軟土地區(qū)深大基坑分區(qū)支護(hù)的設(shè)計(jì)分析

劉 晨，丘建金，李愛(ài)國(guó)，文建鵬

（深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東 深圳 518028）

軟土地區(qū)深大基坑分區(qū)支護(hù)的設(shè)計(jì)分析

劉 晨，丘建金，李愛(ài)國(guó)，文建鵬

（深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東 深圳 518028）

針對(duì)紅樹(shù)灣物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的深大基坑，根據(jù)周邊環(huán)境、支護(hù)體系受力性能及施工進(jìn)度等因素，采用設(shè)置分坑樁的方式，將整個(gè)大基坑分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的較小基坑進(jìn)行分區(qū)支護(hù)，可為類似基坑工程提供參考。

深大基坑；長(zhǎng)邊效應(yīng)；分坑樁；分區(qū)開(kāi)挖

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，地下空間的利用水平越來(lái)越高［1-2］，基坑工程的面積和深度也越來(lái)越大，從而對(duì)建設(shè)資金投入和施工進(jìn)度安排的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。

深圳市位于華南沿海軟土地區(qū)，其土層具有抗剪強(qiáng)度低、含水量高等特征，在該區(qū)域進(jìn)行深大基坑開(kāi)挖，更需進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致地設(shè)計(jì)，方能保證其自身及周邊環(huán)境的安全。

文章以深圳灣片區(qū)的紅樹(shù)灣物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（即深灣匯云中心項(xiàng)目）基坑工程為例，重點(diǎn)介紹了采用設(shè)置分坑樁的方式將整個(gè)深大基坑劃分為相對(duì)獨(dú)立的較小基坑進(jìn)行分區(qū)支護(hù)，以滿足對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)要求和適應(yīng)建設(shè)開(kāi)發(fā)進(jìn)度的安排。

1　工程概況

紅樹(shù)灣物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目位于深圳灣南側(cè)，東臨深灣二路，南臨白石四道，西臨深灣一路，北臨白石三道。擬建項(xiàng)目用地面積約5.4萬(wàn)m2，為兼具休閑及交通功能的大型綜合體項(xiàng)目。

1.1周邊環(huán)境

該項(xiàng)目基坑大致呈較不規(guī)則的四邊形，支護(hù)周長(zhǎng)約966m，基坑開(kāi)挖深度為12.34～20.08m。周邊環(huán)境極其復(fù)雜，西南側(cè)地下室邊線距離地鐵11號(hào)線隧道邊線僅4.4～6.8m，南側(cè)（除西南側(cè)）地下室邊線緊貼9號(hào)線與11號(hào)線換乘車站，東北側(cè)地下室邊線距離地鐵2號(hào)線隧道邊線約12～28m，西北側(cè)緊鄰地鐵2號(hào)線車站（局部位置緊鄰下沉廣場(chǎng)）。具體可見(jiàn)圖1。

圖1　基坑周邊環(huán)境圖

1.2建筑塔樓布局及建設(shè)開(kāi)發(fā)進(jìn)度

根據(jù)本項(xiàng)目的建筑規(guī)劃，場(chǎng)地的西側(cè)主要為6座住宅樓，其地下室層數(shù)為三層。場(chǎng)地的東側(cè)主要為一座超高層寫(xiě)字樓及LOFT公寓，其地下室層數(shù)為四層。其中，場(chǎng)地西側(cè)的開(kāi)發(fā)進(jìn)度較為急迫，完工時(shí)間預(yù)定要比東側(cè)提前一年。

2　基坑分區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1分區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)

本基坑西側(cè)和東側(cè)的支護(hù)深度不同且施工進(jìn)度要求不一致。為了保證兩邊的基坑能夠相對(duì)獨(dú)立的進(jìn)行開(kāi)挖，應(yīng)在深度分界線處設(shè)置一排分坑樁，使得西側(cè)和東側(cè)的基坑互不影響［3］。

同時(shí)，基坑的變形具有長(zhǎng)邊效應(yīng)，即基坑在開(kāi)挖過(guò)程中，其長(zhǎng)邊的中點(diǎn)變形位移往往是最大的。本基坑北側(cè)長(zhǎng)邊的中點(diǎn)，正好緊貼地鐵二號(hào)線紅樹(shù)灣車站與盾構(gòu)隧道的交界處，為最薄弱和敏感的部位。而通過(guò)設(shè)置分坑樁，可增加該區(qū)域的圍護(hù)剛度，能盡量地減小地鐵結(jié)構(gòu)的變形位移以符合保護(hù)要求。

