軟土地區(qū)緊鄰淺基坑的深基坑工程實(shí)踐研究

劉寶石

(中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063)

0 引言

當(dāng)前隨著城市土地資源的日趨緊缺，開發(fā)城市深層地下空間成為發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]，基坑支護(hù)作為深層地下空間開發(fā)的保護(hù)措施，正向大深度、大面積、復(fù)雜化、多樣化方向發(fā)展[2]。基坑工程個(gè)性很強(qiáng)，對(duì)基坑穩(wěn)定和變形的影響因素很多[3]。本文以上海軟土地區(qū)某深基坑工程為例，該深基坑的環(huán)境特點(diǎn)在于其一側(cè)緊鄰正在進(jìn)行施工的淺基坑。針對(duì)此特點(diǎn)，在綜合考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性及施工可行性的基礎(chǔ)上，通過對(duì)比計(jì)算分析，提出了該特定條件下的基坑支護(hù)方案，可為類似的工程提供一定的參考和借鑒。

1 工程概況及環(huán)境情況

該工程以多棟高層公寓為建筑主體，下設(shè)兩層地下車庫的建筑深基坑。擬建建筑物高層公寓為剪力墻結(jié)構(gòu)，地下車庫為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁筏基礎(chǔ)?；涌偯娣e約9200 m2，周長約400 m，典型開挖深度為9.45 m，主樓區(qū)域開挖深度10.05 m，集水坑落深1.0～3.0 m?；颖眰?cè)距離紅線最近為4.4 m，紅線外為19 m寬的已建道路，路下管線距離基坑邊最近距離為5.7 m；西側(cè)距離紅線僅2.2 m，紅線外為城市綠地及市政道路，路下管線距離基坑邊最近距離為3.0 m；南側(cè)為項(xiàng)目待建地塊，現(xiàn)為空地；東側(cè)為項(xiàng)目一期工程，地下一層，該側(cè)距離一期地庫邊線約2.8 m，根據(jù)開發(fā)進(jìn)度深基坑開挖前，東側(cè)地下一層底板將澆筑完成。該工程設(shè)有一個(gè)出入口，位于基坑西南角，進(jìn)入西側(cè)市政道路?；优c周邊環(huán)境如圖1。

2 工程地質(zhì)情況

擬建場(chǎng)地地貌類型屬湖沼平原類型，基坑開挖范圍內(nèi)的土層分布依次為：①素填土，平均層厚為2.08 m；②1粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，平均層厚為0.79 m；②2有機(jī)質(zhì)土，平均層厚為0.69 m；③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，平均層厚為4.07 m；⑥1粉質(zhì)黏土，平均層厚為3.61 m；⑥2-1砂質(zhì)粉土，平均層厚為8.42 m；⑥2-2砂質(zhì)粉土，平均層厚為6.15 m。

本場(chǎng)地對(duì)基坑工程有影響的地下水主要是淺層潛水，勘察期間實(shí)測(cè)地下水穩(wěn)定水位埋深在1.30～1.50 m之間，相應(yīng)標(biāo)高為1.90～2.96 m，設(shè)計(jì)地下潛水位按上海市平均水位0.5 m考慮。場(chǎng)地內(nèi)位于第⑥2-1層、第⑥2-2層含有微承壓水，承壓水水位呈周期性變化，一般埋深為3.0～11.0 m。經(jīng)計(jì)算，基坑不存在突涌的可能性?；拥貙訃o(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

圖1 周邊環(huán)境圖

表1 基坑地層圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

3 基坑特點(diǎn)及難點(diǎn)

3.1 基坑特點(diǎn)

(1)周邊環(huán)境：基坑兩側(cè)臨近市政道路，一倍開挖深度內(nèi)有較重要市政管線，環(huán)境保護(hù)等級(jí)二級(jí)。

(2)基坑規(guī)模及形狀：基坑開挖深度較深，總體面積較大，形狀近似矩形，安全等級(jí)二級(jí)。

(3)工程地質(zhì)：基坑開挖深度范圍內(nèi)土質(zhì)較好，⑥1層粉質(zhì)黏土層埋深約4.0 m，場(chǎng)地西北角分布有③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。

3.2 基坑難點(diǎn)

(1)基坑開挖深度較深、面積較大，西側(cè)和北側(cè)道路管線距離基坑邊線較近，需要重點(diǎn)保護(hù)。

(2)基坑?xùn)|側(cè)緊鄰正在施工的一層地下室基坑，造成深基坑第一道支撐東側(cè)無土壓力作用，支撐體系東西兩側(cè)受力不平衡。因此，如何更好的傳遞其余側(cè)的土壓力成為本基坑工程的一個(gè)難點(diǎn)。

4 基坑圍護(hù)分項(xiàng)設(shè)計(jì)

根據(jù)基坑開挖深度及環(huán)境保護(hù)要求，基坑總體采用鉆孔灌注樁(受力擋土)+三軸攪拌樁(止水)+兩道混凝土支撐的圍護(hù)形式。

4.1 擋土體系設(shè)計(jì)

