相鄰不對(duì)稱超深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)探討

游 灝

(廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院土木系 福建廈門 361026)

1 基坑工程概況及水文地質(zhì)條件

1.1 基坑工程概況

在建A項(xiàng)目與B項(xiàng)目場(chǎng)地位于福建省泉州市豐澤區(qū)東海片區(qū)。A項(xiàng)目位于西側(cè)，B項(xiàng)目位于東側(cè)。在建A項(xiàng)目是1棟塔樓26層建筑，設(shè)3層地下室，主體結(jié)構(gòu)工程樁采用(沖)鉆孔灌注樁，基坑開(kāi)挖深度為14.93m～16.43m，A基坑平面形狀為平行四邊形68 m×104 m。在建B項(xiàng)目是1棟31層建筑，設(shè)4.5層地下室，主體結(jié)構(gòu)工程樁采用人工挖孔樁，基坑開(kāi)挖深度為19.00m，B基坑平面形狀為平行四邊形60m×85m。A、B深淺坑高差 4.07m。

1.2 基坑周邊環(huán)境

工程地下室四周南側(cè)為現(xiàn)有濱海街市政道路，西側(cè)為現(xiàn)有泉泰路市政道路，東側(cè)現(xiàn)狀為空地，北側(cè)為在建的泉州銀行(主體封頂)，兩基坑周邊環(huán)境及相對(duì)平面位置關(guān)系，具體如圖1所示。

圖1 A(左)B(右)基坑總平面及內(nèi)支撐布置圖

1.3 土質(zhì)條件

根據(jù)A、B項(xiàng)目的巖土工程勘察報(bào)告，在建場(chǎng)地位于泉州灣海岸帶上，地貌上屬海灣沖淤積階地。場(chǎng)區(qū)各土層分布自上而下分別為：①雜填土，②中細(xì)砂，③淤泥，④含泥中砂，⑤粉質(zhì)粘土，⑥殘積砂質(zhì)粘性土，⑦全風(fēng)化花崗巖，⑧散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，⑨碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。各土層物理力學(xué)指標(biāo),如表 1所示。

位于 A、B基坑相鄰兩側(cè)的典型地質(zhì)剖面圖，如圖2所示。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)

圖2 相鄰兩基坑典型的地質(zhì)剖面圖

1.4 地下水情況

根據(jù)鉆探揭露，勘探深度范圍內(nèi)地下水類型主要分為場(chǎng)地上部地下水為賦存于填石、中細(xì)砂孔隙中的潛水，與穩(wěn)定水位較為一致，埋深在0.50m～1.50m；中部為賦存于含泥中砂層孔隙中的承壓水，穩(wěn)定水位埋深 4.00m左右；下部為花崗巖風(fēng)化巖層孔隙～裂隙中的承壓水，穩(wěn)定水位埋深在3.00m～4.50m?？辈旌蠼y(tǒng)一量測(cè)的地下水穩(wěn)定水位埋深在 0.20m～3.70m。

1.5 土層滲透性

根據(jù)對(duì)淺部土層進(jìn)行的綜合垂直滲透系數(shù)測(cè)試，得到淺部填石、中細(xì)砂層的滲透系數(shù)一般為1.00×10-2～6.21×10-3cm/s，淤泥層的滲透系數(shù)6.54×10-7cm/s，由表1可看出，場(chǎng)地淺部填石、中細(xì)砂層富水性好，強(qiáng)透水性土層，同時(shí)存在相對(duì)滲透性較小的淤泥層，影響豎向滲透層的均勻性。

中部含泥中砂層的滲透系數(shù)5.71×10-3cm/s,富水性好。

下部為花崗巖風(fēng)化巖層孔隙～裂隙中的承壓水層。

2 兩基坑設(shè)計(jì)方案所遇問(wèn)題

2.1 相鄰基坑支護(hù)方案

(1)A基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)采用1000@1300混凝土灌注樁加3道鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐支護(hù)的結(jié)構(gòu)體系；坡頂放坡部分采用土釘墻支護(hù)，樁間采用掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面。該工程地下水控制方法采用基坑周邊設(shè)置850@600連續(xù)套打的三軸攪拌樁止水帷幕，坑內(nèi)采用集水明排結(jié)合降水井排水的形式。基坑支護(hù)典型剖面圖如圖3所示。

圖3 A基坑典型支護(hù)剖面圖

(2)B基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)采用ф100@1300旋挖灌注樁加三道鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐支護(hù)的結(jié)構(gòu)體系；坡頂放坡部分采用土釘墻支護(hù)，樁間采用掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面。該工程地下水控制方法采用基坑周邊設(shè)置3ф850@600連續(xù)套打的三軸水泥攪拌樁止水體系，坑內(nèi)采用集水明排結(jié)合降水井排水的形式?；又ёo(hù)典型剖面圖如圖4所示。

