復(fù)雜環(huán)境下大面積基坑開挖支護(hù)技術(shù)研究

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400）

基坑工程涉及土力學(xué)中強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性及巖土與支護(hù)的相互作用等問題，是一個(gè)綜合性的巖土工程難題[1～3]。在當(dāng)前的城市布局中，城市道路、建筑、管線等分布集中，基坑的開挖伴隨著管線保護(hù)、周邊建筑物保護(hù)等問題[4]。而施工現(xiàn)場(chǎng)往往不具備大面積放坡支護(hù)，因此，如何在有限的空間內(nèi)，在保證基坑的穩(wěn)定性的前提下，盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)，成為業(yè)內(nèi)的熱點(diǎn)問題之一[5]。

1 工程概況

宜春市東方紅小區(qū)（C21）建設(shè)工程項(xiàng)目位于江西省宜春市，其基坑周長約950m，開挖面積約54 621m2，為不規(guī)則多邊形，開挖深度4.50～5.30m，基坑內(nèi)部局部高差0.8m?；游恢眉捌矫嫘螤钜妶D1。

圖1 基坑位置及平面形狀示意圖

擬建場(chǎng)地根據(jù)鉆探揭露，按其成因類型及地層時(shí)代，地層可分為第四系全新統(tǒng)人工填土層Q4ml、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系中更新統(tǒng)坡洪積層（Q4dl+pl）、二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）。中等風(fēng)化灰?guī)r呈無規(guī)律隨機(jī)分布?；臃秶鷥?nèi)地下水類型主要為3 種類型，分別是上層滯水、松散巖類孔隙水和巖溶裂隙水。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果，自地下室邊線至3 倍基坑開挖深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地東側(cè)道路為平安東路，城市次干道，路寬10m，道路兩側(cè)分布雨水、污水管網(wǎng)，污水管管徑500mm，距地下室邊線10.5m，雨水管管徑800～1 500mm，距離擬建地下室邊線20.5m。管線埋深2.5～3.9m。場(chǎng)地西側(cè)為在建磡上小區(qū)。場(chǎng)地北側(cè)道路為袁州大道（宜新路），城市主干道，道路寬42.0m。道路路緣石距離擬建地下室邊線10.40m。袁州大道道路兩側(cè)路面下埋設(shè)雨水、污水管網(wǎng)。污水管管徑500mm，距離擬建地下室邊線13.8m，雨水管管徑1 500mm，距離擬建地下室邊線17.0～18.0m，管線埋深3.7～4.5m，沿?cái)M建場(chǎng)地圍墻分布電力電纜，距離擬建地下室邊線4.0～5.0m，埋深約2.5m。

2 工程難點(diǎn)分析

1）本工程基坑局部開挖深度較大 最大開挖深度達(dá)5.3m，屬深基坑二級(jí)危險(xiǎn)源[6]，支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性及強(qiáng)度要求較高。

2）環(huán)境保護(hù)要求高 擬建場(chǎng)地東、南、北側(cè)周邊管線距離較近。管線較多，支護(hù)難度較大。

3）基坑開挖深度 影響深度內(nèi)主要有孔隙潛水，賦存在卵石層中的第四系孔隙水，距坑底較近，對(duì)基坑開挖影響較大[7]。

3 基坑開挖支護(hù)方案研究

3.1 方案設(shè)計(jì)原則

基坑施工，不僅要確?；拥拈_挖支護(hù)安全以及周邊構(gòu)建筑物、管線的安全，還要考慮施工便利性及經(jīng)濟(jì)型及工期，如何在業(yè)主規(guī)定的工期內(nèi)，保質(zhì)保量地完成工程，同時(shí)還要提高工程的經(jīng)濟(jì)性，是一個(gè)完整的系統(tǒng)工程。

因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)工程的客觀條件，采用合適的支護(hù)形式，完成對(duì)基坑的開挖與支護(hù)。設(shè)計(jì)原則如下。

1）安全可靠 安全是前提，必須保證。

2）技術(shù)可行 安全可靠的技術(shù)措施有多種，但在實(shí)際工程中，要根據(jù)工程的特點(diǎn)，因地制宜、因人制宜、因材制宜，采用成熟的技術(shù)措施，保證工程的質(zhì)量。

3）經(jīng)濟(jì)合理、方便施工 基坑開挖不僅需要考慮安全可靠，技術(shù)可行，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)性、便利性，因從整個(gè)工程建設(shè)的角度出發(fā)，綜合各方面因素，物盡其用，人盡其才，綜合各種因素，擇優(yōu)而定。

3.2 方案比選

通過綜合考慮本工程的特點(diǎn)，并根據(jù)業(yè)主的具體要求，本著“安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行，方便施工”的原則，經(jīng)過細(xì)致分析、計(jì)算和方案比較，本基坑分段設(shè)計(jì)方案確定如下。

