城市中心區(qū)軟土深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

［關(guān)鍵詞］城市中心區(qū)；軟土；深基坑；支護(hù)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；施工工藝；佛山

對(duì)于沿海地區(qū)的城市而言，受地形、地質(zhì)、氣候和環(huán)境等因素的影響形成了軟土地質(zhì)，主要表現(xiàn)為含水量大、物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)低等特性[1]。而城市中心區(qū)深基坑一般都位于已有建筑物、道路、地下管線密集的區(qū)域，在設(shè)計(jì)中需要充分考慮基坑和周邊敏感建（構(gòu)）筑物的變形、毗鄰基坑不同深度工況下支護(hù)結(jié)構(gòu)受力平衡及深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性和安全性的選型[2]。由此可見，在城市中心區(qū)軟土深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工以及開挖過程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)都顯得尤為重要。

1. 工程概況

1.1 概況

本項(xiàng)目位于佛山市禪城區(qū)南堤路與升平路交匯處西南側(cè)，地處珠江三角洲沖積平原，屬于河口三角洲推擠地貌。主要建筑項(xiàng)目有停車場(chǎng)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、舊廠房、教堂等，地面大致平整。本次項(xiàng)目設(shè)地下3層，基坑開挖深度5.9m（局部開挖深度可達(dá)12.2 m），基坑周長(zhǎng)約為818 m，基坑整體側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)。

1.2 地質(zhì)水文條件

1.2.1 地質(zhì)條件

場(chǎng)地巖土層按地質(zhì)成因分為第四系填土（Q^ml）、沖積土（Q^al）、殘積土（Q^el）和白堊系基巖（K）。①-1 雜填土（Q^ml）：含較多黏性土及砂土；①-2砂性素填土（Q^ml）：粉細(xì)砂為主，局部為中砂、粗砂或礫砂；②-1淤泥質(zhì)土（Qal）：少量腐殖質(zhì)及粉砂，局部為粉土；②-2粉砂（Q^al）：含少量淤泥；②-3中砂（Q^al）：局部為粉砂、細(xì)砂，粗砂或礫砂；②-4淤泥質(zhì)土（Q^al）少量腐殖質(zhì)及粉砂；②-5粉質(zhì)黏土（Q^al）：少量粉砂，局部為粉土；③殘積土（Q^el）部硬塑；④-1強(qiáng)風(fēng)化層（K）：上部巖芯多呈硬土狀，局部夾少量碎巖塊。下部巖芯呈短柱狀、柱狀，局部塊狀、長(zhǎng)柱狀，局部夾少量硬土狀或達(dá)中風(fēng)化狀態(tài)；④-2中風(fēng)化層（K）：巖芯以柱狀、短柱狀為主，局部長(zhǎng)柱狀或厚餅狀、塊狀。

1.2.2水文條件

項(xiàng)目所在場(chǎng)地中地下水類型為孔隙潛水和基巖裂隙水。孔隙潛水主要賦存于土層孔隙中，分為淺層地下水和深層地下水，淺層地下水水位受季節(jié)影響，與地表水有水力聯(lián)系，年變化幅度約1～2 m，而深層地下水則由于上覆相對(duì)隔水層，具有微弱的補(bǔ)給、排泄作用以及微承壓性。基巖裂隙水賦存于巖層裂隙中，富水程度受裂隙發(fā)育程度及補(bǔ)給條件控制，根據(jù)勘察資料及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，裂隙富水程度弱，但也有可能存在富水性較強(qiáng)的裂隙帶。

1.3 場(chǎng)地周邊環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)靠近市少年宮，東側(cè)基坑頂邊線距離用地紅線約4.5 m，基坑頂邊線距離市少年宮約7.5 m。基坑?xùn)|側(cè)埋設(shè)有電信、燃?xì)狻⑽鬯⒂晁裙芫€，管線均位于基坑內(nèi)，施工基坑支護(hù)前應(yīng)遷移保護(hù)好各類管線。

基坑南側(cè)基坑頂邊線距離用地紅線約5.3 m，距離升平廣場(chǎng)約7.8 m。基坑南側(cè)埋設(shè)有電信、電力、燃?xì)夤芫€，其中電力管線距離基坑頂邊線最近，距離0.5～3.8 m。