圖4 B基坑典型支護(hù)剖面圖

2.2 兩基坑設(shè)計(jì)方案所遇問(wèn)題

A項(xiàng)目完成項(xiàng)目施工招標(biāo)，B項(xiàng)目完成樁基先行施工招標(biāo)，兩個(gè)項(xiàng)目工程基坑圍護(hù)工程須解決好以下關(guān)鍵問(wèn)題：

(1)兩邊相鄰3層和4.5層深的基坑圍護(hù)樁之間將留下寬度約為5.70m～10.00m，長(zhǎng)約88.00m的土體，如何減少和控制在不對(duì)稱開(kāi)挖超深條件下兩基坑相鄰?fù)馏w的土壓力與基坑變形效應(yīng)，是首先要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

(2)A項(xiàng)目工程樁是沖孔樁，B項(xiàng)目工程樁是人工挖孔樁；沖孔樁是在場(chǎng)地平面作業(yè)，人工挖孔樁是在基坑底部平面開(kāi)始作業(yè)；A工程沖孔樁在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的孔隙水壓力對(duì)B基坑施工的影響，是必須解決的重要問(wèn)題。

2.3 解決方案

為解決上述問(wèn)題，經(jīng)專家討論形成以下兩個(gè)方案。

2.3.1第一解決方案：共坑方案

將兩基坑相鄰?fù)馏w挖去，兩個(gè)基坑合并為一個(gè)大基坑，形成一個(gè)共坑；同時(shí)調(diào)整3道內(nèi)支撐高度；統(tǒng)一圍護(hù)樁和工程樁型。

2.3.2第二解決方案：內(nèi)支撐對(duì)頂方案

采用高壓旋噴樁加固兩基坑相鄰?fù)馏w，將兩邊第一道內(nèi)支撐調(diào)整到一直線上，兩邊冠梁通過(guò)連系梁連接的方法，形成兩邊內(nèi)支撐對(duì)頂方案。

2.3.3方案評(píng)估及決策

兩個(gè)解決方案的優(yōu)劣情況比較和分析。

第一解決方案優(yōu)勢(shì)：①挖去相鄰兩基坑共有土體，無(wú)須考慮在不對(duì)稱開(kāi)挖超深條件下兩基坑相鄰?fù)馏w的土壓力與基坑變形效應(yīng)；②兩基坑各省去一排支護(hù)樁的施工，各節(jié)省造價(jià)約260萬(wàn)元和300萬(wàn)元；③無(wú)須考慮基坑相鄰?fù)馏w的加固，加固費(fèi)用約220萬(wàn)元。

第一解決方案劣勢(shì)：①需要調(diào)整工程統(tǒng)一樁型，必有一方設(shè)計(jì)與施工在施工工藝和造價(jià)上都需做出調(diào)整，影響雙方進(jìn)度；②兩基坑支護(hù)工程量和地下室層數(shù)不同，A基坑竣工后須等B基坑竣工時(shí)才能拆撐，必會(huì)耽誤A項(xiàng)目施工進(jìn)度；③A、B項(xiàng)目?jī)蓸I(yè)主的主營(yíng)業(yè)務(wù)存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，難以協(xié)調(diào)兩項(xiàng)目工期目標(biāo)。

第二解決方案優(yōu)勢(shì)：①雙方可按自己的項(xiàng)目目標(biāo)，組織各自的設(shè)計(jì)與施工作業(yè)；②雙方無(wú)須增加協(xié)調(diào)成本；③基本解決兩基坑遇到的兩個(gè)問(wèn)題。

第二解決方案劣勢(shì)：①需要增加成本220萬(wàn)元；②需要評(píng)估不對(duì)稱施工條件下的拆撐效應(yīng)。

經(jīng)過(guò)認(rèn)真討論和評(píng)估，兩家業(yè)主單位為了實(shí)現(xiàn)各自組織目標(biāo)，做出決定：采用第二解決方案。

3 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)措施

3.1 兩基坑相鄰?fù)馏w加固措施

為控制在不對(duì)稱開(kāi)挖超深條件下兩基坑相鄰?fù)馏w的土壓力與基坑變形效應(yīng)，增強(qiáng)相鄰?fù)馏w的整體剛度，兩側(cè)冠梁通過(guò)連梁連接，同時(shí)將兩側(cè)內(nèi)支撐調(diào)整到一條直線上，形成兩邊內(nèi)支撐對(duì)頂格局，如圖5所示。

圖5 相鄰?fù)馏w加固連梁布置圖

為解決沖孔樁產(chǎn)生的空隙水壓力對(duì)相鄰基坑支護(hù)施工的影響，在相鄰?fù)馏w內(nèi)采用高壓旋噴樁加固,增強(qiáng)了土體的抗剪能力，如圖6所示。

