復(fù)雜環(huán)境下不規(guī)則深基坑方案剖析

陳永進

（福建省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察研究院，福建漳州363000）

隨著城市開發(fā)建設(shè)和地下空間的發(fā)展，深基坑越來越深，但地面空間越來越受限，基坑周邊環(huán)境復(fù)雜且基坑不規(guī)則，如緊鄰老舊小區(qū)、主干道等，使得深基坑工程在設(shè)計及開挖過程中面臨諸多復(fù)雜問題。

基坑工程屬于危險性較大的工程，巖土理論多，跟個人從事巖土工作的經(jīng)驗相關(guān)性較強，是一個較為綜合性的學(xué)科。因此，在做基坑支護設(shè)計，尤其在復(fù)雜環(huán)境、不規(guī)則深基坑支護設(shè)計中，保證基坑支護和施工安全，選擇一個安全可靠、性價比較高且可實施性較強的方案尤為重要[1]。

本文以福建漳州市薌城區(qū)某基坑支護設(shè)計項目為例，對該項目基坑設(shè)計思路進行分析研究，為類似工程提供借鑒作用。

1 環(huán)境條件

該工程位于漳州市薌城區(qū)，擬建四幢高層建筑物，地上二十一層，地下兩層，地下室建筑面積約15700m2，基坑開挖深度在8.10~16.90m。

基坑為不規(guī)則形狀，現(xiàn)有場地標(biāo)高在14.50~22.70m，高低差較大，擬建基坑與周邊建筑物距離較近，詳見圖1。

圖1 基坑及周邊建筑物位置圖

（1）東北側(cè)為萬新大廈，距離3.30m，地上6層，無地下室，為淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約2.5m；

（2）西北側(cè)為福龍苑小區(qū)，距離在1.70~4.60m，地上7~8層，無地下室，為淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約3.0m；

（3）東南側(cè)為原海事學(xué)校，距離在1.90~3.20m，地上2~4層，無地下室，為淺基，基礎(chǔ)埋深約1.5m。

（4）西南側(cè)為軍分區(qū)干休所，距離一條擬建道路，距離約12m。

2 工程地質(zhì)條件

基坑支護影響范圍內(nèi)巖土分層如下：①雜填土，②粉質(zhì)粘土，③淤泥質(zhì)土，④中砂，⑤殘積粘性土，⑥全風(fēng)化花崗閃長巖，⑦土狀強風(fēng)化花崗閃長巖，其主要參數(shù)詳見表1。

邊坡支護影響范圍內(nèi)巖土分層如下：①雜填土，②粉質(zhì)粘土，⑤殘積粘性土，其主要參數(shù)詳見表1。

表1 巖土層參數(shù)表

擬建場地地下水主要為松散巖類孔隙承壓水、風(fēng)化帶孔孔隙裂隙承壓水和基巖裂隙水。松散巖類孔隙承壓水賦存于中砂中，屬強透水層，但由于中砂呈透鏡體狀分布，所含地下水不豐富。風(fēng)化帶孔孔隙裂隙承壓水，賦存于散體狀強風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強風(fēng)化花崗巖中，由于上部全風(fēng)化花崗巖及殘積粘性土層屬相對隔水層，所以該層的地下水有一定的承壓性，但因埋藏較深且有上部相對隔水層阻隔，對基坑開挖和地下室施工影響不大。

3 基坑支護設(shè)計

本工程基坑支護開挖范圍大，深度較深，場地周邊高差較大，環(huán)境條件復(fù)雜,對基坑變形控制要求高。該項目設(shè)計的主要思路是“周邊建筑物及施工過程安全、節(jié)約成本、便于施工、合理利用現(xiàn)有支護、工法成熟”。經(jīng)研究確定,本方案采用了“多標(biāo)高+降臺階+多參數(shù)”的樁錨支護體系。

3.1 設(shè)計選型

本基坑支護設(shè)計造型是基于基坑周邊環(huán)境特點，同時保證施工周期較短,結(jié)合本工程地質(zhì)、環(huán)境、挖深等諸多因素進行。

（1）本場地北高南低、西高東低，周邊涉及到多個產(chǎn)權(quán)單位，場地正負零零15.50m，現(xiàn)場場地標(biāo)高22.70~14.30m，AD和AJ段存在永久支護的問題，因此本工程即涉及到永久邊坡支護，又有臨時性的基坑設(shè)計，需分別予以設(shè)計支護。

