相鄰不對稱超深基坑支護設計探討

游 灝

(廈門大學嘉庚學院土木系 福建廈門 361026)

1 基坑工程概況及水文地質條件

1.1 基坑工程概況

在建A項目與B項目場地位于福建省泉州市豐澤區東海片區。A項目位于西側，B項目位于東側。在建A項目是1棟塔樓26層建筑，設3層地下室，主體結構工程樁采用(沖)鉆孔灌注樁，基坑開挖深度為14.93m～16.43m，A基坑平面形狀為平行四邊形68 m×104 m。在建B項目是1棟31層建筑，設4.5層地下室，主體結構工程樁采用人工挖孔樁，基坑開挖深度為19.00m，B基坑平面形狀為平行四邊形60m×85m。A、B深淺坑高差 4.07m。

1.2 基坑周邊環境

工程地下室四周南側為現有濱海街市政道路，西側為現有泉泰路市政道路，東側現狀為空地，北側為在建的泉州銀行(主體封頂)，兩基坑周邊環境及相對平面位置關系，具體如圖1所示。

圖1 A(左)B(右)基坑總平面及內支撐布置圖

1.3 土質條件

根據A、B項目的巖土工程勘察報告，在建場地位于泉州灣海岸帶上，地貌上屬海灣沖淤積階地。場區各土層分布自上而下分別為：①雜填土，②中細砂，③淤泥，④含泥中砂，⑤粉質粘土，⑥殘積砂質粘性土，⑦全風化花崗巖，⑧散體狀強風化花崗巖，⑨碎塊狀強風化花崗巖。各土層物理力學指標,如表 1所示。

位于 A、B基坑相鄰兩側的典型地質剖面圖，如圖2所示。

表1 各土層物理力學指標

圖2 相鄰兩基坑典型的地質剖面圖

1.4 地下水情況

根據鉆探揭露，勘探深度范圍內地下水類型主要分為場地上部地下水為賦存于填石、中細砂孔隙中的潛水，與穩定水位較為一致，埋深在0.50m～1.50m；中部為賦存于含泥中砂層孔隙中的承壓水，穩定水位埋深 4.00m左右；下部為花崗巖風化巖層孔隙～裂隙中的承壓水，穩定水位埋深在3.00m～4.50m。勘察后統一量測的地下水穩定水位埋深在 0.20m～3.70m。

1.5 土層滲透性

根據對淺部土層進行的綜合垂直滲透系數測試，得到淺部填石、中細砂層的滲透系數一般為1.00×10-2～6.21×10-3cm/s，淤泥層的滲透系數6.54×10-7cm/s，由表1可看出，場地淺部填石、中細砂層富水性好，強透水性土層，同時存在相對滲透性較小的淤泥層，影響豎向滲透層的均勻性。

中部含泥中砂層的滲透系數5.71×10-3cm/s,富水性好。

下部為花崗巖風化巖層孔隙～裂隙中的承壓水層。

2 兩基坑設計方案所遇問題

2.1 相鄰基坑支護方案

(1)A基坑支護結構體系設計采用1000@1300混凝土灌注樁加3道鋼筋混凝土水平內支撐支護的結構體系；坡頂放坡部分采用土釘墻支護，樁間采用掛網噴射混凝土護面。該工程地下水控制方法采用基坑周邊設置850@600連續套打的三軸攪拌樁止水帷幕，坑內采用集水明排結合降水井排水的形式。基坑支護典型剖面圖如圖3所示。

圖3 A基坑典型支護剖面圖

(2)B基坑支護結構體系設計采用ф100@1300旋挖灌注樁加三道鋼筋混凝土水平內支撐支護的結構體系；坡頂放坡部分采用土釘墻支護，樁間采用掛網噴射混凝土護面。該工程地下水控制方法采用基坑周邊設置3ф850@600連續套打的三軸水泥攪拌樁止水體系，坑內采用集水明排結合降水井排水的形式。基坑支護典型剖面圖如圖4所示。

圖4 B基坑典型支護剖面圖

2.2 兩基坑設計方案所遇問題

A項目完成項目施工招標，B項目完成樁基先行施工招標，兩個項目工程基坑圍護工程須解決好以下關鍵問題：

(1)兩邊相鄰3層和4.5層深的基坑圍護樁之間將留下寬度約為5.70m～10.00m，長約88.00m的土體，如何減少和控制在不對稱開挖超深條件下兩基坑相鄰土體的土壓力與基坑變形效應，是首先要解決的關鍵問題。

(2)A項目工程樁是沖孔樁，B項目工程樁是人工挖孔樁；沖孔樁是在場地平面作業，人工挖孔樁是在基坑底部平面開始作業；A工程沖孔樁在作業時產生的孔隙水壓力對B基坑施工的影響，是必須解決的重要問題。

2.3 解決方案

為解決上述問題，經專家討論形成以下兩個方案。

2.3.1第一解決方案：共坑方案

將兩基坑相鄰土體挖去，兩個基坑合并為一個大基坑，形成一個共坑；同時調整3道內支撐高度；統一圍護樁和工程樁型。

2.3.2第二解決方案：內支撐對頂方案

采用高壓旋噴樁加固兩基坑相鄰土體，將兩邊第一道內支撐調整到一直線上，兩邊冠梁通過連系梁連接的方法，形成兩邊內支撐對頂方案。

2.3.3方案評估及決策

兩個解決方案的優劣情況比較和分析。

第一解決方案優勢：①挖去相鄰兩基坑共有土體，無須考慮在不對稱開挖超深條件下兩基坑相鄰土體的土壓力與基坑變形效應；②兩基坑各省去一排支護樁的施工，各節省造價約260萬元和300萬元；③無須考慮基坑相鄰土體的加固，加固費用約220萬元。