基坑西側(cè)靠近松風(fēng)路，基坑頂邊線距離用地紅線5.0～58.0 m，距離松風(fēng)路約12.2 m，距離保留古建筑約4.0 m，距離工商銀行新風(fēng)支行約6.1 m，距離6 層民居約7.6 m。基坑西側(cè)埋設(shè)有電信、電力、污水管，其中電信管線距離基坑頂邊線最近，距離約9.2 m。

基坑北側(cè)靠近汾江，基坑距離頂邊線用地紅線約12.4 m，距離汾江約31.0 m，距離南堤路路邊線約15.9 m。基坑北側(cè)埋設(shè)有電信、電力、污水、給水管線，其中電信管線距離基坑頂邊線最近，距離約9.9 m。

2. 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本項(xiàng)目的基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面：

（1）從場(chǎng)地的周邊環(huán)境可知，項(xiàng)目東、南、西三側(cè)建（構(gòu)）筑物距基坑邊很近，尤其是西側(cè)保留古建筑物，在基坑施工前未對(duì)地基采取任何處理措施，導(dǎo)致基坑邊土層中荷載作用大。

（2）從場(chǎng)地的地質(zhì)情況來看，②-1層、②-4層為流塑狀，軟土的底層埋深大于40 m，此時(shí)在基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮軟土層中支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建（構(gòu)）筑物的變形。

（3）從項(xiàng)目的施工情況來看，在佛山南堤灣國(guó)瑞城項(xiàng)目中，二期項(xiàng)目位于一期項(xiàng)目的西側(cè)，兩期項(xiàng)目基坑間距小于二期基坑的開挖深度，為確保基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還需充分考慮毗鄰基坑在不同深度工況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力不平衡的情況。

2.2 基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目的基本情況、地質(zhì)水文條件及場(chǎng)地周邊環(huán)境，在綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)及施工等因素的基礎(chǔ)上，本次基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)整體采用上部放坡+下部支護(hù)樁兩道內(nèi)支撐支護(hù)形式，局部采用雙排樁斜支撐支護(hù)；止水帷幕整體采用850 mm@600 mm三軸攪拌樁[3]。部分區(qū)域根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和實(shí)際需要，根據(jù)臨時(shí)放坡剖面圖放坡支護(hù)，并設(shè)置6850 mm@600 mm三軸攪拌樁搭接一根止水。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。基坑支護(hù)總體安全等級(jí)為一級(jí)，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)γ=1.1。

本項(xiàng)目放坡施工采用噴射混凝土支護(hù)形式，樁間掛網(wǎng)噴射，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。雙排樁支護(hù)采用鉆孔灌注樁形式，并排樁支護(hù)后，在排樁外整體設(shè)置三軸攪拌樁[4]，形成一個(gè)閉合的止水帷幕，攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。項(xiàng)目下部支護(hù)樁兩道內(nèi)支撐，支撐及支撐梁、冠梁構(gòu)件混凝土等級(jí)為C40，臨時(shí)立柱基礎(chǔ)采用?800 mm的鉆孔灌注樁進(jìn)行支撐。立柱上部為井字鋼構(gòu)架，設(shè)置兩道支撐，支撐梁混凝土等級(jí)為C40，其中第一道支撐400 mm，支撐腰梁構(gòu)件截面尺寸1200 mm×1200 mm，由3個(gè)支撐梁、連續(xù)梁以及八字撐焊接而成；插入第二道支撐400 mm，支撐腰梁構(gòu)件截面尺寸1300 mm×1200 mm，由2個(gè)支撐梁（其中一個(gè)為桁架）、連續(xù)梁以及八字撐焊接而成。對(duì)電梯井坑中坑局部加深3.7 m（從板底計(jì)算），采用48鋼花管土釘圍護(hù)，單排水泥攪拌樁樁徑550 mm，間距400 mm，深度穿過基坑底下2 m，局部因支撐無法施工，則需在水泥攪拌樁樁間采用Ф500 mm＠350單管旋噴樁。

2.2.2基坑排降水設(shè)計(jì)

