邊坡坡腳距滬寧高速公路橋水平距離僅為7 m。該邊坡的開挖可能會危及橋基。

方案二:土釘墻+錨桿方案。結構形式:邊坡開挖坡度為1∶0.1，在基坑開挖深度范圍內，自上而下共設置2道錨桿和6道成孔注漿型土釘，孔徑均為150 mm，傾角均為向下傾斜15°。錨桿長18 m～19.5 m，土釘長15.5 m～21 m。土釘與錨桿呈梅花形布設，縱橫間距均為1.5 m。錨桿應通過張拉或擰緊螺母的辦法施加預應力，其大小為錨桿軸向受拉承載力設計值的55%。錨桿、土釘材料均采用25SiMn熱軋螺紋鋼筋。在錨桿與土釘上布置縱橫間距均為200 mm的Φ8鋼筋網，然后噴射200 mm厚C20混凝土。該方案剖面布置如圖2所示。

圖2 土釘墻+錨桿方案剖面圖（單位：mm）

經檢算，該方案最不利工況下土釘墻整體穩定安全系數為2.19，抗滑移安全系數為 1.71，抗傾覆安全系數為 4.17。

該方案概算總投資為2 319.39萬元。該方案具有邊坡設置較陡、施工方便、造價較低廉、施工主體工程時作業空間寬余等優點。該方案與挖孔灌注樁+錨桿方案相比，二者總造價相差不多，但其不能豎直開挖，占用空間較大，引起拆遷較多，另外由于土釘墻在變形方面的計算理論尚不成熟，可能導致基坑本身變形及周圍地表沉降均較大。

方案三:人工挖孔灌注樁+錨桿方案。結構形式:采用人工挖孔灌注樁+錨桿支護體系。樁直徑采用1.2 m，樁間距一般為1.7 m，局部根據排樁情況調整。樁頂設置鋼筋混凝土冠梁，截面尺寸為:b×h=1.2 m×0.8 m。沿挖孔灌注樁豎向設置2道錨桿，其豎向間距3.0 m，錨桿設計拉力為200 kN。錨桿向下傾角18°，長度18 m，孔徑150 mm。其剖面布置如圖3所示。

止水措施:從冠梁底止入強風化巖2 m范圍兩樁護壁間搭接400 mm厚混凝土;在基坑土方開挖時，隨挖隨于樁間施作掛網噴混凝土等止水措施。

挖孔灌注樁在各地層中嵌固深度應不小于表1中數字。

圖3 人工挖孔灌注樁+錨桿支護方案剖面圖（單位：mm）

表1 挖孔灌注樁嵌固深度

經檢算，該方案最不利工況下整體穩定安全系數為1.74，坑底抗隆起安全系數為2.25，坑底抗管涌安全系數為1.61。

該方案概算總投資為2 502.29萬元，與土釘墻+錨桿方案相差不多。該方案具有可以豎直開挖、基坑側壁安全性高、基坑本身變形及對周圍建筑物的影響均較小、施工方便、造價較低廉、成樁質量容易保證等優點，加之該方案與南京地鐵二號線苜蓿園站主體圍護結構設計方案一致，故本基坑主體圍護結構設計建議采用本方案。

4 環境監測及保護

1)場區內圍護結構及周圍建筑物、構筑物、土體、管線均為監測對象。監測項目包括圍護結構裂縫及滲漏水觀察、基坑周圍地表沉降、基坑周圍建筑物沉降及傾斜、基坑周圍地下管線沉降、圍護樁樁頂水平位移及垂直位移、地下水位量測、孔隙水壓力、樁背土體土壓力等。

2)沿基坑頂面設點進行沉降和水平位移檢測。設點原則為:圍護結構每個拐角處必須布點，圍護結構標準段按15 m間距對稱布點。

3)基坑范圍內取三個主斷面，分別對梁、板、邊樁、鋼管樁進行內力監測，除挖孔樁內力監測采用鋼筋計串聯焊接到受力主筋上量測外，其余采用貼應變片量測。

4)為監測擋土結構在各種施工工況下的不穩定因素，以便及時采取相應措施保證施工安全，沿基坑深度方向在挖孔樁表面布設土壓力盒，設點樁位與主量測斷面相對應。孔隙壓力計應與土壓力計對應設置。

5)土壓力盒與鋼筋計按相同的標高一一對應布置。土壓力盒埋設在護壁外側，鋼筋計焊在外側的主筋上。

6)在樁心處預埋測斜導管，深度要求達到底板頂面，預留至樁頂冠梁頂面，澆筑混凝土時，須注意對測斜管的保護，保證測斜管鉛垂向下。

5 一點看法

深基坑采用何種支護形式，一方面要深刻認識各種支護形式的特點，包括其合理性、優點和缺點，另一方面要根據工程周圍環境、主體工程地下結構形式、工程地質和水文地質情況，本著經濟合理、安全可靠的原則進行選擇［5］。

5.1 基礎資料收集

為了選擇合適的支護結構和合理地組織施工，需要對影響基坑支護結構設計和施工的基礎資料，全面地進行收集，并加以深入了解和分析。主要是收集三方面的資料:工程地質和水文地質資料;場地周圍環境及地下管線狀況;地下結構設計資料。

5.2 支護方案的選擇

收集資料完成后，就根據各種支護結構的特點選擇支護方案。一般初選兩個以上方案進行費用估算，從技術經濟角度綜合考慮，最終選定安全可靠、經濟合理的支護形式。由于深基坑施工的特殊性，施工過程中存在大量的不可預見因素，這些因素都從不同的角度對基坑的施工設計提出較高的要求，從而增加基坑工程的施工難度，影響基坑工程的費用，因此選擇支護形式時應綜合考慮以下幾個方面:

1)基坑工程的設計首先要求確保安全，方便施工，同時應盡可能地降低工程費用。基坑支護是基礎施工中一項臨時措施，不是永久性設施，因此設計的安全度不同于永久工程。但是另一方面，深基坑工程和土方開挖，其難度和風險都很大，如果無足夠的安全保證，其后果較為復雜和嚴重。因此設計安全度的選用對基坑工程的技術經濟效果有很重要的影響。設計中應按基坑工程的安全等級，選用相應的重要性參數，使基坑安全可靠、經濟合理。

2)設計支護時要十分重視合理選用土層的粘聚力C，內摩擦角φ指標。實踐證明，土層C，φ值選擇合理與否對基坑支護的安全性和經濟性有很大影響［6］。因此設計時要查清勘察報告中C，φ值的取值標準，并與鄰近工程的勘察資料相比較，按照有關規范的規定合理確定基礎工程土體的C，φ取值。

［1］宋 喆，孫龍權.基坑支護方案的選擇［J］.黑龍江科技信息，2009(21)：20-22.

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程［S］.

［3］劉建航，侯學淵.基坑工程手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，1996.

［4］GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.

［5］鄒鐘輝.淺談深基坑支護方案選擇及注意問題［J］.中小企業管理與科技(上旬刊)，2010(3)：12-13.

［6］朱 俠.淺談深基坑支護方案選擇［J］.知識經濟，2011(11)：46-47.