本基坑一般區(qū)域挖深為9.45～10.05 m，擋土體系采用鉆孔灌注樁，止水體系采用單排φ850@1200三軸攪拌樁，擊穿高滲透性土層⑥2砂質(zhì)粉土層，樁端進(jìn)入微滲透性土層⑥4層不少于1 m，形成封閉的止水體系，滿足深井降水要求。擋土體系典型剖面參數(shù)詳見表2及圖2。

表2 剖面設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

4.2 支撐體系設(shè)計(jì)

4.2.1 支撐總體設(shè)計(jì)思路

根據(jù)基坑開挖深度，本工程采用兩道混凝土支撐?；咏凭匦?，常規(guī)支撐平面布置形式采用對(duì)撐+角撐+邊桁架，其中角撐對(duì)稱布置。但由于基坑?xùn)|側(cè)鄰近正在施工的地下一層基坑，兩側(cè)基底高差5 m，本基坑開挖時(shí)，東側(cè)淺基坑底板將澆筑完成，第一道支撐東側(cè)傳力點(diǎn)無土壓力抵消，造成受力不對(duì)稱，故支撐布置關(guān)鍵為確保南、北、西三側(cè)土壓力有效傳遞。

圖2 典型剖面圖

對(duì)此情況，可以考慮采用如下兩種措施：

(1)采用對(duì)稱角撐布置，東側(cè)支撐點(diǎn)處布置斜拋撐將支撐軸力通過斜拋撐力傳遞給東側(cè)地下一層底板，平衡水平支撐力。

(2)西側(cè)增設(shè)角撐，采用大角撐的平面布置形式，通過角撐將西側(cè)大部分土壓力傳遞至南北兩側(cè)，與南北兩側(cè)土壓力平衡。

4.2.2 對(duì)比分析

采用角撐平面對(duì)稱布置，減少了西側(cè)角撐覆蓋范圍(見圖4)，增加了東西向?qū)问芰?，同時(shí)增加了對(duì)點(diǎn)的斜拋撐受力，由于東側(cè)角撐增加，相應(yīng)斜拋撐數(shù)量增加，不利于基坑整體變形控制。斜拋撐需要穿墻，增加了施工難度，較大的斜拋撐受力對(duì)地下室底板也會(huì)造成不利影響。

當(dāng)采用大角撐布置時(shí)，東側(cè)斜拋撐數(shù)量有效減少，增設(shè)的角撐撐點(diǎn)同對(duì)撐撐點(diǎn)匯交，使中間3根對(duì)撐受荷范圍減小(如圖3所示)，從而減小了相應(yīng)的斜拋撐受力，安全度增加。大角撐覆蓋區(qū)域內(nèi)，南側(cè)與北側(cè)土壓力與西側(cè)土壓力平衡，未覆蓋區(qū)域土壓力通過東側(cè)南北向棧橋平衡。

利用啟明星BSC軟件，對(duì)兩種支撐布置形式進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表3。

計(jì)算結(jié)果表明，采用大角撐布置的西側(cè)最大位移小于采用角撐對(duì)稱布置的位移，同時(shí)對(duì)撐內(nèi)力也明顯小于角撐對(duì)稱布置的內(nèi)力。通過以上分析，本基坑第一道支撐采用了大角撐的布置形式，第二道支撐由于東側(cè)有土壓力可以平衡、采用了常規(guī)的對(duì)稱角撐的平面布置形式。(見圖3、圖4)

圖3 大角撐布置

圖4 角撐對(duì)稱布置

表3 剖面設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

在基坑施工過程中，對(duì)圍護(hù)體系及周邊環(huán)境均進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[4]。本工程共布置了8個(gè)測(cè)斜孔，圍護(hù)墻頂水平、垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)19個(gè)，坑外地下水位觀測(cè)孔8個(gè)，地表沉降觀測(cè)點(diǎn)有8個(gè)斷面，支撐軸力監(jiān)測(cè)為8組，立柱沉降觀測(cè)點(diǎn)11個(gè)，以及周邊管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)若干。本文選取西側(cè)典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。(見圖5)

圖5 現(xiàn)場(chǎng)施工圖

圖6選取的監(jiān)測(cè)值為西側(cè)圍護(hù)樁在基坑開挖至坑底的工況下，樁身的水平位移值。與采用同濟(jì)啟明星軟件獲得的計(jì)算值相比十分接近，均呈現(xiàn)隨著深度的增加先增大后減小的規(guī)律，在土體開挖面附近達(dá)到最大，位移最大值均稍大于20 mm。

圖6 樁體水平變形計(jì)算值與監(jiān)測(cè)值

6 結(jié)語

本工程于2016年底完成結(jié)構(gòu)封頂。從基坑的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)值來看，大角撐的支撐布置形式有效控制了基坑的整體變形，同時(shí)最大程度減輕了對(duì)東側(cè)地下一層結(jié)構(gòu)的影響，可為類似工程提供一定的參考和借鑒。