圖6 土體加固高壓旋噴樁布置圖

3.2 兩個(gè)基坑的相互影響

2個(gè)業(yè)主與2個(gè)總包施工單位對(duì)基坑開(kāi)挖和施工工期有不同需求，要解決好不同步施工條件下的開(kāi)挖工況設(shè)計(jì)和拆撐措施。

為了研究相鄰A、B兩基坑施工過(guò)程中相互影響，以便指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工作業(yè)，兩項(xiàng)目業(yè)主委托設(shè)計(jì)院計(jì)算分析相鄰A、B兩基坑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應(yīng)及變形情況。設(shè)計(jì)院采用巖土結(jié)構(gòu)通用有限元分析軟件Midas GTS NX(New Experience of Geo-Technical Analysis System)進(jìn)行A、B基坑工程建模、施工階段工況分析、各工況計(jì)算工作。從各施工階段計(jì)算結(jié)果可以看出：

(1)隨著基坑的開(kāi)挖，圍護(hù)墻的側(cè)移逐漸增大。在所有的開(kāi)挖工況中，A基坑圍護(hù)墻X方向的最大位移為30.66mm，B基坑圍護(hù)墻 X方向的最大位移為 26.49mm。這個(gè)側(cè)向位移值在規(guī)范允許和安全范圍以內(nèi)。

(2)兩個(gè)相鄰基坑不對(duì)稱開(kāi)挖時(shí)，相鄰側(cè)A基坑圍護(hù)墻最大側(cè)移為8.18mm，B基坑圍護(hù)墻最大側(cè)移為 11.39mm，由于中間土體加固，使其土壓力變小，減少了土壓力對(duì)兩側(cè)圍護(hù)墻的作用力，由于土壓力作用力方向與連梁受壓方向相反，因此對(duì)連梁壓力的抵消作用減少，故其軸向壓力反而較大。

(3)在B基坑施作人工挖孔樁與地下室底板期間，A基坑按正常工序進(jìn)行拆撐時(shí)，計(jì)算得到的圍護(hù)墻側(cè)向位移均在允許范圍，因此，在B基坑施作人工挖孔樁與地下室底板期間， A基坑按正常工序進(jìn)行拆撐是安全穩(wěn)定的。

4 基坑監(jiān)測(cè)

按照規(guī)范要求，兩項(xiàng)目在基坑開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行了全過(guò)程的監(jiān)測(cè)，基坑相鄰?fù)馏w深層水平位移、支撐軸力、地表沉降及內(nèi)支撐應(yīng)力等項(xiàng)目累計(jì)值均在設(shè)計(jì)警戒值之內(nèi)，A、B基坑不同步竣工，如圖7所示。

圖7 兩基坑竣工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍圖

A基坑相鄰側(cè)土體深層土體及圍護(hù)墻水平側(cè)移累計(jì)最大值為33.56 mm，其坡頂水平位移累計(jì)最大值為26.3mm；A基坑西側(cè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)S18、S19、S20累計(jì)值超出設(shè)計(jì)警戒值30mm，觀測(cè)點(diǎn)S19水平位移累計(jì)值最大，數(shù)值為35.8mm，變形速率正常。B基坑相鄰側(cè)土體深層土體及圍護(hù)墻最大水平側(cè)移累計(jì)值為31.43mm，其坡頂水平位移累計(jì)最大值為26mm；B基坑?xùn)|側(cè)觀測(cè)點(diǎn)S5累計(jì)值超出設(shè)計(jì)警戒值30 mm，數(shù)值為32mm，圖8為B基坑在A基坑拆除最上一道內(nèi)支撐時(shí)相鄰圍護(hù)墻上2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)深層變形曲線示意圖可以看出，變形速率正常，基坑圍護(hù)墻側(cè)移滿足相關(guān)規(guī)范與規(guī)定要求。

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)側(cè)壁基本無(wú)滲漏，坑底無(wú)突涌現(xiàn)象，土應(yīng)力變化在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，周邊環(huán)境道路正常使用，表明項(xiàng)目的圍護(hù)技術(shù)措施針對(duì)性強(qiáng)，控制到位。

圖8 測(cè)斜管5、6點(diǎn)實(shí)測(cè)深層變形曲線圖

5 結(jié)語(yǔ)

該工程為目前福建省泉州市區(qū)最深的基坑工程，周邊環(huán)境復(fù)雜，如何減少和控制相鄰超深基坑不對(duì)稱開(kāi)挖時(shí)的土壓力與基坑變形效應(yīng)，是要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文詳細(xì)介紹了相鄰兩基坑工程概況和特點(diǎn)，圍護(hù)措施和設(shè)計(jì)方案，不對(duì)稱開(kāi)挖條件下的內(nèi)力變形計(jì)算結(jié)論，基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等，對(duì)類似基坑工程設(shè)計(jì)與施工具有較好的參考借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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