基坑鄰近廠房變形控制措施研究

徐禮笑（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310000）

下穿隧道景觀效果好、對區(qū)域規(guī)劃影響小，越來越多被用于城區(qū)道路。城市下穿隧道常用施工方法有盾構(gòu)法、淺埋暗挖法、明挖法、頂管法等。明挖法因其總體造價低、施工難度小，目前在城市下穿隧道的施工中使用較為廣泛。明挖隧道需開挖長條形基坑，常用的基坑圍護形式有放坡、SMW工法樁、鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻等[1]。

城區(qū)下穿隧道采用明挖法施工時，其基坑有以下特點：①基坑多為狹窄長條形，為控制基坑的長邊效應(yīng)，基坑應(yīng)分坑施工；②基坑開挖深度大，一般開挖深度0m～15m，需采用多種圍護結(jié)構(gòu)；③城區(qū)建（構(gòu)）筑物及相鄰管線眾多，基坑設(shè)計需考慮施工過程中對周邊環(huán)境的影響[2]。本文依托杭州某下穿高速公路隧道，結(jié)合該地區(qū)典型地質(zhì)條件和周邊廠房的變形控制要求，分析了原基坑設(shè)計方案存在的不足，并提出了具體優(yōu)化措施，實際施工測量結(jié)果均滿足規(guī)定要求。文中提出的工程措施，可用于指導(dǎo)類似基坑工程的設(shè)計與施工。

1 工程概況與工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

杭州某下穿高速公路隧道，全長2652m，起訖點里程K1+781～K4+433，其中U槽段498m，暗埋段2154m。隧道暗埋段采用單箱三室單層鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu)，中間廊道寬1.5m，標準段寬度34.6m～36.2m，采用明挖順作法施工。

K3+785～K3+870段北側(cè)存在一座既有廠房，平面關(guān)系如圖1所示。該廠房為地上兩層框架結(jié)構(gòu)建筑，建筑面積約8472m2，建造于2016年，采用獨立基礎(chǔ)，持力層為砂質(zhì)粉土，基地高程+4.3m，上部結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，樓蓋為現(xiàn)澆板，現(xiàn)澆樓梯形式，采用現(xiàn)澆板平木屋面。目前廠房外墻、一層地坪出現(xiàn)大量明顯的裂縫，現(xiàn)階段地基已處于穩(wěn)定狀態(tài)，未見因地基變形導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)裂縫及損傷情況超出標準限值的情況，廠房現(xiàn)狀如圖2所示。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、勘查及檢測情況，結(jié)合國家行業(yè)標準JGJ125-2016《危險房屋鑒定標準》[3]，經(jīng)專業(yè)單位鑒定，該廠房房屋危險性鑒定等級為B級。

圖1 平面關(guān)系圖

圖2 廠房現(xiàn)狀

K3+785～K3+870段基坑開挖深度約15.3m，場坪標高+5.5m。廠房范圍基坑平面形狀為狹長窄條形，東西向長度85m，南北向?qū)挾?6.2m，基坑邊距廠房外墻最近距離約11.2m。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)野外勘探孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、埋藏條件及物理力學性質(zhì)，本文研究范圍內(nèi)土層自上而下依次為：①0填土、①2粉土、①3粉砂、②11粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②3黏土、③2黏土、④2粉質(zhì)黏土、④3粉砂、⑤2粉質(zhì)黏土、⑤21粉質(zhì)黏土。各土層參數(shù)如表1所示。

表1 各土層參數(shù)

勘察期間實測地下水位埋深為0.7m～3.0m，孔隙潛水受大氣降水豎向入滲補給及地表水體下滲補給為主，徑流緩慢，以蒸發(fā)方式排泄和向附近河塘側(cè)向徑流排泄為主，水位隨季節(jié)氣候動態(tài)變化明顯，與地表水體具有一定的水力聯(lián)系，地下水位埋深和變化幅度受季節(jié)和大氣降水的影響，動態(tài)變化大，水位變幅一般在1.0m～1.5m。基坑施工范圍內(nèi)無承壓水影響。

2 變形控制標準

為確保廠房的結(jié)構(gòu)安全，需嚴格控制鄰近基坑施工引起的變形。基坑圍護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境變形量與圍護結(jié)構(gòu)形式、坑內(nèi)外降水措施、基坑止水效果、周邊荷載、地質(zhì)條件、地下水等因素密切相關(guān)。對于周邊環(huán)境存在敏感建（構(gòu)）筑物的基坑，其保護等級及控制標準需相應(yīng)提高，既要滿足基坑施工過程中本身的安全，同時鄰近建（構(gòu)）筑物正常使用也應(yīng)不受影響。

研究區(qū)域基坑開挖深度約15.3m，開挖影響范圍內(nèi)存在淺基礎(chǔ)敏感建筑，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，確定該基坑安全等級為一級，按照0.2%的開挖深度嚴格控制圍護結(jié)構(gòu)變形[4]，即圍護結(jié)構(gòu)變形控制值為30.0mm。

根據(jù)廠房現(xiàn)有側(cè)向位移觀測結(jié)果及《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-2015）[5]中的變形控制要求，綜合考慮后提出廠房在基坑施工過程中的變形控制標準，主要變形控制指標為沉降量和差異沉降，具體控制指標如表2所示。

