對相鄰既有建筑可能產生影響的深基坑支護設計及效果評價

顏維仁

（南寧市勘測設計院集團有限公司，廣西 南寧 530022）

0 引言

我國市政工程發展較快，基坑工程數量也越來越多，受基坑所處環境條件限制，大多數需要進行支護設計，保障施工安全，因此，開展基坑支護設計的相關研究具有重要意義[1-2]。目前，已有學者開展類似研究，例如黃俊光等[3]開展了超大基坑群的統籌設計；劉永超等[4]分析了軟土地區基坑支護設計的性能研究；趙欣欣等[5]研究了裝配式鋼支撐在基坑支護中的作用；趙忠營[6]探究不同基坑支護方案的穩定性評價。上述研究雖然取得了相應成果，但是均未涉及相鄰既有建筑條件下的深基坑支護設計及效果評價。因此，該文以某相鄰既有建筑條件下的深基坑為實例背景，先開展其支護設計，再結合其變形監測成果，評價其支護效果，為其施工提供一定的理論指導。

1 工程概況

1.1 項目基本信息

該項目屬醫院改建項目，擬用地面積約50000 m2，包括2 棟高層和一棟多層，即4#、5#樓為高層，兩者均擬建12 層，樓高約38 m；6#樓屬多層，擬建6 層，樓高約20 m。同時，在用地范圍內，其下設計一層地下室，面積約6700 m2，開挖深度大于5 m，有深基坑特征。

同時，在基坑北側近接有4 棟建筑，其中，3 棟建筑為4 層，1 棟建筑為7 層，其平面位置如圖1 所示。

圖1 基坑與相鄰既有建筑間的關系

1.2 項目區地質條件

根據項目勘察成果，其地質條件如下：①地形地貌。場區具微丘地貌，附近高程為86.26 m～95.79 m，整體較為平坦，地形起伏較小。②地層巖性。根據鉆探資料，區內第四系地層主要為填土和紅黏土，前者雜色，主要為建筑垃圾，結構較為松散；后者褐黃色，稍濕～濕，土質較均勻，干強度有一定的差異特征。下覆基巖為中石炭統黃龍組灰巖，淺灰色，細晶結構，塊狀構造，巖芯一般可達85%，大多數具有柱狀特征，且溶蝕現象也較為明顯。③地質構造。項目區附近未見大型地質構造，且第四系以來，也無明顯的構造活動特征，即新構造運動也較為緩和。④水文地質條件。項目區附近未見明顯地表水體。在地下水方面，主要包括上層滯水和巖溶水兩類，其中，上層滯水在局部可見，穩定性較差，埋深為0.5 m～4.5 m，年變幅較大；巖溶水埋深一般較深，具有一定的承壓性，其靜止水位為1.5 m～3.4 m。

2 基坑支護設計

根據該基坑相鄰既有建筑情況可知，基坑開挖邊界與既有建筑的凈距較小，因此，需要對相鄰既有建筑段的基坑邊坡進行專項設計，設計結果如下：①CD段的支護設計。支護手段為“支護樁+錨索”，其中，支護樁直徑設計為1m，材質為C30 鋼筋混凝土；樁間距設計為2m，嵌入基巖深度不少于2m。同時，在樁頂施做冠梁，尺寸為1.0m×0.8m，材質為C30 鋼筋混凝土；錨索設計長度為16m～18m，擬兩排布設，豎向間距設計為2.5m，橫向間距設計為2.0m。②DE段的支護設計。支護手段為“雙排支護樁”，其前排樁直徑設計為1m，橫向間距設計為2m；后排樁直徑設計為1m，橫向間距設計為3m；兩者嵌入基巖深度不少于2m，且兩排樁中心距為2.5m。同時，在樁頂也施做冠梁，其尺寸同樣為1.0m×0.8m，材質為C30 鋼筋混凝土。雙排支護樁的坡面設計圖如圖2 所示。③EF 段的支護設計。支護手段為“掛網噴漿+錨桿”，即主要通過放坡后進行掛網噴漿、錨桿支護；其中，基坑邊坡放坡坡率設計為1 ∶0.4；掛網噴漿采用全斷面設計，輔助錨桿長度設計為5m～6m，每個錨桿采用1 根鋼筋，且鋼筋直徑為20mm，傾角20°，橫向間距設計為1.3m，縱向間距設計為1.1m。放坡后的“掛網噴漿+錨桿”設計如圖3 所示。④FG 段的支護設計。支護手段為“支護樁”，其直徑設計為1m，材質為C30 鋼筋混凝土；樁間距設計為2m，嵌入基巖深度不少于2m；同時，在樁頂也施做冠梁，其尺寸及材質與上文所述一致。

