杭州市蔣村商業(yè)綜合樓基坑支護(hù)設(shè)計

王乾程

(1.重慶市勘測院，重慶401121；2.重慶市巖土工程技術(shù)研究中心，重慶401121)

隨著城市中心大量建筑的涌現(xiàn)，深基坑工程越來越多，同時密集的建筑物、大深度的基坑周圍復(fù)雜的地下設(shè)施，使得深基坑工程支護(hù)變得更加的復(fù)雜。因此，在復(fù)雜的周邊環(huán)境下選擇經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)形式是目前需要解決的一大問題。馬昕等[1]根據(jù)北京國貿(mào)三期A階段的地質(zhì)條件，大面采用上部土釘墻+下部樁錨聯(lián)合的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。劉勇等[2]提出了一種解決近距離建筑相互施工影響的基坑支護(hù)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)。黃健等[3]通過對基坑自身特點以及周邊環(huán)境的細(xì)致分析，提出了地下連續(xù)墻結(jié)合橢圓環(huán)內(nèi)支撐的優(yōu)化支護(hù)方案。張忠苗等[4]通過對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移、鋼支撐軸力、地表沉降、地下水位的監(jiān)測分析，為SMW工法在今后深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工提供了參考。羅力勤[5]以聯(lián)想總部(北京)園區(qū)項目二期投標(biāo)方案為例，從安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性的角度，對比分析了2種基坑支護(hù)設(shè)計方案后，采用了土釘墻結(jié)合樁錨的支護(hù)形式。肖榮軍[6]提出在優(yōu)先考慮節(jié)約工期前提下，通過設(shè)置附加承臺傳遞斜撐軸力的改進(jìn)設(shè)計方法。

本文將主要介紹蔣村商業(yè)綜合樓的基坑支護(hù)方法，并對其進(jìn)行計算說明以及工程監(jiān)測。

1 工程概況

杭州市蔣村商業(yè)綜合樓位于文二西路北側(cè)，蔣村西路西側(cè)。該工程總用地面積11744.92m2，建筑占地面積4000m2，總建筑面積29852.73m2，建筑高度19.60m，擬物主要為一棟5層商業(yè)綜合樓，設(shè)計最大柱距8.4m×8.4m，最大柱荷載為8000kN。場地內(nèi)設(shè)2層地下室，地下室建筑面積為12277.43m2。

2 基坑周邊環(huán)境

東面為蔣村西路，圍護(hù)樁中心線距離路上的電力電纜、污水管、雨水管分別為20m、25m、36.5m。

南面為文二西路，圍護(hù)樁中心線距離路上的通信光纜、給水管、污水管、雨水管分別為25.5m、28.5m、29.5m、39.5m。南面中間位置有一需保留的古香樟，距離圍護(hù)樁中心線8.16m。

基坑西面、北面為拆遷后回填的空地。

3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報告，根據(jù)場地土的物理力學(xué)性質(zhì)、成因類型等，將場地勘察深度范圍巖土分成10個工程地質(zhì)層、細(xì)分為14個亞層和1個夾層。現(xiàn)把影響基坑開挖深度范圍內(nèi)的土層分布描述見表1。

表1 土層分布描述

4 基坑圍護(hù)方案

4.1 工程特點

綜合分析場地地理位置、土質(zhì)條件、基坑開挖深度及周圍環(huán)境的影響，本工程具有以下特點：

（1）基坑開挖面積大，約7570m2，周長385m。且開挖深度大，主要為8.5m，局部為9.3m、10.5m。

（2）基坑下部開挖深度范圍內(nèi)主要為3層土為高壓縮性的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，壓縮性高，孔隙比大，含水量高，土體性質(zhì)較差。

（3）3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土下的6層粘土性質(zhì)較好，地基承載力特征值達(dá)180kPa，層面埋深11～15m，圍護(hù)樁插入坑底以下的長度可較短。

