福州火車北站改擴(kuò)建某大型安置區(qū)巖土工程實(shí)例分析

佘清榮

(福建省華廈能源設(shè)計研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

福州火車北站改擴(kuò)建某大型安置區(qū)建設(shè)工程場地位于市區(qū)繁華地段，城市快速主干路的東北側(cè)、且鄰近羅漢山和福州火車北站北廣場。場地原為民房經(jīng)拆遷整平后空地，地表多為磚塊、水泥塊等建筑垃圾堆填，局部堆放有拆遷渣土，周邊緊鄰道路、建筑物等，道路地下分布煤氣、電力、電信、雨污水等各類地下管線，場地地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜。

該工程設(shè)計共6幢高層安置房住宅建筑，另含2層連體地下室，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，場地設(shè)計地面整平標(biāo)高8.70m(羅零高程系，下同)，采用沖(鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)型式。建筑物主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 主要建筑物參數(shù)指標(biāo)

該場地地質(zhì)條件復(fù)雜，軟土地層與強(qiáng)、中風(fēng)化帶巖層交替出現(xiàn)，而且在人口活動密集地帶開挖深基坑，施工過程極易對周邊既有道路、建筑物和地下管線設(shè)施等造成嚴(yán)重影響，稍有不慎將造成十分嚴(yán)重的后果[1-3]。因此，安全可靠的基坑支護(hù)方案的選取尤為重要。本文結(jié)合該巖土工程基坑實(shí)例，對類似場地條件下深基坑開挖與支護(hù)進(jìn)行了探討和分析，可供類似工程參考借鑒。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)條件

場地地貌單元主要為山前沖淤積平原地貌，工程地質(zhì)分區(qū)屬淤積、沖積區(qū)。據(jù)勘察揭露的巖土層主要為沖淤積成因類型，基底為燕山晚期花崗巖層。

場地地層自上而下分述如下：

①雜填土層：雜色，稍密為主，濕，成分雜，主要為黏性土，含磚頭、水泥塊等建筑垃圾和生活垃圾，均勻性較差，上部多為新近拆遷堆填，局部含舊建筑物基礎(chǔ)，平均厚度約1.81m。

②粉質(zhì)黏土層：灰黃色，可塑為主，局部硬塑，濕，平均厚度為1.67m。

③淤泥層：深灰色，飽和，流塑狀態(tài)，平均厚度為8.41m。

④粉質(zhì)黏土層：淺灰、灰黃、磚紅色，硬塑為主，局部可塑，平均厚度為5.53m。

⑤殘積礫質(zhì)黏性土層：棕紅、灰黃色，可塑為主，局部硬塑，平均厚度約7.45m。

⑥全風(fēng)化花崗巖層：灰黃色，硬塑，母巖為花崗巖類，原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞風(fēng)化成土狀，含粗中粒石英顆粒，長石、高嶺土等，平均厚度約5.34m。

⑦1砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層： 灰黃、灰白、淺黃色，較硬，濕，具原巖結(jié)構(gòu)，巖芯破碎，多呈散體狀、砂土狀，用手可掰斷，大部分礦物已明顯風(fēng)化，裂隙發(fā)育，平均厚度約8.89m。

⑦2碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖： 灰白、灰黃、灰黑色，硬，濕，具原巖結(jié)構(gòu)，大部分礦物質(zhì)已明顯風(fēng)化，巖體破碎，呈碎裂狀、碎塊狀，平均厚度約6.23m。

⑧中～微風(fēng)化花崗巖：淺灰、灰白、灰黑色，堅硬，濕。巖石堅硬程度屬較硬巖～堅硬巖，揭示厚度約0.90m～7.20m。該層巖面標(biāo)高起伏較大，約變化于-45.16m～11.28m(標(biāo)高)。

場地地層分布詳見圖1典型工程地質(zhì)剖面圖。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖

1.2 地下水概況

場地地下水類型主要為上部①雜填土層中的上層滯水、中下部及基底強(qiáng)、中風(fēng)化巖層孔隙～裂隙承壓水。其中，孔隙承壓水富水性好，水量豐富，以側(cè)向補(bǔ)給為主，局部接受上層地下水補(bǔ)給，以蒸發(fā)、下滲及側(cè)流等方式排泄。

地下水穩(wěn)定水位埋深約在0.15m～4.50m之間(羅零標(biāo)高多變化于3.55m～10.09m)，主要為上層滯水與下部地下水的混合水位，地下水水位受季節(jié)性降雨影響明顯，近3～5年該區(qū)域最高地下水水位及歷史最高地下水水位埋深約為0.10m，水位年變化幅度約3.00m。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，基坑設(shè)計計算參數(shù)如表2所示。

表2 基坑設(shè)計計算參數(shù)

2 深基坑支護(hù)方案

2.1 基坑周邊環(huán)境

該基坑場地位于市中心繁華地段，鄰近城市快速主干路。場地現(xiàn)狀為拆遷整平后空地，地表多為磚塊、水泥塊等建筑垃圾堆填，局部堆放有拆遷渣土，周邊緊鄰道路、民房等，地下分布有煤氣、電力、電信、雨污水等各類地下管線，場地地質(zhì)環(huán)境條件較復(fù)雜，道路基坑開挖期間需保證正常通行，道路對差異變形敏感?；用娣e約18 400m2，基坑周長約740m，基坑開挖深度8.80m～15.60m。

2.2 支護(hù)體系選取

該工程基坑安全等級為一級，重要性系數(shù)為1.10。根據(jù)基坑周邊環(huán)境、地質(zhì)情況及用地條件，綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、工期要求等因素，設(shè)計采用了3種不同的支護(hù)體系：

