緊鄰民用建筑的深大基坑圍護(hù)設(shè)計與施工分析

張麗麗

上海市建工設(shè)計研究總院有限公司 上海 200235

隨著當(dāng)前城市地下空間的開發(fā)，基坑工程正向著大規(guī)模、大深度發(fā)展，由此帶來的基坑圍護(hù)體系也越來越復(fù)雜，單一的圍護(hù)形式不足以滿足基坑工程施工對安全、經(jīng)濟(jì)以及工期進(jìn)度等的需求。因此，針對不同的周邊環(huán)境進(jìn)行區(qū)別對待，采用多種組合式圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系[1-2]，才是經(jīng)濟(jì)合理的選擇。

以湖南某一棚戶區(qū)改造項目基坑工程為例，介紹了在基坑圍護(hù)設(shè)計過程中，針對不同的周邊環(huán)境采取的不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并根據(jù)現(xiàn)場情況評價其實施效果，以期為類似工程施工提供參考。

1 工程概況及周邊情況

1.1 工程概況

本項目位于湖南省永州市冷水灘區(qū)，中興路與湘江東路交會處東北角，永州市政府南側(cè)。該項目包括6棟17～33層住宅和1棟2～5層商業(yè)配套用房及2層地下室?；有螤畈灰?guī)則，開挖面積約39 800 m2，周長約886 m（東西向長約280 m，南北向?qū)捈s175 m）。至大地庫基礎(chǔ)承臺底挖深9.70 m，至坑邊號樓基礎(chǔ)梁底挖深10.2 m。地庫集水井相對地庫底板落深1.30 m，號樓內(nèi)集水井、電梯井等落深2.00～3.40 m。

因基坑大面積挖深9.70 m，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，基坑安全等級為二級。

1.2 周邊環(huán)境概況

本項目北側(cè)為永州市人民政府及已建建筑，東側(cè)為市政府宿舍區(qū)及在建民房，南側(cè)為市政道路中興路，西側(cè)為市政道路湘江東路。

東側(cè)環(huán)境詳述如下：東側(cè)北段為市政府宿舍區(qū)6層建筑，樁基礎(chǔ)，開挖邊線距用地紅線最近6.71 m，紅線外最近5.68 m即為市政府宿舍區(qū)建筑（位于1倍基坑挖深范圍以內(nèi)）。東側(cè)南段為在建5層民用建筑，樁基＋承臺基礎(chǔ)，φ400 mm長螺旋鉆孔灌注樁，樁長約14.00 m，開挖邊線距用地紅線最近4.84 m，紅線外最近2.50 m即為民用建筑（位于1倍基坑挖深范圍以內(nèi)）。

綜上，本基坑位于市政府大樓前，其重點保護(hù)對象為東側(cè)已建市政府宿舍樓與在建民房、南側(cè)及西側(cè)市政管線等。

1.3 地質(zhì)概況

1.3.1 地層情況

擬建場地地貌屬湘江Ⅱ級階地沖洪積地貌。場地原為居民區(qū)，現(xiàn)已拆遷平整。各勘探孔地面絕對高程在96.79～103.51 m之間，相對高差約為7.00 m。

本基坑開挖深度范圍內(nèi)涉及的地層主要有①1路面基礎(chǔ)、①人工填土、②粉質(zhì)黏土、③粉土、④卵石、⑤強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖等，基底主要位于④層。

1.3.2 地下水分布情況

擬建場地地下水主要為松散巖類孔隙水，主要賦存于④層中，具承壓性，水量豐富。地下水主要接受大氣降水和湘江側(cè)向補(bǔ)給，以側(cè)向補(bǔ)給鄰區(qū)、蒸發(fā)、民井等形式徑流、排泄。水位隨季節(jié)性變化較大?？辈鞙y得其穩(wěn)定水位埋深為0.25～6.72 m，相當(dāng)于絕對高程96.408～97.960 m，水位年變化幅度為2～3 m。