（4）周圍環(huán)境條件較好。除基坑南面的中間的古香樟距離較近外，東面、南面距離道路、管線最近有約20m，西面、北面為大面積空地，對變形的要求不高。

（5）基坑安全等級為一級，重要性系重要。

4.2 基坑圍護(hù)方案的確定

周邊場地較好，可先卸土2.5m厚，以減小土壓力，并可減少一道支撐、減短圍護(hù)樁長度，節(jié)約圍護(hù)造價。

SMW工法內(nèi)插型鋼結(jié)合一道?609×16鋼管支撐方案比一排鉆孔灌注樁結(jié)合鋼筋混凝土支撐外加水泥攪拌樁止土方案的施工速度快、工期短。這種形式的支護(hù)方案在實際工程中的應(yīng)用較廣泛，技術(shù)很成熟。對本工程而言，支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形可以保證，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相對比較獨立。

南面有一古香樟需保護(hù)，距離較近，該范圍不能卸土，采用?1000@1200鉆孔灌注樁結(jié)合一道支撐支護(hù)，鉆孔灌注樁外側(cè)采用一排水泥攪拌樁內(nèi)插型鋼加強(qiáng)。

基坑西面的形狀不規(guī)則，鋼管支撐布置較困難，故該區(qū)域改用一道鋼筋砼支撐。

4.3 支撐系統(tǒng)設(shè)計

在支撐的材料選擇方面，設(shè)計對鋼支撐與鋼筋混凝土支撐均進(jìn)行了比較。采用鋼支撐具有如下幾個特點：

(1)施工速度快，拆卸方便；

(2)可施加預(yù)應(yīng)力，有效控制地下墻的側(cè)向變形；

(3)布置形式一般為井形，挖土要求相對較高；

(4)如能采用租賃型鋼，則支撐費用也可能相對較低。

混凝土支撐可根據(jù)基坑的形狀靈活布置，強(qiáng)度較高，在浙江地區(qū)的應(yīng)用非常廣泛，積累的經(jīng)驗也比較多，但施工、養(yǎng)護(hù)、拆除的工期相對較長。

由于建設(shè)單位對工期要求極緊，且支撐僅為一道，對挖土的影響相對較小，為加快施工速度，設(shè)計最后確定以鋼管支撐為主。

在支撐的平面布置方面，可以采用2種形式：①格柵狀支撐；②中間采用對撐形式，端部采用角撐。由于本工程基坑形狀接近長方形，支撐以第②種形式布置。

水平內(nèi)支撐平面布置時，盡量避開主體結(jié)構(gòu)的柱子位置，以使柱子的主筋接頭按規(guī)范施工。

4.4 基坑施工順序

第一步：卸土施工四面圍護(hù)樁，圍護(hù)樁施工完后施工排水溝、護(hù)坡。

第二步：開挖至支撐底標(biāo)高，施工壓頂梁、鋼筋砼支撐。待壓頂梁砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%以后，方可安裝鋼支撐，每道鋼管預(yù)加軸力800kN。

第三步：待鋼支撐安裝好、鋼筋砼支撐的砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%以后，分層開挖到基礎(chǔ)底板板底標(biāo)高。

第四步：底板墊層、地梁、承臺土方人工開挖，邊開挖土體邊施工墊層，墊層延伸至圍護(hù)樁邊。

第五步：基礎(chǔ)底板施工后，底板和圍護(hù)樁之間用砼澆搗填實，待素砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后，方可拆除支撐。

5 基坑結(jié)構(gòu)分析計算說明

5.1 圍護(hù)布置及計算參數(shù)取值說明

基坑開挖深度影響范圍內(nèi)土體為①-1雜填土、①-2耕植土、②粉質(zhì)粘土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、⑥粘土。根據(jù)地質(zhì)勘測資料，并結(jié)合已有經(jīng)驗，選用土體強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)見表2，計算時超載采用15kPa。圍護(hù)樁內(nèi)力及變形采用應(yīng)用較為廣泛的m法進(jìn)行計算。

5.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性分析

5.2.1 區(qū)域Ⅰ-Ⅰ計算

區(qū)域Ⅰ-Ⅰ坑底標(biāo)高為-8.800m，采用SMW工法內(nèi)插型鋼H700×300×13×24結(jié)合一道?609×16鋼管支撐(局部砼支撐)支護(hù)。

(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。計算時選用ZK21孔地質(zhì)剖面圖作為典型計算斷面。計算時分為3種工況：

工況一：土體開挖到支撐底部；

工況二：支撐做好，土體開挖到底部；

表2 計算采用各土層物理力學(xué)指標(biāo)

