復(fù)雜環(huán)境下深大基坑工程設(shè)計(jì)

莊詩鴻

（廣東省工程勘察院，廣東廣州510510）

深大基坑工程的施工具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性，涉及到的理論多而復(fù)雜，而且有著非常強(qiáng)的綜合性。為了降低施工風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，保證深大基坑工程的施工質(zhì)量和施工效率，深大基坑工程設(shè)計(jì)人員必須要做好基坑工程的設(shè)計(jì)工作，尤其在復(fù)雜環(huán)境下深大基坑工程的設(shè)計(jì)工作，這樣既有利于深大基坑工程施工活動的有序和高效開展，又能為深大基坑工程的施工質(zhì)量以及施工人員的人身安全提供可靠的保障。本文在此基礎(chǔ)上，就復(fù)雜環(huán)境下深大基坑工程的設(shè)計(jì)展開具體的論述。

1 深大基坑工程的特點(diǎn)

1.1 社會危害性和環(huán)境敏感性

一般來說，深大基坑工程都是處在商業(yè)繁華地帶或者老城區(qū)，周邊通常緊鄰地鐵、老舊建筑、管線和道路等。對深大基坑工程進(jìn)行開挖，原本就對地面造成破壞，使原先土體靜力平衡遭受破壞。與此同時，深大基坑工程的施工對地下水的徑流水位和路徑等都造成了改變，因此產(chǎn)生多種多樣的巖土力學(xué)情況，會進(jìn)一步造成各種環(huán)境問題，比如地鐵線受損、地下管網(wǎng)斷裂、道路沉陷變形以及房屋開裂傾斜等，這些破壞會產(chǎn)生放大效應(yīng)，在一定程度上會引起不良的社會反響[1]。

1.2 多樣性

深大基坑工程是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到很多復(fù)雜的理論，計(jì)算的方式也是各不相同，而且經(jīng)驗(yàn)系數(shù)以及經(jīng)驗(yàn)公式比較多。施工單位和設(shè)計(jì)單位在經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算上的不同，勢必會造成工作中出現(xiàn)各種各樣的矛盾和分歧，這種情況下，深大基坑工程的設(shè)計(jì)很容易就出現(xiàn)遺漏等問題，這在一定程度上會為深大基坑工程的施工埋下巨大的安全隱患[2]。

1.3 綜合性

深大基坑工程并不是簡單的對土方進(jìn)行開挖，涉及到的施工內(nèi)容比較多，除了土方開挖，還有結(jié)構(gòu)工程、支撐工程、降水工程以及圍護(hù)工程等，由此可見，深大基坑工程具有較強(qiáng)的綜合性[3]。

1.4 差異性

在實(shí)際施工過程中，并不是每個深大基坑工程所涉及到的水文地質(zhì)以及工程地質(zhì)都是相同的，大多數(shù)都是各不相同的。加上深大基坑工程周圍所處環(huán)境的不同，所以對深大基坑工程的施工以及設(shè)計(jì)要求也會不斷發(fā)生變化。正是因?yàn)樯畲蠡庸こ叹哂胁町愋缘奶攸c(diǎn)，所以在實(shí)際施工過程中使用的施工方法、支撐體系設(shè)計(jì)以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)也是不盡相同的[4]。

1.5 臨時性

深大基坑工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)只是為建筑結(jié)構(gòu)提供相應(yīng)的施工服務(wù)，是一種臨時性的構(gòu)筑物，但是工期卻在總工期中占據(jù)五分之一到四分之一，其造價(jià)在建筑物總造價(jià)中占據(jù)七分之一到五分之一。這種情況下，很多的業(yè)主都希望能夠投入最少的費(fèi)用，花費(fèi)最少的時間。

2 復(fù)雜環(huán)境下深大基坑工程設(shè)計(jì)的分析

2.1 工程概況

筆者所選擇的施工案例為廣東某個地下二層結(jié)構(gòu)的工程，基坑周圍有很多的市政道路側(cè)管線，該工程的南側(cè)是區(qū)間隧道和地鐵車站，最近的距離只有4m。周圍環(huán)境非常復(fù)雜，而且具有較高的保護(hù)要求。該基坑工程的周長大約為600m，面積為18000m2，開挖的深入達(dá)到11.4m。

2.2 復(fù)雜環(huán)境下深大基坑工程的具體設(shè)計(jì)

2.2.1 對工程特點(diǎn)進(jìn)行分析

科學(xué)合理的設(shè)計(jì)能夠?yàn)樯畲蠡庸こ痰陌踩透咝┕ぬ峁┝己玫谋Ｕ?，設(shè)計(jì)人員要對此加以重視，在對深大基坑工程進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，一定要對工程特點(diǎn)進(jìn)行全面的分析，熟練掌握工程的每一個細(xì)節(jié)，只有做到了然于胸，才能進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)[5]。就該工程而言，其工程特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：①圍護(hù)地下連續(xù)墻具有一定的作用，在該工程中可以作為地下室外墻進(jìn)行使用，也就是將兩墻進(jìn)行合一設(shè)計(jì)；②該基坑工程的開挖深度比較深，開挖面積大；③該基坑工程緊鄰區(qū)間隧道和地鐵車站，周圍環(huán)境非常復(fù)雜，具有較高的保護(hù)要求。在充分掌握這些特點(diǎn)之后，設(shè)計(jì)人員才能進(jìn)行下一個環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。

