東怡金融廣場深基坑支護設計案例分析

吳懷生

（中佳勘察設計有限公司，河北 石家莊 050000）

1 工程簡介

合肥東怡金融廣場是一座商用辦公樓綜合體，分為A、B 樓、裙房及地下室，主體建筑A 座為24 層，B 座48 層，裙房1～4 層，主樓框剪結構，裙房框架結構，建筑高度最高為190m，總建筑面積為198710m2。地下停車庫3 層，框架結構，±0.00=13.50m（吳淞高程），-1 層結構標高-6.00m，-2 層結構標高-9.90m，-3 層結構標高-15.25m。主樓筏板基礎，裙樓及地下室獨立基礎。基坑平面尺寸為126.10m×95.75m，基坑周長433.8m，基坑開挖深度為15.65～18.35m，基坑側壁安全等級為一級。

2 工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

場地地形平整，地面標高13.00m（吳淞高程） 左右，地貌型態(tài)屬四里河河漫灘～一級階地地貌單元。

根據(jù)安徽省建設工程勘察設計院提供的《東怡金融廣場巖土工程勘察告》，支護范圍內(nèi)巖土層分布自上而下依次為：

1） 層雜填土：層厚0.40～5.40m，層底標高為8.22 ～13.72m，松散或軟塑～可塑狀態(tài)，含碎磚、石子等建筑垃圾及老房基礎；2） 粉質(zhì)粘土：層底標高為3.30～8.47m，軟塑狀態(tài)，濕，局部地段夾有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；3） 1 層粘土：層底標高為7.23～9.61m，可塑～硬塑狀態(tài)，濕，干強度高； 4）2 層粉質(zhì)粘土：層底標高為5.02～7.51m，軟塑～可塑狀態(tài)，濕，干強度中等； 5） 層粉土：層底標高為0.60～3.01m，稍密～中密狀態(tài)，很濕，干強度低；6） 層粉土夾砂：層底標高為-2.75～0.00m，中密～密實狀態(tài)，濕，干強度低；7） 1 層強風化砂巖：層底標高為-3.29～-0.50m，密實狀態(tài)，稍濕； 8）2 層中風化砂巖：此層未鉆穿，稍濕，屬軟～較軟巖；

巖土層物理力學性質(zhì)如圖（表1）

表1 土層物理力學性質(zhì)

2.2 水文地質(zhì)條件

擬建場地地下水有①、②、③2、④、⑤層土內(nèi)埋藏有潛水型地下水和⑥1、⑥2 層中存在少量裂隙水，地下水較豐富，水位較高，靜止水位標高為11.31～12.19m，主要由大氣降水和地表水滲入補給，并與附近的四里河有水力聯(lián)系。

3 基坑周邊環(huán)境情況

3.1 基坑與周邊環(huán)境的關系

1） 北側距離阜南路14.7m；2） 東側距離合肥市地稅局大樓29.3m，距離地稅局南側5 層商辦樓14.10m。合肥市地稅局大樓22 層，框剪結構，人工挖孔樁基礎。合肥市地稅局一層地下車庫緊臨大樓南側，沿車庫周邊有12m 深0.5m厚粉噴樁止水帷幕。地稅局南側5 層商辦樓沉管樁基礎，樁端吳淞高程約0.70m；3） 西南角距離在建壽春路下穿通道10.2m。在建壽春西路為城市主干道。

3.2 地下管線分布

沿阜南路埋藏有大量地下管網(wǎng)。東側沿紅線有煤氣管道分布。

圖1 基坑與周邊環(huán)境關系

4 基坑支護設計

4.1 設計依據(jù)及原則

1） 支護設計依據(jù)有：《東怡金融廣場總平面圖》，《東怡金融廣場地下車庫結構圖》，《東怡金融廣場巖土工程勘察報告》以及相關的規(guī)范、規(guī)程；2） 設計原理，支護設計必須遵循“安全可靠，經(jīng)濟合理，技術可行，方便施工”的原則，既要確保周邊建筑物、在建道路及地下管線網(wǎng)正常使用，又要經(jīng)濟合理，技術可行，方便施工。本工程基坑周邊環(huán)境條件復雜，基坑支護設計應按變形控制的原則進行設計。

4.2 支護方案設計

1） 地下水處理，對于地下水豐富、水位較高且土層滲透系數(shù)較大的場地，通常采用管井將地下水位降低至基坑底標高以下0.5~1.0m，或采用止水帷幕將地下水封堵在基坑外側，或采用局部管井+局部止水帷幕結合使用以滿足地下室施工需要。管井或局部管井+局部止水帷幕結合使用型式處理地下水均會造成周邊地面較大沉降，地坪開裂，造價較低。采用止水帷幕將地下水封堵在基坑外側，基坑內(nèi)疏干排水可有效周邊地面沉降，但造價較高。根據(jù)本工程周邊環(huán)境條件及土層條件，在支護體系外側設φ600mm 旋噴樁止水帷幕封堵地下水，輔以管井控制止水帷幕外側地下水位，減小支護體系荷載降低造價，且周邊地面沉降滿足周邊環(huán)境要求。