圖1 區(qū)域Ⅰ-Ⅰ圍護(hù)布置圖

工況三：地下室底板施工完畢，支撐拆除。

計算結(jié)果表明：在工況二情況下，第一道支撐軸力為120.9kN/m。

區(qū)域Ⅰ-Ⅰ維護(hù)布置見圖1，各工況位移、彎矩如圖2所示。

圖2 各工況位移、彎距示意圖(ZK21孔)

(2)抗隆起驗算。樁底抗隆起安全系數(shù)公式為：

式中：D——樁體入土深度；

H——基坑開挖深度，m；

γ1、γ2——墻體外側(cè)及坑底土體重度，kN/m3；

q——地面超載，kN/m3；

Nc、Nq——地基承載力系數(shù)。

上式中的c、φ均為樁底土的c、φ值。計算可得到安全系數(shù)為4.62，大于2.0，滿足要求。

(3)圍護(hù)樁抗傾覆穩(wěn)定驗算?？箖A覆穩(wěn)定安全系數(shù)計算公式為：

式中：MRC——抗傾覆力矩，取坑內(nèi)被動土壓力對最下一道支撐點的力矩，kN·m/m；

MOC——傾覆力矩，取最下一道支撐以下范圍的主動土壓力對最下一道支撐點的力矩，kN·m/m；

Kq——圍護(hù)墻傾覆抗力分項系數(shù)，不小于1.15。經(jīng)計算，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.45，大于1.15，滿足要求。

(4)整體滑動驗算。采用Bishop圓弧法驗算圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，經(jīng)計算可得安全系數(shù)為1.63，大于1.3，滿足要求。

5.2.2 區(qū)域Ⅱ-Ⅱ計算

區(qū)域Ⅱ-Ⅱ坑底標(biāo)高為-9.600m，采用SMW工法內(nèi)插型鋼H700×300×13×24結(jié)合一道?609×16鋼管支撐支護(hù)。

（1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。計算時選用ZK5孔地質(zhì)剖面圖作為典型計算斷面。計算時分為3種工況：

工況一：土體開挖到支撐底部；

工況二：支撐做好，土體開挖到底部；

工況三：地下室底板施工完畢，支撐拆除。

計算結(jié)果表明：在工況二情況下，第一道支撐軸力為147.4kN/m。

區(qū)域Ⅱ-Ⅱ維護(hù)布置見圖3，各工況位移、彎矩如圖4所示。

圖3 區(qū)域Ⅱ–Ⅱ圍護(hù)布置圖

圖4 各工況位移、彎距示意圖(ZK5孔)

(2)抗隆起驗算。計算可得到安全系數(shù)為4.23，大于2.0，滿足要求。

(3)圍護(hù)樁抗傾覆穩(wěn)定驗算。經(jīng)計算，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.41，大于1.15，滿足要求。

(4)整體滑動驗算。采用Bishop圓弧法驗算圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，經(jīng)計算可得安全系數(shù)為1.59，大于1.3，滿足要求。

6 現(xiàn)場監(jiān)測

為確保施工的安全和開挖的順利進(jìn)行，在整個施工過程中應(yīng)進(jìn)行全過程監(jiān)測，實行動態(tài)的管理和信息化施工。根據(jù)眾多的深基坑開挖的工程經(jīng)驗，現(xiàn)場監(jiān)測對掌握基坑開挖對周圍環(huán)境的影響，以有效地指導(dǎo)施工，及時調(diào)整施工措施，確保周邊馬路、地下管線和周邊建筑的絕對安全是必須的。為利于基坑施工，應(yīng)做好縱橫向明溝及集水坑排水措施；坑周圍嚴(yán)禁大量堆載，荷載應(yīng)控制在15kN/m2以內(nèi)；為確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全施工，必須對整個基坑施工過程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑過程進(jìn)行施工監(jiān)測。

7 結(jié)論

本工程選用先在坑邊卸土2.5m后用SMW工法內(nèi)插型鋼結(jié)合一道支撐支護(hù)的支護(hù)方法，經(jīng)過對此支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的計算，表明工程穩(wěn)定性滿足要求；由于方法得當(dāng)，此工程降低了工程造價，縮短了工期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、工期效益和社會效益，為類似的工程起到了良好的典范作用。