2.2.2 對水文地質(zhì)和工程地質(zhì)的概況進(jìn)行調(diào)查

每個深大基坑工程所處的環(huán)境不一樣，水文地質(zhì)和工程地質(zhì)也是不盡相同。這就意味著，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前，必須要對深大基坑工程的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)進(jìn)行全面的、深入的調(diào)查，結(jié)合深大基坑工程的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。通過對該工程水文地質(zhì)和工程地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，該場區(qū)的土層主要由粉性土和粘性土組成，淺部粉性土層厚度達(dá)到20多米，在對基坑進(jìn)行開挖時，淺層地下水有0.5m的埋深，在水頭差作用下，施工人員在開挖基坑的過程中很容易出現(xiàn)流砂現(xiàn)象以及管涌現(xiàn)象，這些都是需要充分考慮的。除此之外，設(shè)計(jì)人員還發(fā)現(xiàn)，該基坑工程砂質(zhì)粉土層是微承壓水層，水頭埋深約為2.3m。

2.2.3 對基坑工程圍護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)

圍護(hù)工程在深大基坑工程施工中是一個不可或缺的組成部分，設(shè)計(jì)人員要對此加以重視，根據(jù)實(shí)地勘察結(jié)果以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對深大基坑工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)。根據(jù)上海市對于地基的規(guī)范要求以及該深大基坑工程周圍環(huán)境條件，確定靠近地鐵一側(cè)的基坑環(huán)境保護(hù)的安全等級是一級，其他側(cè)的基坑環(huán)境保護(hù)安全等級是二級，這也意味著圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形應(yīng)當(dāng)控制在地鐵一側(cè)的15mm以內(nèi)，其他側(cè)的則控制在25mm以內(nèi)。該基坑工程使用的是內(nèi)支撐順作開挖方式，結(jié)合基坑變形、抗管涌穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性以及二墻合一抗?jié)B、耐久等要求，最終確定圍護(hù)墻體的厚度為0.8m，地下連續(xù)墻的深度為22～23m。

2.2.4 對基坑工程開挖以及支撐進(jìn)行設(shè)計(jì)

在布置支撐的時候，結(jié)合主體結(jié)構(gòu)施工以及土方開挖等要求，使用剛度較好、受力明確簡單的對稱體系。一共設(shè)置2道鋼筋混凝土支撐，其中心距離地面的距離分別為7.2m和1.5m。在布置支撐結(jié)構(gòu)的時候，盡可能避開主體結(jié)構(gòu)的剪力墻暗柱、柱和梁等構(gòu)件。由于上海地區(qū)的流土有著比較明顯的流變特征，依據(jù)時空效應(yīng)的理論，基坑土方支撐設(shè)計(jì)、土方開挖以及具體的施工應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照“限時、分層、分區(qū)開挖支撐”的原則去實(shí)行。將基坑工程的施工給周圍環(huán)境帶來的影響和破壞降到最低，盡可能讓施工實(shí)際符合計(jì)算工況。根據(jù)本基坑工程的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況，每塊土方從開挖一直到支撐澆筑完成，這個工程的時間盡可能控制在48～72h之間，這些都是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮到的。除此之外，為了降低工程開挖階段對附近地鐵車站周圍地表沉降、地下連續(xù)墻的變形，從而保護(hù)區(qū)間隧道和車站主體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員在對基坑內(nèi)側(cè)坑底以下進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，可以考慮用水泥土攪拌樁，對于頂面以上的部分，可以使用低摻量填充以及加固的方式，這樣就可以將施工對原狀土的破壞降到最低。

3 結(jié)論

綜上所述，隨著城市化進(jìn)程的逐漸加快，復(fù)雜環(huán)境下的深大基坑工程越來越多，設(shè)計(jì)單位以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員要對此加以重視，對復(fù)雜環(huán)境條件下深大基坑工程的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行深入的研究，確保施工單位按照設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工的時候可以取得良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 楊學(xué)林.基坑工程設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測中應(yīng)關(guān)注的若干問題[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012(11)：90-91.

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[4] 王金修.軟土地區(qū)某平面形狀復(fù)雜的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)探討[J].科技視界，2016(18)：54-55.

[5] 王勇,謝石連,葛敏敏,丁永平.重力式水泥土擋墻在軟土地區(qū)基坑圍護(hù)中的應(yīng)用[J].建筑施工，2013(7)：97-98.