復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑開挖變形控制

祝尚福

（廣州市第三建筑工程有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市建筑群的規(guī)模也越來越大，由此帶來的地下建筑及深基坑的建設(shè)規(guī)模也越來越大。對(duì)深基坑的設(shè)計(jì)和施工，不僅關(guān)系到基坑結(jié)構(gòu)的自身安全，而且還涉及周邊既有建筑物的安全。因此，做好基坑開挖的前期準(zhǔn)備和施工過程的控制，是使工程得以順利進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)，特別是對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的深基坑開挖更要有保障措施，才能控制基坑變形。為了深入探討這個(gè)問題，文章以廣東省某市住宅小區(qū)建筑群地下結(jié)構(gòu)的深基坑開挖為例，進(jìn)行深入探討，以便為同類工程提供參考。

1 工程概況

該工程?hào)|、西兩側(cè)臨既有建筑高層，北側(cè)臨城市主干道，南側(cè)臨珠江，是典型的融住宅、商業(yè)為一體的江景工程。該工程一期地上30層2幢、34層4幢、42層2幢、50層2幢、幼兒園3層1幢，地上建筑總面積為360000m2；地下含戰(zhàn)時(shí)防空為2層（局部2層），南北長460m，東西寬220m，呈長方形，地下總面積為121200m2；基坑設(shè)計(jì)深度為11～14m；地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，主要是煤氣、通信、給排水、電力等一些極為敏感的市政設(shè)施；地下水位最高水位埋深約1m，最低水位埋深約3.5m，由于深基坑距離江堤僅只有50m，所以基坑開挖只能限制在枯水季節(jié)的7月—8月進(jìn)行。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概述

2.1 工程地質(zhì)情況

根據(jù)廣東省地質(zhì)建設(shè)工程勘察院的巖土工程勘察報(bào)告顯示，該塊土質(zhì)共分7層。第一層：表土層。主要是粉質(zhì)黏土，厚度為1～3.5m，基本全覆蓋，力學(xué)性質(zhì)不均勻，工程性質(zhì)較差。第二層：粉土層。濕度為很濕，密度為中密，厚度為0.6～3.7m，壓縮性和強(qiáng)度均為中度，工程性質(zhì)為一般。第三層：粉砂層。密度為中～密實(shí)，壓縮性和強(qiáng)度均為中等，厚度為0.6～3.6m，工程性質(zhì)為良好。第四層：黏土層?？伤埽穸葹?.5～5.2m，壓縮性和強(qiáng)度均為中等，工作性質(zhì)為稍差。第五層：黏土層。硬塑，韌性與強(qiáng)度均為高，厚度為2.2～5.7m，壓縮性與強(qiáng)度均為中度，工程性質(zhì)為良好。第六層：粉土夾粉質(zhì)黏土層，濕度為很濕，密度為稍密，厚度為3.7～7.7m，韌性和強(qiáng)度均為低，工程性質(zhì)為一般。第七層：粉土層。濕度為很濕，密度為中密，強(qiáng)度為中等，韌性為低，工作性質(zhì)為一般?；涌拥谆疚挥诘谖寤虻诹鶎樱答ね翆拥撞炕蚍弁翃A粉質(zhì)黏土層中部。主要土層的物理力學(xué)性能如表1所示。

表1 土層主要物理力學(xué)指標(biāo)一覽表

2.2 水文地質(zhì)情況

該塊場(chǎng)地地下水屬于第四系松散層微承壓水及孔隙潛水。微承壓水主要存在第六至七層中，水性充足，透水性好，主要是受上層潛水入滲和降水的影響，承壓水埋深在3.83～4.08m；孔隙潛水主要在第一至三層，主要補(bǔ)給來自大氣降水和地表水的入滲，水位動(dòng)態(tài)的變化主要受季節(jié)性的影響，豐水期水位就會(huì)高，枯水期水位就會(huì)低，常年的最高水位可以按地表下0.6m來進(jìn)行考慮[1]。

3 基坑變形的一般影響因素

從歷史的經(jīng)驗(yàn)來看，引起基坑變形的主要因素有以下兩種：（1）地下連續(xù)墻滲水。由于地下連續(xù)墻的混凝土澆筑是在地表下進(jìn)行的，因此，在混凝土澆筑過程中，會(huì)出現(xiàn)很多不可預(yù)見的因素?；蛞蜷g隔時(shí)間過長，使連續(xù)墻混凝土產(chǎn)生冷縫；或因泥漿配比不合理使槽壁出現(xiàn)夾泥和沉渣；或因相鄰墻壁接縫處刷壁措施不到位，就下籠進(jìn)行混凝土澆筑等，這些都是產(chǎn)生滲水的主要原因。（2）多點(diǎn)開挖且又不及時(shí)支撐。在土方開挖施工中，施工單位往往為了搶施工進(jìn)度，會(huì)把事先擬定的施工方案放在一邊，實(shí)施多點(diǎn)開挖，而又不能及時(shí)采取內(nèi)支撐措施，導(dǎo)致坑外側(cè)土體向內(nèi)側(cè)移，造成周邊路面下陷或建筑物受損。（3）忽視坑內(nèi)護(hù)坡的留置。深基坑一般都有地下連續(xù)墻，施工單位往往會(huì)忽視坑內(nèi)護(hù)坡的留置，從而引起坑內(nèi)塌方，造成湖體和基坑外側(cè)土體向基坑內(nèi)偏移[2]。