在基坑施工中，還應(yīng)做好排、降水設(shè)計(jì)。綜合考慮施工要求及地質(zhì)水文條件，在坑頂、底四周設(shè)置排水溝，其坡度為1%，沿排水溝每50 m左右設(shè)一個(gè)（800 mm×800 mm，深1000 mm）集水井，基坑底面不得有凹坑。對(duì)基坑周邊5 m范圍內(nèi)（或至圍墻邊）用50mm厚C20素砼進(jìn)行地面硬化，防止雨水滲入基坑周邊土體。此外，還必須做好坡頂?shù)孛娼厮⑴潘约盎觾?nèi)土方開挖臨時(shí)降水，以確保地下室圍護(hù)的安全。

3. 基坑支護(hù)施工工藝

3.1 施工要求

由于施工場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜，在基坑施工前應(yīng)先會(huì)同建設(shè)單位、監(jiān)理單位和管線權(quán)屬部門等，將施工場(chǎng)地周邊位于紅線內(nèi)的管線進(jìn)行遷移，避免基坑施工對(duì)管線造成影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，應(yīng)按照分層開挖的方式進(jìn)行基坑開挖施工，必須在每道支撐施工強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可繼續(xù)開挖。在基坑開挖過程中，嚴(yán)禁出現(xiàn)“大鍋底”式開挖以及超挖現(xiàn)象，同時(shí)還應(yīng)做好基坑內(nèi)的排水工作，防止基坑內(nèi)積水，進(jìn)而影響基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3.2 放坡施工

在坡面進(jìn)行人工放坡開挖，保留“留置土”，分段逐層挖至基坑底，坡面采用掛網(wǎng)噴射砼的保護(hù)措施，在保護(hù)坡面位置掛200 mm×200 mm 網(wǎng)筋，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，噴錨示意圖見圖1。結(jié)合項(xiàng)目的地質(zhì)水文情況，在放坡施工中，坡頂和坡腳應(yīng)做好排水、降水措施。當(dāng)放坡開挖至地下水位以下且土層中可能發(fā)生流砂、流土現(xiàn)象時(shí)，需采取降水措施；當(dāng)開挖地質(zhì)較好時(shí)，根據(jù)實(shí)際施工情況采取排水措施，如通過明溝或集水井排水。從穩(wěn)定性角度考慮，土方或其他材料、設(shè)備等不宜堆積在基坑頂部周邊，避免基坑荷載過大。在放坡施工過程中，要對(duì)坡頂位移、地面沉降及鄰近建筑物沉降等情況進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，并采取土釘支護(hù)或坡腳壓載等支擋措施，確保邊坡的穩(wěn)定。

3.3灌注樁施工

本項(xiàng)目中灌注樁成孔采用正循環(huán)工藝，泥漿護(hù)壁，采用商品混凝土灌注成樁，采用水下砼澆筑工藝，樁芯砼為C30，灌注樁施工流程如圖2所示。在混凝土灌注時(shí)，導(dǎo)管應(yīng)始終埋在混凝土中，埋入深度為2～6 m為宜，每次提管不得超過4.5 m，導(dǎo)管提升時(shí)不得碰撞鋼筋籠，防止鋼筋籠上浮，混凝土的實(shí)際灌注應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高800 mm。同時(shí)，樁位測(cè)定允許偏差3 cm，樁身垂直度偏差不大于1%，孔底沉渣厚度不大于100 mm（立柱樁沉渣厚度不小于50 mm）方可滿足施工要求。

3.4 冠梁、支撐體系和立柱施工

3.4.1冠梁、支撐施工

在冠梁施工前，應(yīng)先人工將樁頂鑿至新鮮混凝土面，出露鋼筋應(yīng)平直，并清除圍護(hù)樁樁頂浮漿層及超灌混凝土，確保樁頂露出的砼強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋的長(zhǎng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在樁頂冠梁澆筑前，必須清理基面上的殘?jiān)⒏⊥梁头e水，保證排樁與冠梁連接牢固，以免連接處產(chǎn)生薄弱面。冠梁混凝土等級(jí)為C40，鋼筋保護(hù)層厚度35 mm（預(yù)埋35 mm鋼板），確保支撐能夠固定在冠梁上。在局部采用雙排樁斜支撐支護(hù)的部位，冠梁剖面圖見圖3。