表2 廠房變形控制標準

3 基坑設(shè)計分析和優(yōu)化

3.1 原基坑設(shè)計分析

K3+785～K3+870段基坑圍護方案：圍護結(jié)構(gòu)采用Φ1000@1150鉆孔灌注樁（樁長49m）+700mm厚TRD止水帷幕（加固至基坑底以下10.0m，且進入隔水層不小于3.0m）；內(nèi)支撐采用兩道混凝土撐+一道鋼支撐+一道鋼換撐；基坑外兩側(cè)每隔9m布置坑外降水井，基坑內(nèi)每隔12m交錯布置坑內(nèi)降水井。該段基坑圍護標準橫斷面如圖3所示，基坑施工順序如圖4所示。

圖3 基坑圍護標準橫斷面圖

圖4 基坑施工順序圖

為降低長條形基坑施工過程對周邊建（構(gòu)）筑的影響，分別在K3+644、K3+845、K4+069各設(shè)置一道封堵墻，廠房兩側(cè)獨立基坑長度分別為201m、224m。

鄰近廠房基坑存在以下特點：

（1）基坑為狹長條形，兩個獨立基坑長度分別為201m和224m，基坑寬度36.2m；

（2）基坑開挖深度達15.3m，為深基坑，且周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑安全等級為一級；

（3）鄰近廠房在基坑施工影響范圍內(nèi)，廠房房屋危險性鑒定等級為B級，變形控制要求高；

（4）基坑施工范圍內(nèi)土層以粉土、粉砂為主，存在深厚軟弱下臥層，地下水埋深淺，周邊水源補給充分。

綜合分析基坑周邊環(huán)境、工程地質(zhì)條件等因素，原設(shè)計方案存在以下問題：

（1）廠房距離基坑開挖邊線約11.2m，設(shè)計過程中經(jīng)現(xiàn)場踏勘，該廠房結(jié)構(gòu)基本完好，原基坑圍護結(jié)構(gòu)坑外沉降按200mm控制，進場后，廠房危險性鑒定等級為B級，廠房沉降變形控制標準降為20mm；

（2）圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移大于30mm，超過變形控制標準，計算包絡(luò)圖如圖5所示；

圖5 原設(shè)計方案變形內(nèi)力包絡(luò)圖

（3）坑外降水易造成廠房不均勻沉降。

3.2 基坑設(shè)計優(yōu)化

綜合以上分析，原設(shè)計方案無法滿足現(xiàn)狀廠房沉降控制標準和基坑變形控制值。本文結(jié)合工程地質(zhì)條件、廠房及基坑的變形控制要求，提出以下幾點基坑優(yōu)化設(shè)計建議：

（1）在K3+760.7、K3+878.8處增設(shè)一道封堵墻，取消K3+845處封堵墻，因此廠房附近獨立基坑長度縮短為118.1m；

（2）K3+760.7～K3+878.8段北側(cè)基坑圍護結(jié)構(gòu)由原設(shè)計的?1000@1150鉆孔灌注樁+700mm厚TRD止水帷幕，調(diào)整為?1200@1400鉆孔灌注樁+850mm厚TRD止水帷幕，圍護結(jié)構(gòu)及止水帷幕長度不變，增大圍護結(jié)構(gòu)剛度及止水效果；

（3）第三道鋼支撐圍檁由雙拼HW400×400×21×21鋼圍檁調(diào)整為1200mm×1200mm鋼筋混凝土圍檁，并增設(shè)伺服系統(tǒng)，增加基坑主動抗變形能力。

（4）廠房70m范圍內(nèi)取消坑外降水井，禁止坑外降水；

（5）廠房影響范圍內(nèi)TRD每天施工長度不大于10m，TRD施工可摻入適量膨潤土和早強劑；

（6）嚴格控制施工進度及開挖進尺，并應(yīng)符合表3的要求，優(yōu)化后基坑施工順序如圖6所示。

圖6 優(yōu)化后基坑施工順序圖

表3 基坑及主體結(jié)構(gòu)施工要求

4 優(yōu)化效果

通過調(diào)整分坑長度，增大圍護結(jié)構(gòu)剛度、支撐系統(tǒng)的主動抗變形能力，廠房影響范圍內(nèi)禁止坑外降水，嚴格控制施工進尺及施工時間等措施，廠房及圍護結(jié)構(gòu)變形均得到有效控制。實測結(jié)果：圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為20.4mm（實測值）＜30mm（圍護結(jié)構(gòu)變形控制值），廠房最大沉降量為16.8mm（實測值）＜20mm（廠房沉降控制標準），廠房最大差異沉降0.36‰（實測值）＜0.4‰（廠房差異沉降控制標準）。

5 結(jié)語

本文依托杭州某下穿高速公路隧道，對原隧道基坑設(shè)計方案進行了分析，并結(jié)合實際工況，優(yōu)化了基坑設(shè)計方案，結(jié)果表明：優(yōu)化后的基坑方案，可有效控制周邊建（構(gòu)）物的沉降及差異沉降，對約束圍護結(jié)構(gòu)水平位移也有顯著效果。本文所采用的工程措施，可為類似基坑工程，在敏感地區(qū)控制周邊建（構(gòu)）物及管線的變形等問題上提供參考。