2） 支護結構選型，根據(jù)本工程的具體特點，土釘墻支護或放坡開挖型式不適用，可考慮的支護結構型式有排樁支護中心島開挖地下室施工至地面后周邊內(nèi)支撐逆作法施工剩余地下室結構、排樁+預應力錨桿及排樁+內(nèi)支撐。本工程可選擇的支護型式比較如下：①排樁支護中心島開挖地下室施工至地面后周邊內(nèi)支撐逆作法施工剩余地下室結構：施工難度大，工期長，造價高；②排樁+預應力錨桿：基坑東側緊臨安徽省地稅局高層建筑、地稅局一層地下車庫及五層商住樓，均為樁基礎，西南角緊臨壽春路下穿通道，錨桿沒有施工空間，且場地地基土主要為砂性土，地下水位較高，錨桿施工有較大難度，工程造價相對較高；③排樁+內(nèi)支撐：基坑上部放坡，下部排樁+內(nèi)支撐支護垂直開挖。根據(jù)支護結構內(nèi)力及變形計算結果設置三層內(nèi)支撐體系，施工工藝簡單，支護體系剛度大，控制變形能力好，工程造價相對合理。根據(jù)地區(qū)工程經(jīng)驗，排樁可選用挖孔樁施工工藝。

經(jīng)過多方案技術、安全性及經(jīng)濟比較，本基坑支護結構采用φ1000 挖孔樁（樁間距1.80m） +內(nèi)支撐支護結構型式，支護體系外側設高壓旋噴樁止水帷幕輔+管井降水，基坑內(nèi)管井疏干排水，樁間土旋噴樁支護。支護樁砼強度等級C30，內(nèi)支撐結構砼強度等級C35。坡頂荷載取20KPa。支護設計參數(shù)詳見表一，設計計算時中風化基巖調(diào)整為巖體力學性質(zhì)指標。內(nèi)支撐剛度采用協(xié)同計算結果。典型的支護斷面詳見圖2。內(nèi)支撐平面布置詳見圖3。

5 基坑支護施工簡述

1） 支護施工順序： -2.50m 以上土方開挖→-7.5m 外旋噴樁→挖孔樁、立柱樁→-3.0m 內(nèi)旋噴樁→-降水井→冠梁、第一層支撐→-6.95m 以上土方開挖→第二層支撐→-12.05m以上土方開挖→第三層支撐→-12.05m 以下土方開挖；2） 支護結構施工的同時，基坑監(jiān)測工作也要同時進行，明確周邊建筑物的變形位移，以便及時采取控制措施；3） 土方采取“分層、分區(qū)、分段”開挖，同一分區(qū)內(nèi)支撐體系應一次完成，嚴禁超挖和對支撐結構的破壞。

圖2 典型支護斷面

圖3 支撐平面布置圖

表2 基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)

6 基坑位移監(jiān)測及分析

1） 施工過程基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)

2） 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，由于場地周邊環(huán)境條件復雜，設計要求嚴格控制基坑水平變形量及地面沉降量，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)采集于2009 年2 月5 日基坑體系開始施工至2010 年9 月13日基坑周邊回填土完成時止，沉降預警值10mm，實測沉降最大值5.28mm，垂直段水平位移預警值15mm，實測垂直段水平位移最大值11.40mm，變形曲線呈收斂趨勢。周邊地面無明顯沉降現(xiàn)象，周邊建筑物及道路無明顯裂縫，地下管網(wǎng)運行正常。監(jiān)測結果表明該支護體系安全可靠，達到預期設計目的。

3） 變形的監(jiān)測及分析，采用支撐梁內(nèi)埋設應變片監(jiān)測支撐梁內(nèi)力。

夏季溫度較高時內(nèi)力出現(xiàn)異常，但均在支撐梁軸力設計值范圍內(nèi)。內(nèi)支撐體系安全可靠，達到預期設計目的。

表3 支撐梁內(nèi)力監(jiān)測數(shù)據(jù)

7 點評

1） 大型內(nèi)支撐體系在合肥地區(qū)首次使用，經(jīng)濟合理，安全可靠，為解決安徽地區(qū)地下水豐富、土層條件差、空間狹小且周邊環(huán)境復雜的超大超深基坑設計累了工程經(jīng)驗；2）基坑設計時中風化基巖采用巖體力學性質(zhì)指標較為經(jīng)濟合理；3） 內(nèi)支撐剛度采用協(xié)同計算結果較為合理；4） 基坑監(jiān)測是控制基坑安全的重要手段，是實現(xiàn)信息化施工的關鍵。