1）圍護(hù)結(jié)構(gòu) 根據(jù)基坑開挖深度、工程地質(zhì)以及周圍環(huán)境條件，結(jié)合地區(qū)基坑支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，可選擇的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有：排樁、SMW 工法樁、土釘墻，比選結(jié)果如表1 所示。

表1 維護(hù)結(jié)構(gòu)比選表

2）地下水控制系統(tǒng) 本工程基坑開挖深度最大5.3m，地下水位高于基坑底、水位降深約2～3m，如采取密閉止水帷幕，造價(jià)太高不經(jīng)濟(jì)。由于基坑揭露含水層主要為卵石層，地下水位降低對(duì)該土層沉降影響較小。故可以不考慮密閉止水帷幕。但由于地下水為高于基坑底，可采用管徑降水降低基坑內(nèi)地下水位，保證土方開挖時(shí)坑底干燥。另外需在坑內(nèi)、坑頂設(shè)置排水溝，組織地表水。

3）支護(hù)方案比選結(jié)果 經(jīng)過上述比選，結(jié)果如下：①本工程北側(cè)東側(cè)、南側(cè)段支護(hù)深度4.50～5.30m，采用“單排懸臂排樁”支護(hù)；②本工程南側(cè)西側(cè)段支護(hù)深度4.50m，周邊環(huán)境簡(jiǎn)單，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對(duì)比，該段采用“土釘墻”支護(hù)；③地下水控制系統(tǒng)：坑內(nèi)采用管井井點(diǎn)降水，另外坑頂、坑底設(shè)置排水溝組織地表明水。

4 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012)有關(guān)規(guī)定，本基坑采用理正基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件F-SPW7.0 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

4.1 “單排懸臂排樁”支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 基坑計(jì)算模型示意圖（單位：m）

根據(jù)已往工程經(jīng)驗(yàn)，“懸臂排樁支護(hù)”參數(shù)擬采用前后排樁徑0.9m，樁間距1.2m，排樁頂設(shè)置冠梁，尺寸1.0m×0.8m。取基坑開挖深度最大處（5.3m）進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算（圖2）。土層具體參數(shù)如表2 所示。

表2 土層參數(shù)表

根據(jù)理正基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算結(jié)果，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移、地表沉降、整體穩(wěn)定性等進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3～圖7 所示。

通過計(jì)算可得出以下結(jié)論。

1）基坑整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.549＞1.30，滿足規(guī)范要求。

2）基坑Kov=1.237＞=1.200，滿足規(guī)范抗傾覆要求。

3）支護(hù)底部Ks=2.664 ≥1.600，抗隆起穩(wěn)定性滿足，基坑深度25.320 處Ks=4.333 ≥1.600，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

4）基坑突涌穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.399＞Kh=1.10，基坑底部土抗承壓水頭穩(wěn)定。

5）嵌固深度Ld=7.5m，滿足構(gòu)造要求、抗傾覆要求、整體滑動(dòng)穩(wěn)定性要求及抗隆起穩(wěn)定性要求。

圖3 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖4 地表沉降圖

圖5 整體穩(wěn)定驗(yàn)算圖

圖6 抗隆起驗(yàn)算圖（單位：m）

4.2 地下水控制系統(tǒng)研究

場(chǎng)地地下水位埋深較淺且水量較小，水位降深較小，不考慮采用密閉式止水帷幕，基坑內(nèi)以管井降水井，保證作業(yè)面滿足要求。

圖7 突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算圖

1）管井降水井 在基坑內(nèi)部，按照間距35～40m 布置降水井，以降低地下水位，滿足土石方施工和主體結(jié)構(gòu)施工要求，降水井孔徑500mm，濾管為直徑300mm 的PVC 管，井底入基巖面不少于1.0m，要求降水至基坑底以下1m。

2）截、排水系統(tǒng) 在基坑坡頂外側(cè)約1m 處設(shè)置截水溝，攔截地表雨水，排入附近排水系統(tǒng)；坡底設(shè)置集水井，間距25～30m，用于收集坡腳排水溝內(nèi)的積水，再利用水泵抽排，排入市政排水系統(tǒng)。

5 結(jié)語

本文依托宜春市東方紅小區(qū)深大基坑工程，通過充分考慮周圍環(huán)境及地質(zhì)條件后，采用“單排懸臂排樁”支護(hù)與土釘墻支護(hù)組合支護(hù)技術(shù)及管井降水與排水溝組合排水方式，主要結(jié)論如下。

1）通過理正基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件F-SPW7.0計(jì)算，當(dāng)采用前后排樁徑0.9m，樁間距1.2m，排樁頂設(shè)置1.0m×0.8m 冠梁時(shí)，基坑樁身位移、地表沉降、整體穩(wěn)定、抗傾覆、抗隆起均滿足設(shè)計(jì)要求。

2）基坑內(nèi)采用管井降水井，坑頂、坑底設(shè)置排水溝組織地表明水，既可保證施工安全，又可為施工提供足夠的作業(yè)面。