圖2 雙排支護樁設計示意圖（單位：mm）

圖3 放坡后“掛網噴漿+錨桿”設計示意圖

綜上所述，由于相鄰建筑物存在，基坑支護設計是必要的，且應結合近接情況，對不同近接段采取相應的支護措施，有針對性地進行治理。

已初步制定各分段的支護措施，在支護手段中，支護樁、錨桿及掛網噴射混凝土施工顯得格外重要。因此，再進一步對這2 種手段的施工要點進行闡述。

2.1 支護樁的施工要點

支護樁的施工要點如下：1）在支護樁施工過程中，應嚴格執行設計樁徑及樁間距，且應采用跳樁施工，等鄰近已施做支護樁后再進行施工，間隔時間不能少于24 h。2）鋼筋籠在施工過程中，應嚴格按照設計組織鋼筋制作，不能偷工減料。3）嚴格控制樁頂、樁底標高及其沉渣厚度，其沉渣厚度不應大于10 cm。4）支護樁應保持垂直，其偏差上限為0.5%，樁位也應保持在實際位置，中心偏差上限為50 mm。5）鋼筋搭接應符合規范要求，且主筋保護層厚度不能下限為50 mm。6）在支護樁施工完成后，應通過低應變法檢測其成樁質量，檢測數量不應少于總樁數的20%，且不能少于5 根。如果檢驗結果不合格，應進一步采用鉆芯法進行復核，并擴大檢測數量，且確實存在問題的支護樁，應進行補強處理，不能低于設計要求。

2.2 錨桿施工要點

錨桿施工要點如下：1）在成孔過程中，優先考慮干鉆成孔，且孔深偏差限值為±50 mm，孔徑偏差限值為±5mm，孔距偏差限值為±100 mm，成孔傾角偏差限值為±5%。2）在成孔施工過程中，如果遇到障礙物，就可以適當地調整標高或角度，其中，標高調整范圍限值為±400 mm，調整角度限值為±5°；當然，如果上述調整后仍會遇到障礙物，須將其情況反饋至設計，進行協商處理。3）注漿所用水泥標號為42.5 普通硅酸鹽水泥，其無側限抗壓強度下限為25 MPa，且若注漿不飽滿，可采用二次注漿或多次注漿。4）注漿時的水灰比范圍為0.50～0.55，二次注漿水灰比可降低0.05；注漿壓力不應小于1.5 MPa，注漿管底與孔底間距上限為20 cm。5）錨桿鋼筋型號為HRB400，直徑為20 mm，注意除銹去油處理，且鋼筋應保持在錨桿中心位置，按2.0 m 間距設置導中支架。6）錨桿施工后也應進行檢查，其檢測數量不應少于總錨桿數的5%，且同土層中，不應少于3 根。