4 基坑變形控制措施

4.1 制定切實(shí)可行的土方開挖實(shí)施方案

某市小區(qū)住宅建筑群深基坑的地質(zhì)特點(diǎn)：（1）臨江距離近，受汛期制約因素較大；（2）與東西兩側(cè)既有建筑高層近；（3）地下市政管線縱橫交錯(cuò)。只有根據(jù)這些特點(diǎn)制定出的土方開挖實(shí)施方案才具有可行性。因此，該基坑的土方開挖實(shí)施方案主要包括以下內(nèi)容：（1）找準(zhǔn)土方開挖的關(guān)鍵部位和技術(shù)難點(diǎn)，制定相應(yīng)的解決辦法；（2）制定維護(hù)施工方案，主要包括地下連續(xù)墻、內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)護(hù)坡分層維護(hù)等；（3）制定降水方案；（4）制定土方開挖方案；（5）制定土方開挖總進(jìn)度計(jì)劃；（6）施工組織保障措施[3]。

4.2 在施工過程中實(shí)施控制

控制基坑變形，主要措施有圍護(hù)、支撐、降水。

（1）基坑圍護(hù)。該基坑的重點(diǎn)和難點(diǎn)就是上面所講的3個(gè)特點(diǎn)。根據(jù)這些特點(diǎn)，可供該基坑進(jìn)行維護(hù)的方案有5種：①水泥攪拌樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)；②懸臂式單排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)；③土釘網(wǎng)片噴錨維護(hù)結(jié)構(gòu)；④內(nèi)撐式鋼筋混凝土圍護(hù)結(jié)構(gòu)；⑤鋼筋混凝土地下連續(xù)墻。由于該基坑地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，而且又比較深，從杜絕基坑變形和安全開挖的角度考慮，顯然前兩種方案不適合，因?yàn)檫@兩種方案往往會(huì)使圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移。所以，經(jīng)反復(fù)論證最終確定選用后3種方案，即土釘網(wǎng)片噴錨圍護(hù)、內(nèi)撐式鋼筋混凝土圍護(hù)和地下連續(xù)墻圍護(hù)。具體實(shí)施：基坑?xùn)|西兩側(cè)及南側(cè)采用方案④，即內(nèi)撐式鋼筋混凝土圍護(hù)；北側(cè)：-2.6m以下采用方案⑤，即鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，-2.6m以上采用方案③，即土釘網(wǎng)片噴錨圍護(hù)。采用此種方案的理由：①東西兩側(cè)臨近建筑高層，控制基坑變形的措施必須萬無一失；②南側(cè)臨近江堤僅50m的距離，很容易受到地下水的侵襲，控制基坑變形的措施也必須萬無一失；③基坑北側(cè)距離城市主干道較遠(yuǎn)，一方面考慮建筑成本，另一方面也考慮到二者的結(jié)合不會(huì)使基坑變形的控制受到影響。

（2）內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的施工工藝。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐的平面體系上，采用對(duì)支撐與角支撐相結(jié)合的方式進(jìn)行，一來可以為土方開挖留下中部空間；二來可以加快挖土和出土的速度。在鋼筋混凝土支撐的豎向布置上，共設(shè)置一層內(nèi)支撐，支撐的頂標(biāo)高在綜合考慮周圍環(huán)境、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力等因素之后確定為-2.10m，支撐截面為500mm×550mm，壓頂梁截面為700mm×550mm。壓頂梁和支撐的混凝土強(qiáng)度等級(jí)都是C30。

（3）基坑降水。對(duì)深基坑采取降水措施，是控制基坑變形的重要舉措之一。為確保地下水位降到基坑開挖面下0.50～1.00m的地方，該基坑采用的是輕型井點(diǎn)降水，井點(diǎn)管間距不超過1.00m，深度為6.00m。具體如圖1所示。

圖1 輕型井點(diǎn)降水剖面圖（單位：mm）

4.3 實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)

具體跟蹤部位設(shè)置如下：（1）沿深基坑周邊每隔25m、沿人行道路面每隔15m設(shè)置1個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)；（2）在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐梁頂部，每隔12m設(shè)置1個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)（采用坐標(biāo)法）；（3）垂直于基坑邊設(shè)置1組導(dǎo)槽，平行于基坑設(shè)置1組導(dǎo)槽，用以監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的變形；（4）水位觀測(cè)點(diǎn)每隔20m設(shè)置1個(gè)；（5）建筑物變形觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置48個(gè)點(diǎn)。對(duì)以上部位的監(jiān)測(cè)情況要定期檢查，隨時(shí)掌握。其監(jiān)測(cè)頻率和日?qǐng)?bào)警值如表2、表3所示。

表2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊道路及管線監(jiān)測(cè)頻率一覽表

表3 基坑各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目報(bào)警值一覽表

5 基坑變形監(jiān)測(cè)成果

通過對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)、周邊建筑高層及地下管線等部位的沉降觀測(cè)，結(jié)果如下：（1）在基坑開挖的過程中，土體有側(cè)向位移現(xiàn)象，墊層混凝土澆筑完后，側(cè)移現(xiàn)象趨向穩(wěn)定，底板混凝土澆筑完成后，基本穩(wěn)定并趨向收斂。周邊深層土體最大位移在10.30～15.10mm，小于報(bào)警值。（2）深基坑周邊高層建筑、地下管線、道路等均未發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象。監(jiān)測(cè)結(jié)果足以說明，對(duì)該深基坑的變形控制措施是有效的，施工過程的控制是成功的。

6 結(jié)束語

綜上所述，復(fù)雜條件下的基坑開挖，盡管難度很大，但只要能根據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，有針對(duì)性地做好施工方案，在施工過程中采取措施進(jìn)行控制，土方開挖過程中常見的基坑變形是可以有效控制的。