第一解決方案劣勢：①需要調整工程統一樁型，必有一方設計與施工在施工工藝和造價上都需做出調整，影響雙方進度；②兩基坑支護工程量和地下室層數不同，A基坑竣工后須等B基坑竣工時才能拆撐，必會耽誤A項目施工進度；③A、B項目兩業主的主營業務存在競爭關系，難以協調兩項目工期目標。

第二解決方案優勢：①雙方可按自己的項目目標，組織各自的設計與施工作業；②雙方無須增加協調成本；③基本解決兩基坑遇到的兩個問題。

第二解決方案劣勢：①需要增加成本220萬元；②需要評估不對稱施工條件下的拆撐效應。

經過認真討論和評估，兩家業主單位為了實現各自組織目標，做出決定：采用第二解決方案。

3 基坑圍護設計措施

3.1 兩基坑相鄰土體加固措施

為控制在不對稱開挖超深條件下兩基坑相鄰土體的土壓力與基坑變形效應，增強相鄰土體的整體剛度，兩側冠梁通過連梁連接，同時將兩側內支撐調整到一條直線上，形成兩邊內支撐對頂格局，如圖5所示。

圖5 相鄰土體加固連梁布置圖

為解決沖孔樁產生的空隙水壓力對相鄰基坑支護施工的影響，在相鄰土體內采用高壓旋噴樁加固,增強了土體的抗剪能力，如圖6所示。

圖6 土體加固高壓旋噴樁布置圖

3.2 兩個基坑的相互影響

2個業主與2個總包施工單位對基坑開挖和施工工期有不同需求，要解決好不同步施工條件下的開挖工況設計和拆撐措施。

為了研究相鄰A、B兩基坑施工過程中相互影響，以便指導設計與施工作業，兩項目業主委托設計院計算分析相鄰A、B兩基坑結構構件的荷載效應及變形情況。設計院采用巖土結構通用有限元分析軟件Midas GTS NX(New Experience of Geo-Technical Analysis System)進行A、B基坑工程建模、施工階段工況分析、各工況計算工作。從各施工階段計算結果可以看出：

(1)隨著基坑的開挖，圍護墻的側移逐漸增大。在所有的開挖工況中，A基坑圍護墻X方向的最大位移為30.66mm，B基坑圍護墻 X方向的最大位移為 26.49mm。這個側向位移值在規范允許和安全范圍以內。

(2)兩個相鄰基坑不對稱開挖時，相鄰側A基坑圍護墻最大側移為8.18mm，B基坑圍護墻最大側移為 11.39mm，由于中間土體加固，使其土壓力變小，減少了土壓力對兩側圍護墻的作用力，由于土壓力作用力方向與連梁受壓方向相反，因此對連梁壓力的抵消作用減少，故其軸向壓力反而較大。

(3)在B基坑施作人工挖孔樁與地下室底板期間，A基坑按正常工序進行拆撐時，計算得到的圍護墻側向位移均在允許范圍，因此，在B基坑施作人工挖孔樁與地下室底板期間， A基坑按正常工序進行拆撐是安全穩定的。

4 基坑監測

按照規范要求，兩項目在基坑開挖過程中進行了全過程的監測，基坑相鄰土體深層水平位移、支撐軸力、地表沉降及內支撐應力等項目累計值均在設計警戒值之內，A、B基坑不同步竣工，如圖7所示。

圖7 兩基坑竣工現場實拍圖

A基坑相鄰側土體深層土體及圍護墻水平側移累計最大值為33.56 mm，其坡頂水平位移累計最大值為26.3mm；A基坑西側3個觀測點S18、S19、S20累計值超出設計警戒值30mm，觀測點S19水平位移累計值最大，數值為35.8mm，變形速率正常。B基坑相鄰側土體深層土體及圍護墻最大水平側移累計值為31.43mm，其坡頂水平位移累計最大值為26mm；B基坑東側觀測點S5累計值超出設計警戒值30 mm，數值為32mm，圖8為B基坑在A基坑拆除最上一道內支撐時相鄰圍護墻上2個觀測點實測深層變形曲線示意圖可以看出，變形速率正常，基坑圍護墻側移滿足相關規范與規定要求。

現場開挖過程中圍護側壁基本無滲漏，坑底無突涌現象，土應力變化在監測范圍內，周邊環境道路正常使用，表明項目的圍護技術措施針對性強，控制到位。

圖8 測斜管5、6點實測深層變形曲線圖

5 結語

該工程為目前福建省泉州市區最深的基坑工程，周邊環境復雜，如何減少和控制相鄰超深基坑不對稱開挖時的土壓力與基坑變形效應，是要解決的關鍵問題。本文詳細介紹了相鄰兩基坑工程概況和特點，圍護措施和設計方案，不對稱開挖條件下的內力變形計算結論，基坑現場監測等，對類似基坑工程設計與施工具有較好的參考借鑒作用。

參考文獻

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