城市復(fù)雜環(huán)境下大尺寸深基坑設(shè)計(jì)分析

楊開彪

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著我國城市化的不斷進(jìn)行，大城市的工程建設(shè)面臨的工程環(huán)境條件日益復(fù)雜，工程建設(shè)時(shí)經(jīng)常面臨軌道交通、周邊高層建筑物、市政道路及管線等復(fù)雜環(huán)境。而隨著地下空間的不斷開發(fā)及利用，基坑趨向于更深、更大發(fā)展[1-3]。

本文依據(jù)廣州某大尺寸深基坑工程，分析了城市復(fù)雜環(huán)境下基坑支護(hù)形式的選型及應(yīng)用，并對設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵要點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)探討。

1 工程概況

某項(xiàng)目由30 幅地塊以及地塊之間的公共空間組成，建設(shè)范圍內(nèi)地塊密集、地下室樓層差異大，不利于地下空間資源的均衡、有效的開發(fā)、利用。本工程以地下室大空間建設(shè)、聯(lián)合開發(fā)的原則，以聯(lián)合基坑建設(shè)模式開發(fā)地下空間。聯(lián)合基坑長約460m、寬約370m，基坑深度約10.5m，面積約17 萬平方米。擬建場地地層按地質(zhì)成因及力學(xué)性質(zhì)依次分為：人工填土、沖積-洪積層、殘積層及下覆基巖二疊系的泥巖、炭質(zhì)灰?guī)r等。

圖1 基坑總平面

基坑北側(cè)、東側(cè)及南側(cè)為現(xiàn)狀市政路，基坑西北角為保留的現(xiàn)狀A(yù)8 層建筑（距支護(hù)結(jié)構(gòu)最近距離約10m），東北角為現(xiàn)狀地鐵站（距基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)約10m），基坑?xùn)|側(cè)市政路下方為現(xiàn)狀地鐵區(qū)間隧道，區(qū)間隧道距基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)14～30m。

2 基坑設(shè)計(jì)原則

由于本工程各地塊需相繼出讓及建設(shè)，整體工期長，基坑支護(hù)使用年限大于2 年且存在不確定性，為確?；邮褂闷陂g的安全，本工程提高基坑支護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）基坑支護(hù)安全等級比現(xiàn)行規(guī)范一級提高，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.25；

（2）基坑周邊施工荷載20kPa，建筑每層荷載15～18kPa；

（3）基坑設(shè)計(jì)使用年限：5 年；

（4）基坑環(huán)境等級：地鐵保護(hù)范圍內(nèi)屬特殊要求，基坑設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測方案需得到地鐵保護(hù)部門同意；其他范圍暫按一級考慮。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)選型

由于聯(lián)合基坑范圍大、深度較深，基坑臨近建構(gòu)筑物、地鐵、市政道路等，周邊環(huán)境復(fù)雜。根據(jù)不同條件，因地制宜采用地下連續(xù)墻+不同的支錨體系。

（1）基坑四個(gè)角部具備內(nèi)支撐條件，且臨近現(xiàn)狀建筑物、地鐵車站或區(qū)間隧道、道路等，為保證基坑安全，采用鋼筋混凝土桁架支撐+地連墻體系；

（2）基坑?xùn)|側(cè)中部臨近地鐵區(qū)間隧道，受地鐵保護(hù)限制不具備內(nèi)支撐或錨索條件，且基坑僅開挖至聯(lián)合基坑基底、地塊不需要繼續(xù)下挖的范圍，故采用格柵式地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土斜撐體系；

圖2 格柵式地下連續(xù)墻+斜撐體系

（3）其余臨近市政道路的基坑采用預(yù)應(yīng)力錨索+地連墻體系。

4 地鐵保護(hù)措施

根據(jù)《城市軌道交通既有結(jié)構(gòu)保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（DBJ/T 15-120—2017）有關(guān)規(guī)定，外部作業(yè)影響等級為一級。因此，在本基坑設(shè)計(jì)時(shí)做出如下保護(hù)措施：

（1）基坑?xùn)|南角及東北角采用地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土桁架支撐；

（2）基坑中部懸臂段采用剛度較大的格柵式地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土斜撐支護(hù)，并采用剛性十字鋼板接頭；

（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的溶洞區(qū)域在基坑支護(hù)施工前采用雙液漿預(yù)處理；

（4）施工過程中不允許采用沖孔、擠土工藝以及爆破工藝；地鐵側(cè)地連墻施工建議采用雙輪銑成槽機(jī)；連續(xù)墻、基礎(chǔ)樁基、立柱樁基等須采用泥漿護(hù)壁施工，并采取有針對性的措施防止塌孔；

（5）地鐵保護(hù)80m 范圍地塊樁基應(yīng)從原地面施工，聯(lián)合基坑其他地塊建議樁基從原地面施工，溶洞均于開挖前處理完畢；

（6）合理控制各地塊開挖工序，分區(qū)分塊開挖，減小基坑暴露的空間尺寸及時(shí)間，地塊未開發(fā)時(shí)不得開挖；

（7）為避免基坑施工排水對地鐵造成不利影響，嚴(yán)格控制地下水位，嚴(yán)禁采取深層降水措施，須在地鐵側(cè)布置水位回灌井，確保地下水位下降幅度控制在1.0m 以內(nèi)；施工期間加強(qiáng)地下水位（包括巖溶水）的監(jiān)測；