因此，針對(duì)本基坑的需求和特點(diǎn)，應(yīng)在基坑三層與四層地下室交界處設(shè)置一道分坑樁，使得東側(cè)和西側(cè)兩個(gè)相對(duì)較小的基坑能獨(dú)立施工互不影響且減小地鐵結(jié)構(gòu)的變形。西側(cè)基坑的內(nèi)支撐根據(jù)幾何形態(tài)和塔樓位置采用角撐型式，東側(cè)基坑的內(nèi)支撐根據(jù)幾何形態(tài)和塔樓位置采用圓環(huán)撐型式。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置如圖2所示。

圖2　基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置圖

2.2分坑樁的型式

本分坑樁首先應(yīng)在西側(cè)基坑開(kāi)挖時(shí)起到擋土作用，同時(shí)能夠承受東側(cè)基坑施工時(shí)所造成的不平衡內(nèi)力分布，且需具有較大的剛度以能控制變形位移。結(jié)合以上因素，分坑樁采用鋼筋混凝土灌注樁的型式，樁徑為1.2m，間距為1.5m。

2.3分區(qū)支護(hù)施工的工況

本基坑分區(qū)施工的工況主要有：①基坑整體開(kāi)挖至冠梁底并施工冠梁；②基坑整體開(kāi)挖至第一道支撐底標(biāo)高，西側(cè)基坑施工第一道支撐梁；③西側(cè)基坑開(kāi)挖土方至第二道支撐底標(biāo)高且施工第二道支撐梁，東側(cè)基坑施工完畢第一道環(huán)撐；④西側(cè)基坑開(kāi)挖至坑底標(biāo)高，東側(cè)基坑開(kāi)挖土方至第二道環(huán)撐底標(biāo)高；⑤西側(cè)基坑施工完畢底板，東側(cè)基坑施工完畢第二道環(huán)撐；⑥西側(cè)基坑施工完畢地下室負(fù)三層結(jié)構(gòu)，東側(cè)基坑土方開(kāi)挖至第三道環(huán)撐底標(biāo)高；⑦西側(cè)基坑拆除第二道支撐，東側(cè)基坑施工完畢第三道環(huán)撐；⑧西側(cè)基坑施工完畢地下室負(fù)二層結(jié)構(gòu)，東側(cè)基坑往下開(kāi)挖50%的土方；⑨西側(cè)基坑拆除第一道支撐，東邊基坑土方開(kāi)挖到底；⑩西側(cè)基坑施工地下室負(fù)一層結(jié)構(gòu)，東邊基坑施工完畢底板；Q11東側(cè)基坑施工完畢地下室負(fù)四層結(jié)構(gòu)，拆除第三道環(huán)撐；Q12東側(cè)基坑施工完畢地下室負(fù)三層結(jié)構(gòu)，拆除第二道環(huán)撐；Q13東側(cè)基坑施工完畢地下室負(fù)二層結(jié)構(gòu)，拆除第一道環(huán)撐；Q14東側(cè)基坑施工完畢地下室負(fù)一層結(jié)構(gòu)。

在諸工況中，對(duì)于分坑樁內(nèi)力影響較大的主要為工況⑤～工況⑨，剖面圖見(jiàn)圖3～圖7。

3　相關(guān)的計(jì)算分析

工況⑤～工況⑨對(duì)于分坑樁的內(nèi)力影響較大，其中尤其以工況⑦和工況⑨，由于西側(cè)基坑的支撐拆除完畢而相鄰的結(jié)構(gòu)樓板尚未施工，導(dǎo)致基坑兩側(cè)傳遞至分坑樁的外力極其復(fù)雜，使得分坑樁的剪力和彎矩增大，為不利工況。

為保證基坑的安全性，對(duì)不利工況進(jìn)行計(jì)算分析。將分坑樁視作豎向連續(xù)梁，東側(cè)基坑內(nèi)支撐傳過(guò)來(lái)的支點(diǎn)反力視為已知的集中力，西側(cè)基坑底板及樓板視作支座，以此來(lái)計(jì)算分坑樁及底（樓）板的內(nèi)力。

3.1不利工況一（即工況⑦）計(jì)算分析

在該工況下，東側(cè)基坑的第三道環(huán)撐剛施工完畢土方尚未繼續(xù)往下開(kāi)挖，所以第三道環(huán)撐的支點(diǎn)反力極小，主要考慮第一道環(huán)撐和第二道環(huán)撐的支點(diǎn)反力，內(nèi)力包絡(luò)圖見(jiàn)圖8。