此外，強(qiáng)-中風(fēng)化基巖風(fēng)化裂隙中可能存在基巖裂隙水，多具承壓性，主要由第四系層中的地下水、區(qū)域地下水通過上覆土層、巖層裂隙下滲補(bǔ)給，其水量大小受巖體內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育程度、連通性影響，未形成連續(xù)水位面，地下水賦存不均一。

2 基坑圍護(hù)方案

2.1 基坑特點

1）基坑開挖深度較深（大面積開挖深度8.9～10.2 m），開挖面積較大（約4.0萬 m2）。

2）基坑北側(cè)為市政府大樓，基坑?xùn)|側(cè)為已建市政府宿舍區(qū)和民用建筑（在1倍的開挖深度范圍內(nèi)），西側(cè)和南側(cè)為市政道路和管線（在1～2倍的開挖深度范圍內(nèi)），對位移要求嚴(yán)格，總體保護(hù)要求較高。

3）場地內(nèi)①層狀態(tài)松散，組成較雜，基礎(chǔ)開挖時需清除?；娱_挖的坑底為滲透性系數(shù)較大的粉土、卵石層，圍護(hù)設(shè)計需采取合理的止水和坑內(nèi)降水措施[3-5]。

2.2 圍護(hù)方案總體思路

2.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型分析

基坑西北、東北及東南三側(cè)基坑挖深9.70～10.20 m，用地紅線與基坑邊線距離5.50～9.40 m，坑外為道路或建筑，結(jié)合基坑形狀，采用φ1 000 mm灌注樁＋鋼筋混凝土角撐進(jìn)行支護(hù)，灌注樁間距1 400 mm，有效樁長16.0 m，樁底進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖至少0.5 m。

東側(cè)中段坑外約4.8 m為在建6層民房[6-7]，基礎(chǔ)形式為φ400 mm長螺旋鉆孔灌注樁。為控制民房變形，常規(guī)做法為灌注樁＋鋼筋混凝土對撐，但本基坑形狀不規(guī)則，東西向長約280 m，支撐下須設(shè)置較多立柱樁，工期長且造價高。通過與業(yè)主及施工單位溝通，結(jié)合現(xiàn)場實際情況及當(dāng)?shù)氐貙犹攸c，采用雙排灌注樁門架＋坑內(nèi)鋼斜撐的支護(hù)形式。一般斜拋撐為直接撐在先期澆筑的底板上，考慮本項目環(huán)境的特殊性及斜撐下土方開挖的方便性，設(shè)計將斜拋撐撐至先期施工的結(jié)構(gòu)柱及樓板上。雙排樁采用φ1 000 mm灌注樁，間距1 400 mm，排距3 000 mm，有效樁長16.0 m。

基坑其余部位距離紅線較遠(yuǎn)，坑外為道路或空地，采用φ1 000 mm灌注樁＋2道預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式。灌注樁間距1 400 mm，有效樁長16.0 m；錨索長度18.0～25.0 m，成孔直徑150 mm，傾角30°，水平間距2.80 m，豎向間距3.90 m，采用3φ15.2 mm的1×7高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

2.2.2 止水帷幕選型分析

考慮湖南當(dāng)?shù)厮奶攸c，場地內(nèi)④層土含水量豐富，設(shè)計采用長16.0 m的φ1 000 mm高壓旋噴樁進(jìn)行灌注樁樁間止水，同時灌注樁進(jìn)入⑤層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖不少于0.5 m，樁端2.0 m為素混凝土段，與高壓旋噴樁底標(biāo)高一致，樁長為16.0 m，保證止水的連續(xù)性與有效性。

2.3 東側(cè)民房處斜拋撐區(qū)域施工工況

為減小基坑開挖對民房的不利影響，考慮基坑開挖的時空效應(yīng)，分2區(qū)先后施工（圖1），先進(jìn)行1區(qū)土方開挖，待1區(qū)樓板、結(jié)構(gòu)柱施工完成且架設(shè)好鋼斜撐后，再開挖2區(qū)[8]。

