某周邊環(huán)境復(fù)雜基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

尚 鍇

(上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200070)

0 引言

軟土地區(qū)基坑工程自身難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，基坑工程設(shè)計(jì)與施工應(yīng)符合安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則，保證基坑安全及滿足周圍環(huán)境保護(hù)要求［1］。

近年來(lái)，上海地區(qū)眾多建筑和市政工程中的基坑工程廣泛采用板式支護(hù)體系，多種不同形式的板式支護(hù)體系圍護(hù)墻特點(diǎn)各不相同［1］，本實(shí)例根據(jù)基坑周邊不同環(huán)境，選擇施工可操作性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)合理的圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)軟件理論計(jì)算、有限元數(shù)值分析、實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全可靠。

1 工程概況

本工程基坑呈L形，周長(zhǎng)約295m，開挖面積約2284m2，挖深4.54m。

1.1 周邊環(huán)境情況

施工場(chǎng)地非常狹小，周邊環(huán)境復(fù)雜。按照上海市基坑工程環(huán)境保護(hù)等級(jí)［1］規(guī)定，環(huán)境保護(hù)等級(jí)二級(jí)。基坑北側(cè)邊線距場(chǎng)地內(nèi)1號(hào)樓(樁基)外墻最近2.5m;南側(cè)邊線距紅線(圍墻)3.8m，距電纜井約1.2m，距6層(天然地基)已建住宅小區(qū)約16.5m;西側(cè)邊線距紅線(圍墻外即市政道路)約2.2m;東側(cè)邊線距場(chǎng)地內(nèi)2號(hào)樓約3.0m，距3號(hào)樓約1.3m。本工程基坑周邊已建辦公建筑均于20世紀(jì)80年代竣工投入使用，至今已有20余年，基坑開挖前已有不同程度傾斜。

1.2 地質(zhì)情況

本工程基坑開挖影響范圍內(nèi)地基土主要由填土和粘土組成，場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明、暗浜，厚填土等不良地質(zhì)作用。土層特性見表1。

表1 土層特性參數(shù)表

1.3 地下水

地下潛水受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給，水位埋深按照地下0.5m 考慮。

2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)選型

2.1.1 圍護(hù)形式選型

1號(hào)樓、2號(hào)樓均為正常使用辦公樓，距離基坑邊線較近，為本基坑工程重要保護(hù)對(duì)象?？紤]到鉆孔灌注樁結(jié)合止水帷幕的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，施工工藝成熟，施工對(duì)周圍環(huán)境影響較小，可提供較大剛度，有效控制基坑開挖過(guò)程變形，減小對(duì)周圍環(huán)境影響。先施工三軸水泥土攪拌樁可提供一定剛度，減小鉆孔灌注樁施工時(shí)對(duì)已有建筑物的影響。

1號(hào)樓、2號(hào)樓周邊基坑選擇采用鉆孔灌注樁+一道內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)建筑物檢測(cè)結(jié)果，2號(hào)樓傾斜情況較為嚴(yán)重。采用增大鉆孔灌注樁插入比，暗墩加固等必要措施。3號(hào)樓為3層地上車庫(kù)，距離基坑邊線較近一側(cè)為外掛車道，圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工操作面較小，采用SMW工法既可滿足剛度要求，又可節(jié)約施工操作空間。基坑西側(cè)臨近市政道路，南側(cè)距離已建住宅小區(qū)較遠(yuǎn)，較其他各邊環(huán)境情況相對(duì)寬松，在滿足安全要求下，該側(cè)選擇采用SMW工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

2.1.2 內(nèi)支撐選型

本工程基坑形狀大致呈L形，支撐多為對(duì)撐形式。選擇自重輕、安裝拆除方便的鋼支撐［2］，傳力路徑明確，效果較好;基坑角部位置，根據(jù)大量工程經(jīng)驗(yàn)，選擇混凝土角撐可有效提高角部剛度控制基坑整體變形。故綜合考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性，基坑圍護(hù)采用鉆孔灌注樁、SMW工法樁相結(jié)合+一道鋼支撐的板式結(jié)構(gòu)圍護(hù)形式。

2.2 圍護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算

圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形按照豎向彈性地基梁法計(jì)算［1］，水土分算，一般工況地面超載20kN/m2，臨近建筑物荷載按實(shí)際情況考慮［3］。

2.3 支撐布置

基坑一道內(nèi)支撐對(duì)撐采用 φ609×16，局部角撐采用700×700混凝土角撐。依照周邊已有建筑實(shí)測(cè)傾斜狀況不同，調(diào)整鋼支撐間距，現(xiàn)場(chǎng)支撐情況如圖1所示。

圖1 支撐現(xiàn)場(chǎng)安裝情況

2.4 有限元數(shù)值分析模擬

2號(hào)樓為本基坑工程保護(hù)建筑的重中之重，選擇距離2號(hào)樓(7層，1層地下室，埋深3.5m)外墻約為3.1m一側(cè)剖面作為模型(見圖2)，采用巖土專業(yè)有限元軟件Plaxis［2］進(jìn)行數(shù)值分析(見圖3)，最終模擬結(jié)果2號(hào)樓沉降3.8cm。

圖2 2號(hào)樓有限元模型

圖3 Plaxis有限元模擬結(jié)果

2.5 分塊分區(qū)開挖

本工程基坑雖然挖深較淺，開挖面積較小，但周邊環(huán)境復(fù)雜，故對(duì)分塊開挖進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。根據(jù)原有結(jié)構(gòu)后澆帶及對(duì)應(yīng)2號(hào)、3號(hào)之間，地下車庫(kù)底板增設(shè)應(yīng)急施工縫，將本基坑工程細(xì)分為4個(gè)施工段。各施工段開挖條件為前區(qū)施工段底板澆筑完畢且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

3 圍護(hù)監(jiān)測(cè)反饋

圍護(hù)的監(jiān)測(cè)為施工管理信息化、數(shù)據(jù)化提供了可靠的依據(jù)［3］。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況反饋，本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全有效。根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋，管線最大沉降量7.54mm，場(chǎng)地周邊已建建筑物(2號(hào)樓)最大沉降量13.54mm(見圖4)。

圖4 建筑物垂直位移（部分）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4 綜合分析與總結(jié)

根據(jù)本工程開挖過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及地下結(jié)構(gòu)施工完畢后繼續(xù)進(jìn)行的追蹤情況，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型安全合理，滿足了周邊環(huán)境的保護(hù)要求，希望以下幾點(diǎn)內(nèi)容可對(duì)類似工程有所參考:

1)鋼支撐施工快捷，預(yù)應(yīng)力可有效控制基坑變形;局部混凝土角撐提高基坑角部剛度，有效減小土體應(yīng)力釋放引起的不均勻荷載;

2)分塊開挖及時(shí)施工墊層、底板，減小土體暴露時(shí)間可有效控制基坑變形;

3)在圍護(hù)體與地下室外墻間砌筑隔艙式分隔墻，有效控制SMW工法樁型鋼拔除后注漿外溢，減小變形。

［1］DG/T J08-61-2010，基坑工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］劉國(guó)斌，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］.第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］董亞欽.基坑圍護(hù)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)方案實(shí)例分析及處理［J］.山西建筑，2012，38(12):84-85.

［4］趙海鵬.申花大廈基坑工程設(shè)計(jì)［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2010，26(4):80-84.