（2）AB、CD、JM段現(xiàn)場已有砌石擋墻及圍墻，但AB段距離基坑線較近且較高，考慮再做一個擋墻邊坡支護，以給基坑支護留足空間。在保證質(zhì)量和安全的前提下，本著節(jié)約造價成本的原因，其余地段邊坡石砌擋墻可以重復(fù)利用。

（3）本工程邊坡設(shè)計原則：高于正負零零以上采用永久邊坡支護設(shè)計，低于正負零零以下采用基坑支護設(shè)計，AD和AJ段存在永久邊坡支護，CD、JM可利用原有砌石擋墻，共需在AB段、BC段、AM新建7.7m、5.7m、5m高的建筑邊坡，并與原有石砌擋墻銜接。

（4）由于本基坑位于市中心位置，基坑面積超大且存大量的陰陽角，這對于基坑支護及其不利，一般在深基坑支護設(shè)計中是最忌諱出現(xiàn)陽角的,其特點是角度拱向坑內(nèi),根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)可知其受力極差。但是在不規(guī)則基坑中,陽角有時又是避免不了的,則必須對其進行處理。常用的方法是有兩種：一是通過在陽角的兩條直角邊上分別設(shè)置對撐將其頂牢；另一種方法是設(shè)置板平面和拉梁[2]。

（5）本基坑周邊建筑物對位移沉降比較靈敏，對基坑變形要求較高，考慮到鄰近坑邊有重點保護的交通及老舊小區(qū),為確保安全,以“位移變形”控制設(shè)計，以內(nèi)支撐設(shè)計為主，基坑坑頂場地標(biāo)高為14.50~16.00m，基坑底高程約5.80m，開挖深度在8.70~10.20m，屬于開挖較深的基坑，因基坑形狀不規(guī)則，采用圓形內(nèi)支撐不理想，根據(jù)基坑形狀，考慮對直角地方采用排樁加內(nèi)支撐形式支護形式，內(nèi)支撐設(shè)計基本原則：①上下各層支撐的軸線盡量在同一豎向平面內(nèi)，豎向相鄰支撐間距不應(yīng)小于3m，當(dāng)采用機械下坑挖土及運輸時不應(yīng)小于4m。②支撐頂面與樓板底面凈距不小于300mm，支撐底面與樓板頂面不小于600mm。最下面一道支撐在不影響底板施工的前提下盡量降低。同時內(nèi)撐需換撐，工況多，復(fù)雜，負二層頂板標(biāo)高10.48m，離底板底4.68m，考慮內(nèi)撐換撐一般設(shè)置在負二層頂板位置，則最底下內(nèi)支撐應(yīng)在負二層頂板以上，一般為了拆除方便，最底下內(nèi)支撐底離負二層頂板頂在1.4m左右，內(nèi)支撐厚0.8m,則最底下內(nèi)支撐頂標(biāo)高在12.70m。負一層頂板頂標(biāo)高14.40m，最底下內(nèi)支撐中心點離負一層頂板頂2.1m左右，如再設(shè)置一層混凝土內(nèi)支撐，對于采用機械下坑挖土及運輸及其不利，不具備在設(shè)置一道內(nèi)支撐的條件，考慮在上部在設(shè)置一道錨索支撐[3]。

3.2 設(shè)計方案

（1）AB段、BC段、AM新建7.7m、5.7m、5m高的建筑邊坡，由于場地限制以及地質(zhì)情況，可選用坡度較大的邊坡支護形式，選用0.1坡度的錨索混凝土擋墻支護形式，分別采用分別采用暗梁板+錨索和排樁+錨索支護形式，新建永久邊坡場地底標(biāo)高設(shè)在15.00m，低于正負零零0.5m，保證擋墻底有充足的埋深，詳見圖2。

圖2 邊坡典型支護剖面圖

（2）根據(jù)地質(zhì)情況，排樁深度范圍土質(zhì)主要為殘積土、全風(fēng)化花崗巖及強風(fēng)化花崗巖，管樁比較不適應(yīng)，采用直徑1200mm的鋼筋混凝土灌注樁。樁頂設(shè)置一道現(xiàn)澆混凝土冠梁，基坑直角邊或門字型采用排樁+內(nèi)支撐，冠梁層根據(jù)周邊建筑物及土層壓力計算是否設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨索，非直角邊直線段采用常規(guī)樁錨設(shè)計，沿基坑開挖深度方向分層設(shè)置水平向預(yù)應(yīng)力錨索。