在支撐梁施工時(shí)，必須確保灌注樁進(jìn)入壓頂梁50 cm，并按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行放線測(cè)量，確定好支撐平面尺寸。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，適當(dāng)摻入早強(qiáng)劑，根據(jù)支撐分布情況，支撐混凝土分作12段施工，支撐梁砼澆注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，防止?jié)仓鳂I(yè)不流暢支撐梁出現(xiàn)變形。待支撐梁澆筑混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，方可進(jìn)行支撐梁以下的土方開挖[5]。

3.4.2支撐立柱施工

立柱施工應(yīng)先于基坑開挖，立柱施工完成后，回填級(jí)配砂石。當(dāng)立柱穿過地下室底板的部位，以滿焊的方式在底板的中間焊接一塊8 mm厚鋼板，起到止水作用，如圖4所示。立柱和支撐的連接采用旁置式的剛性連接，如圖5所示，確保連接節(jié)點(diǎn)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

3.5 攪拌樁施工

在攪拌樁施工前，應(yīng)先采用混凝土灌注樁做試驗(yàn)樁，確定攪拌機(jī)的鉆進(jìn)深度、轉(zhuǎn)速和提升速度等各項(xiàng)施工技術(shù)參數(shù)。本次項(xiàng)目采用2攪2噴施工工藝進(jìn)行攪拌樁成樁，攪拌樁采用32.5 R復(fù)合硅酸鹽水泥，水泥摻量15.0%，三軸攪拌樁水灰比為1.5～2.0，Φ850 mm的攪拌樁水泥用量250 kg/m，單軸攪拌樁水灰比取0.6～0.8，Φ1000 mm的攪拌樁水泥用量220 kg/m[6]。第1次預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，噴漿攪拌提升，第2次下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，噴漿復(fù)攪，座底噴漿不少于3 min。注漿泵出口壓力應(yīng)保持在0.40～0.60 MPa。在施工中，要確保攪拌樁成樁均勻、連續(xù)、無縮徑和斷層，樁位偏差不得大于50 mm，樁徑偏差不得大于4 %，提升攪拌樁施工質(zhì)量。

4. 基坑支護(hù)施工監(jiān)測(cè)分析

為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工的優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工快捷，在施工過程中對(duì)基坑支護(hù)各施工要點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步優(yōu)化施工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)信息化施工。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，設(shè)置9個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在基坑支護(hù)施工前，需進(jìn)行2次及以上的測(cè)定，測(cè)得穩(wěn)定的初始值。在施工期間，開挖深度在5 m及以內(nèi)每2日監(jiān)測(cè)1次、大于5 m每天監(jiān)測(cè)1次；底板澆筑時(shí)間在7日及以內(nèi)每天監(jiān)測(cè)2次、7～14日每天監(jiān)測(cè)1次、14～28日每2日監(jiān)測(cè)1次、28日以上每3日監(jiān)測(cè)1次，監(jiān)測(cè)頻率可根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果以及場(chǎng)地條件變化情況適時(shí)調(diào)整。各項(xiàng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，基坑開挖未對(duì)道路管線，以及施工場(chǎng)地周邊的地面和建（構(gòu)）筑物等造成影響。

5. 結(jié)論

（1）在城市中心區(qū)軟土深基坑支護(hù)的結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)選擇放坡+內(nèi)支撐及雙排樁斜支撐形式，采用施工工藝較為成熟的鉆孔灌注樁，掛網(wǎng)噴射，結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕和內(nèi)支撐，如此才能在復(fù)雜的周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件下，保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（2）在攪拌樁施工中采用了單管旋噴樁，一定程度上提高了攪拌樁的止水性能和支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，有效控制土方在開挖過程發(fā)生變形。同時(shí)，根據(jù)工程地質(zhì)條件，旋噴樁低于地面，在一定程度上節(jié)約了材料。

（3）在基坑支護(hù)施工中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水平位移、豎向位移、立柱沉降、支撐軸力和建（構(gòu)）筑物沉降等內(nèi)容的監(jiān)測(cè)，確保了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和建（構(gòu)）筑物安全。