2.3 掛網噴射混凝土施工要點

噴射混凝土的厚度不應小于10 cm，其應混合礫石，且其標號為C20，配合比以實驗室具體結果為準。1）鋼筋網材料為HRB335，制作規格應符合相關規范要求。2）掛網噴射混凝土段的按30 m 一段設置伸縮縫，縫寬5 cm，伸縮縫處的鋼筋不應連接，直接采用泡沫等材料隔開即可。3）在噴射過程中，如果鋼筋網長度不夠，就可以采用搭接處理，且搭接長度下限值為30 cm。4）在噴射過程中，應注重分層棚舍，先應噴射底部混凝土，綁扎鋼筋網，最后噴射上部混凝土，且一次噴射厚度上限為6 cm。5）以500m2的混凝土噴射面積為指標，在該區間內應進行混凝土強度試驗，不應少于1 組，且每組不應少于3 塊。6）類比。也以500m2的混凝土噴射面積為指標，在該區間內再進行厚度檢驗，其檢驗數量不應少于1 組，每組的檢測點不少于3 個，且最小厚度不應小于設計值的80%。

綜上所述，進一步闡述各類支護手段的施工要點，在施工過程中，應嚴格執行上述要點，以保證施工質量以及保障施工安全。

3 支護效果評價

為提高基坑支護效果，在其周邊共計布設8 個水平位移監測點（其布置如圖1 所示），總計監測28 d，得到各監測點最終累計變形值。B-01 監測點：14.55mm B-02 監測點：17.69mm。B-03 監測點：18.65mm B-04 監測點：16.54mm。B-05 監測點：12.14mm B-06 監測點：18.15mm。B-07 監測點：19.47mm B-08 監測點：17.63mm。

綜上所述，各監測點的水平位移值存在一定的差異，說明不同位置處支護措施的防治效果是不同的，但是總體均未超過變形控制值25 mm。因此，相鄰建筑段的基坑支護暫時均在可控范圍內。

為掌握基坑水平位移的發展趨勢，評價其后續變化特征，提出通過變形預測來對這方面進行評價。

支持向量機是巖土領域常用的預測模型，其適用性不言而喻，因此，提出以其開展基坑水平位移的變形預測。結合支持向量機的基本原理，將其訓練函數yi如公式（1）所示。

式中：ω為權向量；φ（xi）為映射函數；b為偏置量。

為保證預測精度，須保持預測過程有最小化的結構風險，其回歸優化問題如公式（2）、公式（3）所示。

式中：ξi、ξi*為松弛變量；ε為超出誤差；C為懲罰因子。

在上式優化處理的基礎上，再結合對偶理論，將支持向量機的預測函數進一步為公式（4）。

式中：f（x）為預測值；K（xi，yj）為核函數；l為訓練樣本個數；αi、αi*為拉格朗乘子。

一般來說，變形越大，其對應危險性越高，因此，提出對3 個最大水平位移值的監測點進行預測分析，其結果見表1。根據表1，以3 個監測點的預測結果為基礎，統計其特征參數如下。B3 監測點：相對誤差為2.08%～2.21%，平均值為2.12%。B6 監測點：相對誤差為2.02%～2.13%，平均值為2.08%。B7 監測點：相對誤差為2.05%～2.14%，平均值為2.09%。

表1 水平位移變形預測結果

綜上所述，三者預測精度均較高，且預測效果也相當，充分說明支持向量機在基坑水平位移預測中，不僅預測精度較高，而且穩定性較好。

結合29～32 期的外推預測結果，計算得到3 個監測點在這4 期的變形速率均值依次為0.15 mm/d、0.24 mm/d 以及0.24 mm/d，三者的變形速率均值均較小，說明其后續變形趨于收斂方向發展，進一步驗證相鄰既有建筑物段的基坑支護設計措施是有效的。

4 結論

對相鄰既有建筑可能產生影響的深基坑支護設計及效果評價，主要得出如下2 個結論：1）由于相鄰既有建筑物影響，其基坑支護設計顯得格外重要，且在設計過程中，應結合基坑邊坡具體情況采取針對性治理。2）支持向量機在基坑水平位移預測中具有良好效果，不僅具有較優預測精度，還具有較優穩定性，其所得預測結果的相對誤差在2%左右；同時，外推預測結果顯示，基坑水平位移的后續增加速率較小，向穩定的方向發展，驗證了相鄰既有建筑段的基坑支護措施是有效的。