（3）本工程北高南低、西高東低，東面場地標(biāo)高在14.50m，且坡頂周邊荷載較小，此處冠梁頂標(biāo)高可與內(nèi)支撐頂標(biāo)高一致（12.70m)，內(nèi)支撐可直接頂在冠梁上，無需再做混凝土腰梁，節(jié)省成本，上層采用放坡支護形式即可。西面及北面場地標(biāo)高較高且周邊荷載較大，冠梁頂標(biāo)高設(shè)在正負零零以下0.5m（15.00m)，冠梁頂處增加一道預(yù)應(yīng)力錨索支護，且在負二層頂板以上1.4m采用內(nèi)支撐支護。北面和東面以及西面和東面中間冠梁頂標(biāo)高設(shè)置在14.30m，以起到過渡的作用。因此本基坑支護設(shè)計采用“多標(biāo)高+降臺階+多參數(shù)”設(shè)計，采用排樁+內(nèi)支撐及排樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護。

（4）排樁上的冠梁起到整體效果，本工程采用降臺階設(shè)計，即冠梁標(biāo)高不一致，通常直角邊或者門字型形狀標(biāo)高應(yīng)一致，以使同一標(biāo)高上的冠梁產(chǎn)生整體效果后，兩側(cè)土體的壓力能相互抵消，提高整體支護的效果，詳見圖3。

圖3 基坑典型支護剖面圖

3.3 設(shè)計計算

本工程基坑支護設(shè)計采用理正深基坑7.0PB5進行計算，基坑側(cè)壁安全等級一級，重要性系數(shù)1.1。邊坡支護設(shè)計采用理正巖土計算6.5PB4版，邊坡工程安全等級一級。

根據(jù)計算結(jié)果，開挖深度最大值14.70m，基坑最大位移14.25mm，滿足一級基坑變形要求。邊坡計算最小安全系數(shù)1.423，滿足一級永久邊坡安全系數(shù)要求。

4 圍護結(jié)構(gòu)施工效果分析

本工程于2018年10月10日開始進場施工，先進行邊坡支護，再整平至場地標(biāo)高進行基坑支護施工，至2019年12月4日基坑土方開挖完成，歷時419d，施工過程順利，施工進度快慢主要受天氣和材料供應(yīng)影響。整個基坑支護和土方開挖期間正好經(jīng)過當(dāng)?shù)氐挠昙荆?jīng)建設(shè)單位委托的第三方監(jiān)測結(jié)果表明，從基坑土方開挖至2020年7月基坑回填期間，基坑支護變形和周邊建（構(gòu)）筑變形均未超過設(shè)計預(yù)警值，基坑位移很小，最大水平位移為15mm，最大豎向位移為12mm，基坑側(cè)壁沒有出現(xiàn)滲、漏水現(xiàn)象（見圖4、圖5）。

圖4 基坑支護平面示意圖

圖5 基坑現(xiàn)場圖

5 結(jié)語

本文以漳州市薌城區(qū)某基坑設(shè)計為例,敘述了支護方案選型設(shè)計、復(fù)雜周邊建（構(gòu)）筑物條件下的設(shè)計方案及參數(shù)選取,利用理正深基坑計算軟件對支護結(jié)構(gòu)的強度、基坑位移等進行了設(shè)計計算,對實際實施監(jiān)測成果進行了分析探討，主要結(jié)論如下：

（1）深基坑周圍場地復(fù)雜，高差較大時，可適當(dāng)采用降臺階設(shè)計，選擇分區(qū)支護方案，充分利用現(xiàn)場已有條件，采用多參數(shù)設(shè)計，實現(xiàn)“多標(biāo)高、降臺階、多參數(shù)”的設(shè)計理念，在保證基坑支護安全的同時，節(jié)省工程造價。同時在確定支護方案的時候，應(yīng)優(yōu)先考慮基坑后續(xù)支護及開挖的難易程度，盡可能方便地下室施工，真正實現(xiàn)安全可靠，經(jīng)濟合理，施工方便[4]。

（2）深基坑設(shè)計應(yīng)采用動態(tài)設(shè)計,對于臨近建筑物的預(yù)應(yīng)力錨索及樁基等施工時，應(yīng)注意對施工過程進行及時跟蹤，依據(jù)施工反饋數(shù)據(jù)對設(shè)計文件進行及時調(diào)整，變更設(shè)計方案。