(1)基坑深度深，周邊環(huán)境復(fù)雜，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-2012)[4]要求，可選擇錨拉式支擋結(jié)構(gòu)或支撐式支擋結(jié)構(gòu)。但由于本基坑面積大且形狀不規(guī)則，若采用支撐式支擋結(jié)構(gòu)，需布設(shè)較多的支撐體系，不但影響基坑開挖，而且由于支撐體系跨度較大，需額外增加立柱及立柱樁的成本，因此綜合考慮采用錨拉式支擋結(jié)構(gòu)。但是若采用普通錨桿+灌注樁，在本項目軟土地層無法提供足夠的錨固力，容易導(dǎo)致支護(hù)體系失效，經(jīng)綜合考慮比選分析，認(rèn)為采用擴(kuò)孔錨桿+灌注樁的支護(hù)方式最為妥當(dāng)，支護(hù)剖面如圖2所示。

圖2 支護(hù)剖面(南側(cè))

(2)由于該項目地質(zhì)情況復(fù)雜，軟土厚度變化較大，局部達(dá)到9m多，且基坑存在陽角，為了較好地控制基坑及周邊環(huán)境的變形,在鄰近基坑的陽角處采用灌注樁+混凝土角撐的支護(hù)體系，由于混凝土支撐體系僅位于基坑角部，不影響基坑開挖，支護(hù)剖面如圖3所示。

圖3 支護(hù)剖面(西側(cè))

(3)基坑場地軟土與強(qiáng)、中風(fēng)化巖交替出現(xiàn)，在基坑?xùn)|北側(cè)未揭示軟土，而是出現(xiàn)強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖，為了節(jié)省造價，采用自然放坡的支護(hù)形式，支護(hù)剖面如圖4所示?；悠矫娌贾萌鐖D5所示。

圖4 支護(hù)剖面(東北側(cè))

圖5 基坑平面布置圖

2.3 基坑降水設(shè)計

根據(jù)場地地層情況及水文地質(zhì)資料，本場地未揭示強(qiáng)透水層。但是揭示到⑤殘積礫質(zhì)黏性土層、⑥全風(fēng)化花崗巖層、⑦1砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層中的網(wǎng)狀孔隙承壓水，雖然這幾種地層含水量不大，但是容易滲水，而且該地層遇水極易軟化，導(dǎo)致承臺施工困難，因此本基坑采用集水明排時，要求施工適當(dāng)加大排水泵的功率，不間斷抽水。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)成果分析

3.1 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)成果

隨著基坑開挖深度的增加，基坑坑頂沉降監(jiān)測點(diǎn)累計變化量逐漸增大，開挖過程中初期變化較大，開挖至坑底時，變化較平穩(wěn)。當(dāng)支撐拆除時，沉降會有所增大，最后隨著基坑的回填，基坑沉降又趨于平穩(wěn)，基坑坑頂沉降監(jiān)測點(diǎn)中最大的累計變化量為7.48m～40.43mm，基本滿足設(shè)計要求。

基坑坑頂沉降變化曲線圖如圖6所示。

圖6 基坑坑頂沉降監(jiān)測點(diǎn)變化曲線圖

隨著基坑開挖深度增加，支撐軸力呈增大趨勢，隨著底板及傳力帶的施工完成，底板及傳力帶承受一部分土壓力，支撐軸力變化逐漸趨于平穩(wěn)。支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)受力均在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。

基坑支撐軸力變化曲線圖如圖7所示。

圖7 基坑支撐軸力變化曲線圖

基坑鄰近快速主干路，在基坑開挖初期，變形增加較快，隨開挖深度逐漸增大，各監(jiān)測點(diǎn)變化趨勢基本一致，至承臺施工時，變化趨勢逐漸減緩，各監(jiān)測點(diǎn)的累計變化量約為22.21mm～27.47mm(下沉)，道路安全未受明顯影響。

基坑周邊道路沉降變化曲線圖如圖8所示。

圖8 基坑周邊道路沉降曲線圖

基坑鄰近一寺廟(布設(shè)6個監(jiān)測點(diǎn))，在基坑開挖過程中，隨開挖深度的逐漸加大，各監(jiān)測點(diǎn)變化趨勢基本一致，開挖至坑底時，變化趨勢逐漸減緩，出現(xiàn)一平臺(2018年5月10日左右)，最終建筑物的最大沉降量為21.84mm(F3點(diǎn)，靠近基坑位置)，是由于支撐拆除，變形增大，顯示周邊建筑物安全未受明顯影響，在預(yù)警值范圍內(nèi)。

基坑周邊建筑物沉降變化曲線圖如圖9所示。

圖9 基坑周邊建筑物沉降曲線圖

3.2 監(jiān)測成果分析

根據(jù)以上基坑現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表明，基坑坑頂沉降、基坑支撐軸力、基坑周邊地表道路及鄰近建筑物等變形均在設(shè)計允許范圍值內(nèi)，變化情況符合基坑開挖工況。

4 結(jié)論

(1)軟土地層與強(qiáng)、中風(fēng)化巖交替出現(xiàn)的復(fù)雜地質(zhì)條件下的深基坑支護(hù)設(shè)計方案選擇尤為重要，本工程因地制宜采取了多種支護(hù)方式組合，基坑支護(hù)設(shè)計方案安全可靠。通過基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表明，該方案有效地保證了支護(hù)體系的穩(wěn)定和周邊建筑物、道路的安全。

(2)該基坑工程的成功實(shí)踐，說明該場地條件下基坑工程支護(hù)設(shè)計方案是合理的，為東南沿海類似復(fù)雜地質(zhì)條件下的深基坑支護(hù)工程項目提供了有益參考借鑒。