緊鄰民用建筑的深大基坑圍護設計與施工分析

張麗麗

上海市建工設計研究總院有限公司 上海 200235

隨著當前城市地下空間的開發，基坑工程正向著大規模、大深度發展，由此帶來的基坑圍護體系也越來越復雜，單一的圍護形式不足以滿足基坑工程施工對安全、經濟以及工期進度等的需求。因此，針對不同的周邊環境進行區別對待，采用多種組合式圍護結構體系[1-2]，才是經濟合理的選擇。

以湖南某一棚戶區改造項目基坑工程為例，介紹了在基坑圍護設計過程中，針對不同的周邊環境采取的不同的支護結構進行分析，并根據現場情況評價其實施效果，以期為類似工程施工提供參考。

1 工程概況及周邊情況

1.1 工程概況

本項目位于湖南省永州市冷水灘區，中興路與湘江東路交會處東北角，永州市政府南側。該項目包括6棟17～33層住宅和1棟2～5層商業配套用房及2層地下室。基坑形狀不規則，開挖面積約39 800 m2，周長約886 m（東西向長約280 m，南北向寬約175 m）。至大地庫基礎承臺底挖深9.70 m，至坑邊號樓基礎梁底挖深10.2 m。地庫集水井相對地庫底板落深1.30 m，號樓內集水井、電梯井等落深2.00～3.40 m。

因基坑大面積挖深9.70 m，根據行業標準《建筑基坑支護技術規程》相關規定，基坑安全等級為二級。

1.2 周邊環境概況

本項目北側為永州市人民政府及已建建筑，東側為市政府宿舍區及在建民房，南側為市政道路中興路，西側為市政道路湘江東路。

東側環境詳述如下：東側北段為市政府宿舍區6層建筑，樁基礎，開挖邊線距用地紅線最近6.71 m，紅線外最近5.68 m即為市政府宿舍區建筑（位于1倍基坑挖深范圍以內）。東側南段為在建5層民用建筑，樁基＋承臺基礎，φ400 mm長螺旋鉆孔灌注樁，樁長約14.00 m，開挖邊線距用地紅線最近4.84 m，紅線外最近2.50 m即為民用建筑（位于1倍基坑挖深范圍以內）。

綜上，本基坑位于市政府大樓前，其重點保護對象為東側已建市政府宿舍樓與在建民房、南側及西側市政管線等。

1.3 地質概況

1.3.1 地層情況

擬建場地地貌屬湘江Ⅱ級階地沖洪積地貌。場地原為居民區，現已拆遷平整。各勘探孔地面絕對高程在96.79～103.51 m之間，相對高差約為7.00 m。

本基坑開挖深度范圍內涉及的地層主要有①1路面基礎、①人工填土、②粉質黏土、③粉土、④卵石、⑤強風化泥質粉砂巖等，基底主要位于④層。

1.3.2 地下水分布情況

擬建場地地下水主要為松散巖類孔隙水，主要賦存于④層中，具承壓性，水量豐富。地下水主要接受大氣降水和湘江側向補給，以側向補給鄰區、蒸發、民井等形式徑流、排泄。水位隨季節性變化較大?？辈鞙y得其穩定水位埋深為0.25～6.72 m，相當于絕對高程96.408～97.960 m，水位年變化幅度為2～3 m。

此外，強-中風化基巖風化裂隙中可能存在基巖裂隙水，多具承壓性，主要由第四系層中的地下水、區域地下水通過上覆土層、巖層裂隙下滲補給，其水量大小受巖體內節理裂隙的發育程度、連通性影響，未形成連續水位面，地下水賦存不均一。

2 基坑圍護方案

2.1 基坑特點

1）基坑開挖深度較深（大面積開挖深度8.9～10.2 m），開挖面積較大（約4.0萬 m2）。

2）基坑北側為市政府大樓，基坑東側為已建市政府宿舍區和民用建筑（在1倍的開挖深度范圍內），西側和南側為市政道路和管線（在1～2倍的開挖深度范圍內），對位移要求嚴格，總體保護要求較高。

3）場地內①層狀態松散，組成較雜，基礎開挖時需清除?；娱_挖的坑底為滲透性系數較大的粉土、卵石層，圍護設計需采取合理的止水和坑內降水措施[3-5]。

2.2 圍護方案總體思路

2.2.1 圍護結構選型分析

基坑西北、東北及東南三側基坑挖深9.70～10.20 m，用地紅線與基坑邊線距離5.50～9.40 m，坑外為道路或建筑，結合基坑形狀，采用φ1 000 mm灌注樁＋鋼筋混凝土角撐進行支護，灌注樁間距1 400 mm，有效樁長16.0 m，樁底進入強風化泥質粉砂巖至少0.5 m。