圖1 東側(cè)民房處基坑分區(qū)示意

施工順序為：施工灌注樁、高壓旋噴樁等→采用深井降水，降至基底下0.5～1.0 m→開挖第1皮土方，施工鋼筋混凝土圈梁及連梁，養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%后進(jìn)行下一層土方開挖→坑內(nèi)留土放坡至斜拋撐撐角部位，施工斜撐撐角以西的底板→先期施工的底板區(qū)域繼續(xù)向上施工至B1板（－5.90 m）標(biāo)高處，完成B1板及混凝土牛腿的施工→待B1板及混凝土牛腿達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%后，架設(shè)φ609 mm×16 mm鋼管斜撐→開挖斜撐下坑邊預(yù)留土坡→施工斜拋撐區(qū)域墊層、底板及傳力帶1→繼續(xù)向上施工地下室外墻、柱、中樓板和傳力帶2，并與先施工區(qū)域的樓板連成整體→待中板和傳力帶2混凝土達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后，拆除斜拋撐→施工地下室結(jié)構(gòu)至±0 m。

3 基坑開挖對既有民房的影響分析

3.1 數(shù)值模型建立

考慮到分析問題的合理性和計算速度，采用巖土工程專業(yè)二維平面應(yīng)變有限元模型進(jìn)行基坑開挖過程的有限元數(shù)值模擬[9-10]。

在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析過程中，對不同分析對象采用不同的單元類型和本構(gòu)關(guān)系，詳見表1，由于基坑周邊行走土方車輛，采用均布面荷載來模擬基坑周邊超載，荷載為20 kPa。

表1 分析單元類型與本構(gòu)模型

3.2 計算結(jié)果分析

有限元分析結(jié)果顯示，基坑圍護(hù)墻側(cè)向變形值23.9 mm，引起的地面沉降為13.5 mm（表2），根據(jù)GB 50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移限值為30 mm，地面沉降限值為25 mm，基坑開挖安全性得到了保證。

表2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算變形值

基坑距民房基礎(chǔ)邊線最近4.8 m（位于2倍基坑挖深范圍以內(nèi)），由于開挖引起的民房水平與豎向變形均在20 mm以內(nèi)，整體最大傾斜在0.3%以內(nèi)，基坑開挖對民房的影響可控。

4 工程實施效果

根據(jù)最終監(jiān)測數(shù)據(jù)，圍護(hù)墻體最大深層水平位移為22.5 mm，民房沉降累計值為12.5 mm，符合民房保護(hù)要求，達(dá)到了預(yù)期的保護(hù)目標(biāo)。

5 結(jié)語

以湖南永州某鄰近市政府大樓及在建民房的深基坑為背景，圍護(hù)設(shè)計選用了樁＋錨、樁＋混凝土支撐（局部斜拋撐）的多種組合支護(hù)形式。經(jīng)實施，本工程較好地確保了基坑?xùn)|側(cè)民房建筑的結(jié)構(gòu)安全，且保證了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。主要結(jié)論如下：

1）在緊鄰保護(hù)建筑的場地內(nèi)進(jìn)行基坑施工，應(yīng)提前對已有建筑進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，收集了解其結(jié)構(gòu)形式及變形控制要求等，制訂相應(yīng)的保護(hù)措施。

2）通過前期策劃和溝通，針對不同的周邊環(huán)境，結(jié)合基坑自身形狀，從圍護(hù)源頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使得圍護(hù)設(shè)計本身適用于本工程，且滿足了業(yè)主對施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益的需求。

3）本工程施工工序與設(shè)計相符合，保證了基坑開挖施工的安全性，保護(hù)了周邊環(huán)境，可為今后類似工程項目的實施提供一定的參考。