非對稱受力條件下的深基坑支護設計與實施經驗

任 東

（西安世園城市開發建設有限公司，陜西 西安710024）

1 工程概況

某開發區位于國家級開發新區中心商務區的核心地帶，東、西、南三面由某河下游的彎道圍合呈“半島”狀，總規劃建筑面積約900萬m2。其中中央商務區起步區位于該區域中西部，總規劃建筑面積約200萬m2。起步區一期包含十四個地塊（項目）同步開發，分別為特大型金融寫字樓、酒店式公寓，以及國際會展中心等，每個地塊均設置三～四層地下室，地塊間為地下商業街或者通過地下連通道相連接。根據開發流程，上述十四個地塊同時開發，地下結構完成后實施南、北車庫。其中南車庫（3-30地塊）位于地下結構已經實施完成的3-25、3-26地塊南側，基坑東西向233 m，南北向116 m，周長約700 m，占地面積2.8萬m2；整體設置四層地下室，基坑開挖深度18.2 m，如圖1所示。除北側緊鄰已施工完成的建筑物外，東側、南側及西側均為空曠場地，3倍基坑深度范圍內無建筑物。

圖1 基坑相對位置及開挖深度示意圖

2 基坑支護設計

2.1 場地工程地質及水文地質

擬建場地為空地，地勢較平坦，屬沖積、海積低平原。兩地塊地質條件相近，土層自上至下依次為人工填土層（雜填土、素填土）、第Ⅰ陸相層（黏土）、第Ⅰ海相層（淤泥質黏土、粉質黏土、淤泥質黏土、粉質黏土）、第Ⅱ陸相層（粉質黏土）、第Ⅲ陸相層（粉土、粉砂）及第Ⅱ海相層（粉砂）[1]。其中場地淺層分布的較厚的高含水量、高壓縮性極軟弱的淤泥質黏土對支護結構受力不利。各土層物理力學性質指標詳見表1所列。

表1 場地內主要土層物理力學指標統計表

場地上層為潛水含水層，靜止水位埋深約1.0 m；承壓水含水層位于地下25～60 m范圍內的粉土、粉砂層，經實測水頭埋深約9.0 m，基坑抗突涌穩定性計算滿足規范要求，無須對承壓水采取處理措施。

2.2 工程重點、難點分析

該工程屬超大、超深基坑，地質條件復雜，地下水位高且開挖范圍內分布有深厚的軟土層。如何保證基坑工程的順利實施并降低基坑開挖對周邊環境的影響是基坑支護設計要解決的重點問題。

根據圖1可知，該工程地下室與北側地塊的地下結構緊鄰，該地塊地下三層，埋深淺于該工程，且已施工完成。設計及實施階段需考慮北側支護結構無土壓力導致的南北向受力不均問題；同時，止水帷幕無法閉合導致的滲漏水風險也是該工程需要解決的難點。

2.3 基坑支護設計方案

結合前期項目的實施經驗、工程地質及周邊環境條件并針對要解決的重點和難點問題，基坑支護設計從擋土結構、止水帷幕及水平支撐三方面進行選型分析、對比并確定設計方案。

（1）擋土結構：考慮該工程基坑開挖深度大，土層力學指標差及東、南、西三側空曠等因素，對地下連續墻和鉆孔灌注樁兩方案分別進行計算和經濟性分析后，確定采用變形相對較大但造價較低的鉆孔灌注樁作為擋土結構。其中，北側緊鄰施工完成的3-25、3-26地塊，利用現有支護樁。

（2）止水帷幕：基坑開挖深度18.6 m，結合地層條件及施工機械能力，該工程東、南及西側采用三軸攪拌樁作為止水帷幕，樁長26 m，隔斷含水層。考慮到北側地塊地下室外側有完整的止水帷幕，圍護樁地下室外墻之間的操作空間的水主要來自降水和帷幕的少量滲漏水，其水量有限，因此在該工程開挖過程中將暴露出的北側地塊圍護樁間采取掛網噴漿措施，以起到護壁擋土的作用。

（3）水平支撐：為避免臨時支撐結構對北側地下室外墻產生不利影響，基坑豎向設置的水平支撐標高應與結構樓板或底板一致，保證水平向受力明確，避免地下結構外墻受力過大而損壞。該基坑工程豎向僅能設置兩道水平支撐并對應北側結構板，南北向支護剖面圖如圖2所示。根據剖面計算結果，第二道支撐圍壓標準值達860 kN/m，因此采用鋼筋混凝土材料作為支撐桿件。

圖2 南北向支護剖面圖（單位：mm）

基坑平面形狀呈矩形，考慮南北向受力不均，水平支撐平面采用了對撐+角撐的布置形式。該形式下各桿件受力明確，且傳遞到北側地下結構上的推力相對均勻。為避免北側已施工完成的建筑物因受該工程水平支撐的推力導致傾斜，對北側地塊地下結構部分樓板缺失區域進行臨時加固后保證其整體性，并將支撐推力傳遞至對應側的土體之上。圖3為支撐平面布置圖。

圖3 支撐平面布置圖

3 實施及監測數據

3.1 工程實施

該工程采用對撐、角撐結合邊桁架的支撐方案，每道支撐施工時，應首先形成中部對撐體系，以控制基坑中部變形。如圖4所示，土方開挖按照分區、分塊、對稱、平衡地進行，待每道支撐全部形成并達到設計要求的強度后，才可向下開挖下層土體[2-3]。為盡量減少水平支撐對北側現有結構的不利影響并降低基坑圍護結構水平變形，土方開挖按照由北向南、由中間向兩端退挖的原則進行實施，現場實施之實景如圖5所示。

圖4 土方開挖分塊示意圖

圖5 現場實施之實景

3.2 監測數據

基坑開挖過程中加強對北側現有結構的變形監測及樁身測斜監測，并對比東、西側與南側的變形數據，如圖6所示。經持續觀測發現，在南北側土壓力不對稱條件下的樁身變形與其它兩側并無明顯差別；北側地下結構整體性較強，亦未發生明顯水平位移，整體實施效果良好。

圖6 典型樁身測斜曲線圖（西側與南側）

4 結 語

通過對監測數據的分析，可得出如下結論：對所受土壓力不對稱的深基坑，支護設計上應采用受力明確的支撐體系；土方開挖應按照由內向外退挖的原則后，圍護結構變形及對周邊環境的影響與常規深基坑差別不大；在保證鄰近地下結構整體性的前提下，作用于其上的水平支撐力不會對其產生較大影響。