東側中段坑外約4.8 m為在建6層民房[6-7]，基礎形式為φ400 mm長螺旋鉆孔灌注樁。為控制民房變形，常規做法為灌注樁＋鋼筋混凝土對撐，但本基坑形狀不規則，東西向長約280 m，支撐下須設置較多立柱樁，工期長且造價高。通過與業主及施工單位溝通，結合現場實際情況及當地地層特點，采用雙排灌注樁門架＋坑內鋼斜撐的支護形式。一般斜拋撐為直接撐在先期澆筑的底板上，考慮本項目環境的特殊性及斜撐下土方開挖的方便性，設計將斜拋撐撐至先期施工的結構柱及樓板上。雙排樁采用φ1 000 mm灌注樁，間距1 400 mm，排距3 000 mm，有效樁長16.0 m。

基坑其余部位距離紅線較遠，坑外為道路或空地，采用φ1 000 mm灌注樁＋2道預應力錨索的支護形式。灌注樁間距1 400 mm，有效樁長16.0 m；錨索長度18.0～25.0 m，成孔直徑150 mm，傾角30°，水平間距2.80 m，豎向間距3.90 m，采用3φ15.2 mm的1×7高強度低松弛預應力鋼絞線。

2.2.2 止水帷幕選型分析

考慮湖南當地水文特點，場地內④層土含水量豐富，設計采用長16.0 m的φ1 000 mm高壓旋噴樁進行灌注樁樁間止水，同時灌注樁進入⑤層強風化泥質粉砂巖不少于0.5 m，樁端2.0 m為素混凝土段，與高壓旋噴樁底標高一致，樁長為16.0 m，保證止水的連續性與有效性。

2.3 東側民房處斜拋撐區域施工工況

為減小基坑開挖對民房的不利影響，考慮基坑開挖的時空效應，分2區先后施工（圖1），先進行1區土方開挖，待1區樓板、結構柱施工完成且架設好鋼斜撐后，再開挖2區[8]。

圖1 東側民房處基坑分區示意

施工順序為：施工灌注樁、高壓旋噴樁等→采用深井降水，降至基底下0.5～1.0 m→開挖第1皮土方，施工鋼筋混凝土圈梁及連梁，養護達到設計強度的80%后進行下一層土方開挖→坑內留土放坡至斜拋撐撐角部位，施工斜撐撐角以西的底板→先期施工的底板區域繼續向上施工至B1板（－5.90 m）標高處，完成B1板及混凝土牛腿的施工→待B1板及混凝土牛腿達到設計強度的80%后，架設φ609 mm×16 mm鋼管斜撐→開挖斜撐下坑邊預留土坡→施工斜拋撐區域墊層、底板及傳力帶1→繼續向上施工地下室外墻、柱、中樓板和傳力帶2，并與先施工區域的樓板連成整體→待中板和傳力帶2混凝土達到80%設計強度后，拆除斜拋撐→施工地下室結構至±0 m。

3 基坑開挖對既有民房的影響分析

3.1 數值模型建立

考慮到分析問題的合理性和計算速度，采用巖土工程專業二維平面應變有限元模型進行基坑開挖過程的有限元數值模擬[9-10]。

在基坑圍護結構分析過程中，對不同分析對象采用不同的單元類型和本構關系，詳見表1，由于基坑周邊行走土方車輛，采用均布面荷載來模擬基坑周邊超載，荷載為20 kPa。

表1 分析單元類型與本構模型

3.2 計算結果分析

有限元分析結果顯示，基坑圍護墻側向變形值23.9 mm，引起的地面沉降為13.5 mm（表2），根據GB 50497—2019《建筑基坑工程監測技術標準》相關規定，支護結構側向水平位移限值為30 mm，地面沉降限值為25 mm，基坑開挖安全性得到了保證。

表2 基坑圍護結構計算變形值

基坑距民房基礎邊線最近4.8 m（位于2倍基坑挖深范圍以內），由于開挖引起的民房水平與豎向變形均在20 mm以內，整體最大傾斜在0.3%以內，基坑開挖對民房的影響可控。

4 工程實施效果

根據最終監測數據，圍護墻體最大深層水平位移為22.5 mm，民房沉降累計值為12.5 mm，符合民房保護要求，達到了預期的保護目標。

5 結語

以湖南永州某鄰近市政府大樓及在建民房的深基坑為背景，圍護設計選用了樁＋錨、樁＋混凝土支撐（局部斜拋撐）的多種組合支護形式。經實施，本工程較好地確保了基坑東側民房建筑的結構安全，且保證了圍護結構的經濟性。主要結論如下：

1）在緊鄰保護建筑的場地內進行基坑施工，應提前對已有建筑進行詳細的調研，收集了解其結構形式及變形控制要求等，制訂相應的保護措施。

2）通過前期策劃和溝通，針對不同的周邊環境，結合基坑自身形狀，從圍護源頭進行優化設計，使得圍護設計本身適用于本工程，且滿足了業主對施工進度和經濟效益的需求。

3）本工程施工工序與設計相符合，保證了基坑開挖施工的安全性，保護了周邊環境，可為今后類似工程項目的實施提供一定的參考。