由于分坑樁之間的間距為1.5m以及東側(cè)基坑支撐之間的間距約為9m，故每根分坑樁所受到的東側(cè)基坑傳遞的第一道和第二道集中力分別為（3190/9）×1.5=532kN，（5196/9）×1.5=866kN。

再將西側(cè)基坑的樓板結(jié)構(gòu)與分坑樁的連接點(diǎn)視作支座，利用理正結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算分坑樁內(nèi)力（見(jiàn)圖9）。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖10。

由以上計(jì)算結(jié)果可知，分坑樁在該工況下所受到的最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為1190kN.m。

3.2不利工況二（即工況⑨）計(jì)算分析

該工況下東側(cè)基坑的內(nèi)力包絡(luò)圖見(jiàn)圖11。

每根分坑樁所受到的東側(cè)基坑傳遞的第一道、第二道和第三道集中力：

再將西側(cè)基坑的樓板結(jié)構(gòu)與分坑樁的連接點(diǎn)視作支座，分坑樁兩側(cè)存在落差的土體視作荷載，利用理正結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算分坑樁內(nèi)力（見(jiàn)圖12）。

計(jì)算結(jié)果如圖13所示。

由以上計(jì)算結(jié)果可知，分坑樁在該工況下所受到的最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為1584kN.m。

根據(jù)以上不利工況的計(jì)算，對(duì)D1.2m@1.5m的分坑樁采用22根HRB400的D32鋼筋的配筋型式。

圖3　工況五剖面示意圖

圖4　工況六剖面示意圖

圖5　工況七剖面示意圖

圖6　工況八剖面示意圖

圖7　工況九剖面示意圖

圖8　工況⑦內(nèi)力包絡(luò)圖

圖9　工況⑦幾何尺寸及荷載標(biāo)準(zhǔn)值簡(jiǎn)圖（單位mm）

圖10　工況⑦選筋簡(jiǎn)圖

圖11　工況⑨內(nèi)力包絡(luò)圖

圖12　工況⑨幾何尺寸及荷載標(biāo)準(zhǔn)值簡(jiǎn)圖（單位mm）

圖13　工況⑨選筋簡(jiǎn)圖

4　結(jié)束語(yǔ)

本基坑工程于2014年12月開(kāi)始施工，目前西側(cè)基坑已基本回填完畢，而東側(cè)基坑已接近開(kāi)挖到底。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)狀況的反饋，分坑樁受力狀況良好，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形符合規(guī)范要求，分區(qū)支護(hù)效果良好。本工程實(shí)踐證明：①在軟土地區(qū)進(jìn)行深大基坑的開(kāi)挖，若受制于施工進(jìn)度及變形要求等制約，可考慮采用分坑樁將整體大基坑分隔為相對(duì)較小的基坑進(jìn)行分區(qū)支護(hù)，以方便獨(dú)立施工且控制位移變形。②對(duì)于分坑樁的設(shè)計(jì)，須考慮不同工況下的內(nèi)力變化，以保證安全性的要求。

［1］劉晨，張季超.基坑開(kāi)挖對(duì)下方地鐵隧道結(jié)構(gòu)影響的分析［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010，6（z1）.

［2］張季超，劉晨，等.廣州珠江新城地下空間關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究［J］.工程力學(xué)，2010，12（S2）.

［3］劉晨，丘建金，等.軟土地區(qū)臨近地鐵車站的深大基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型分析［J］.廣東土木與建筑，2016，（1）.

Design Analysis of Division Supporting for A Deep and Large Foundation Pit Nearby Subway Station in Soft Soil Area

Liu Chen，Qiu Jianijn，Li Aiguo，Wen Jianpeng
（Shenzhen Geotechnical Investigation &Surveying Institute Co.，Ltd，Gongdong Shenzhen 518028）

In view of the property development project of Hongshuwan foundation pit engineering and according to the surrounding environment， support system mechanical performance and construction schedule， a division supporting pattern used by septation pile make the whole foundation pit divide into two relatively small and independent foundation pit， which can plays an important role in establishing relevant influence evaluation standard.

deep and large foundation pit；long side effect；septation pile；partitioning excavation

TV551.4

A

1671-3818（2016）09-0033-04

劉晨（1985-），男，江西南昌人，碩士研究生，注冊(cè)土木工程師（巖土），從事巖土工程的設(shè)計(jì)和研究。