（8）施工期間對運(yùn)營地鐵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，地鐵監(jiān)測及保護(hù)要求按《城市軌道交通既有結(jié)構(gòu)保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（DBJ/T 15-120—2017）執(zhí)行；

（9）基坑開挖前應(yīng)在地鐵側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外預(yù)埋注漿孔，如地鐵隧道或出入口發(fā)生險(xiǎn)情，則采取跟蹤補(bǔ)償注漿等措施加固；施工單位施工前應(yīng)根據(jù)本工程特點(diǎn)編制針對性的保護(hù)應(yīng)急預(yù)案。

5 溶洞處理措施

溶洞地區(qū)的發(fā)育有溶洞、土洞、溶溝、溶槽及溶洞坍塌區(qū)等不良地質(zhì)體；在溶洞地區(qū)進(jìn)行基坑開挖、隧道施工容易產(chǎn)生突、涌水的風(fēng)險(xiǎn)；溶洞地區(qū)所發(fā)育的溶、土洞在地下水及人類的工程活動(dòng)作用下容易“活化”產(chǎn)生坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。

對明挖結(jié)構(gòu)、基坑，主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中的坍塌、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水及基坑開挖過程中的基底突涌水風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)營期土洞及表層溶洞易受振動(dòng)、地下水異常等擾動(dòng)激活產(chǎn)生土層沉降，引起結(jié)構(gòu)變形過大的風(fēng)險(xiǎn)。

基坑施工前需對溶洞的補(bǔ)充勘察：①對于初勘（詳勘）揭示存在溶洞地層的工點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)及立柱樁基施工超前鉆孔；②圍護(hù)結(jié)構(gòu)及立柱樁基探孔間距：對于地下連續(xù)墻，沿地連墻每3～6m 長度范圍施作一個(gè)超前鉆孔；對于立柱樁基，應(yīng)每樁進(jìn)行超前鉆孔。

補(bǔ)充探孔揭示有溶土洞時(shí)，應(yīng)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)或立柱樁外側(cè)進(jìn)行二次探孔。

5.1 基坑支護(hù)溶洞處理設(shè)計(jì)原則

溶洞的處理范圍：①圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊溶土洞處理：圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊約3m 以內(nèi)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和立柱樁基底以下3m（靠地鐵側(cè)按5m）以上范圍溶土洞應(yīng)進(jìn)行溶洞處理；②工程范圍揭示有大口徑溶土洞時(shí)，尚應(yīng)根據(jù)厚跨比（基底穩(wěn)定層頂至溶洞頂距離與溶洞直徑的比值）、地層情況等具體分析其影響，采取合適的處理措施；③普通區(qū)域根據(jù)洞高選擇處理措施，重點(diǎn)區(qū)域（如地保區(qū)、現(xiàn)狀建筑附近）溶洞采用注漿預(yù)處理。

溶洞地區(qū)的溶洞處理應(yīng)根據(jù)適用對象、溶洞情況、處理方法進(jìn)行分類：

（1）地連墻溶洞的預(yù)處理1：對于洞高大于2m 半充填或未充填的溶洞，采用注雙液漿+水泥漿方式預(yù)處理；

（2）地連墻溶洞的預(yù)處理2：對于洞高小于2m 半充填或未充填的溶洞，采用拋填碎石黏土方式預(yù)處理；

（3）立柱樁溶洞的預(yù)處理：對于洞高大于3m 半充填或未充填的溶洞，采用注雙液漿+水泥漿方式預(yù)處理；

（4）立柱樁溶洞的施工處理：對于洞高小于3m 半充填或未充填的溶洞，采用拋填碎石與粘性土處理。

5.2 未填充溶（土）洞采用水泥漿或雙液漿進(jìn)行注漿充填

較大溶洞可先用雙液漿填充，充填壓力需根據(jù)溶（土）洞的充填情況進(jìn)行調(diào)整。對于填充溶洞，填充物采用標(biāo)貫進(jìn)行檢驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)大于10 擊的可不用處理。

5.3 溶土洞充填注漿效果檢查

主要是檢查填充率及密實(shí)程度，可考慮采用設(shè)置驗(yàn)證孔及“二次壓漿”方法進(jìn)行檢查填充率；溶土洞密實(shí)程度檢查：采用標(biāo)貫法測定，標(biāo)貫值達(dá)到“硬塑”狀土（≥15 擊）為優(yōu)，“可塑”狀土（≥7 擊）為合格。

圖3 注漿管平面布置

6 結(jié)語

本文依據(jù)廣州某大尺寸深基坑工程，簡要介紹了大尺寸基坑臨近現(xiàn)狀建筑、地鐵、巖溶發(fā)育區(qū)等城市復(fù)雜環(huán)境下基坑支護(hù)形式的選型及應(yīng)用，并對設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵要點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)探討，希望能為類似工程提供一定的參考。