軟土地層中臨近既有建筑物的地鐵深基坑支護(hù)設(shè)計實踐

何廣驥

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司）

1 工程概況

沿海某地鐵區(qū)間風(fēng)井工程，由北側(cè)主體結(jié)構(gòu)、南側(cè)附屬結(jié)構(gòu)兩部分組成。主體、附屬分別為地下三層、地下兩層箱形混凝土框架結(jié)構(gòu)，均采用明挖順筑法施工。風(fēng)井主體基坑平面為24.4m×22.0m 矩形布置，挖深約24.8m；附屬基坑平面呈22.0m～34.7m×17.5m 梯形布置，挖深約14.8m。

場地內(nèi)分布淤泥質(zhì)黏土層為代表的深厚軟土地層，最大埋深約為22.5m；軟土層以下依次分布粉質(zhì)黏土、黏土、圓礫、風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖，基巖埋深約58m。場地地下水以表層孔隙潛水為主，潛水穩(wěn)定水位埋深為0.70m～3.00m；深部圓礫層存在承壓水，隔水層為上部的淤泥質(zhì)土和粘性土層，水頭埋深為地表下2.9m。

該區(qū)間風(fēng)井北側(cè)臨近既有教學(xué)樓，地上5 層（局部6 層）框架結(jié)構(gòu)建筑，靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，距離主體基坑凈距23.5m?？刂苹娱_挖過程中的自身變形、減少對周邊建構(gòu)筑物影響是該深基坑支護(hù)設(shè)計方案的關(guān)鍵所在。

2 基坑支護(hù)設(shè)計控制指標(biāo)及整體方案

根據(jù)基坑規(guī)模、挖深以及所在場地地質(zhì)、水文條件，結(jié)合周邊建筑物環(huán)境情況,根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120－2012）、《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497－2019）、《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50911－2013）等標(biāo)準(zhǔn)要求，確定區(qū)間風(fēng)井主體、附屬基坑等級均為一級，基坑變形控制保護(hù)等級為一級，基坑監(jiān)測等級主體基坑為一級、附屬基坑為二級。對于臨近的教學(xué)樓建筑，其所屬環(huán)境設(shè)施分類為一般設(shè)施，且位于基坑工程次要影響區(qū)范圍，考慮到保護(hù)需要，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提高至一級變形控制等級。主要控制指標(biāo)如表1所示。

表1 主要控制指標(biāo)

考慮到風(fēng)井主體、附屬結(jié)構(gòu)挖深不同，依照“先深坑后淺坑”的開挖原則，將其劃分為平面規(guī)則的主體、附屬兩個基坑，分坑開挖，有效規(guī)避因基坑不規(guī)則、深淺坑對周邊環(huán)境的不利影響。待風(fēng)井主體結(jié)構(gòu)頂板澆筑完畢后再開挖附屬基坑。

分坑后，區(qū)間風(fēng)井主體基坑體量減小，通過合理安排施工流水進(jìn)度，縮短施工周期，將施工期間對教學(xué)樓的影響時間縮短、減小累積變形。同時，風(fēng)井主體施工完畢后，底板嵌固于粉質(zhì)粘土層，作為附屬基坑與教學(xué)樓之間的隔離屏障，可以有效削減附屬基坑開挖階段對教學(xué)樓建筑變形的影響。

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用整體剛度較好的地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系。其中，主體基坑采用1m 厚地連墻，內(nèi)支撐設(shè)置2 道砼支撐+5 道鋼支撐+1 道換撐，地墻插入比1：0.9；附屬基坑采用0.8m 厚地連墻，內(nèi)支撐設(shè)置1 道混凝土支撐+3 道鋼支撐，地墻插入比1：1.1。通過保證支護(hù)整體剛度，控制開挖期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身變形，進(jìn)而降低周邊地面沉降、建筑物變形[1]。

地連墻采用工字鋼接頭，防止地墻接縫處的滲漏水，避免基坑施工期間周邊地層因水土流失引起的沉降。地連墻施工前，在遠(yuǎn)離建筑側(cè)做試成槽以確定適宜成槽參數(shù)，確保地墻成槽時槽壁穩(wěn)定。同時設(shè)置構(gòu)造地連墻隔斷⑧3-2 圓礫層承壓水層，采用坑內(nèi)真空管井降水方案，對坑外地下水位不產(chǎn)生影響，避免下降而引起建筑沉降。

基坑開挖要求“先撐后挖、快速封底”，同時加強(qiáng)監(jiān)測與變形控制，動態(tài)跟蹤基坑自身及周邊環(huán)境風(fēng)險狀態(tài)，指導(dǎo)施工，確保基坑風(fēng)險可控。

3 有限元建模分析

采用有限元分析軟件MIDAS GTS NX 建立三維數(shù)值分析模型，模擬區(qū)間風(fēng)井基坑開挖對越秀外國語學(xué)院#4 教學(xué)樓及周邊地表沉降等環(huán)境影響。土體采用混合多邊形體單元，本構(gòu)模型選用修正摩爾-庫倫模型，土層參數(shù)根據(jù)詳勘報告選?。粎^(qū)間風(fēng)井基坑地連墻、支撐分別采用板單元、線單元模擬，本構(gòu)模型均選用線彈性模型，教學(xué)樓樓板采用板單元模擬，結(jié)構(gòu)柱、樁基礎(chǔ)采用線單元模擬。三維數(shù)值分析模型如圖1 所示，尺寸橫向（x 軸）120m，縱向（y 軸）110m，豎向（z 軸）60m。

圖1 三維模型設(shè)計

根據(jù)數(shù)值計算成果，抽取各項特征位置控制數(shù)據(jù)，最終結(jié)果如表2 所示。

表2 計算結(jié)果匯總

可見，基坑開挖過程中，基坑自身變形較小，周邊土體無明顯的擾動，雖然臨近地表沉降、建筑物變形均有一定發(fā)生，但計算沉降量或變形量都控制在許可區(qū)間內(nèi)，可指導(dǎo)后續(xù)基坑實施。

4 深基坑實施相關(guān)措施與監(jiān)測控制

4.1 勘察與準(zhǔn)備

重點做好工程影響區(qū)2～3 倍坑深范圍內(nèi)的勘察工作，并查閱既有資料，以便明確建（構(gòu)）筑物的實際情況。以管線為例，則包含類型（燃?xì)?、通信等）、尺寸、走向等。對于風(fēng)險較大的建筑物，需要由專業(yè)的機(jī)構(gòu)展開安全鑒定，并根據(jù)掌握的情況制定保護(hù)方案，從源頭上加強(qiáng)控制，保證施工安全。

4.2 坑內(nèi)降水

通過地連墻的方式隔斷圓礫層承壓水層，制定并落實坑內(nèi)降水方案，最大限度減小對坑外地下水位所造成的不良影響，以免基坑開挖期間發(fā)生建筑下沉現(xiàn)象。

4.3 加強(qiáng)監(jiān)測與控制

根據(jù)監(jiān)測要求，創(chuàng)建三級預(yù)警機(jī)制，通過與監(jiān)測單位、施工單位等相關(guān)主體的溝通，確定具體的監(jiān)測內(nèi)容，配置專業(yè)的人員以及高精度的儀器完成監(jiān)測工作。經(jīng)過監(jiān)測后，以所得結(jié)果為準(zhǔn)合理調(diào)整施工方法，全面確保施工安全。監(jiān)測范圍應(yīng)具有全面性，包含基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、道路路面、教學(xué)樓建筑等。除了對現(xiàn)有狀況作出判斷外，還需根據(jù)掌握的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)對后續(xù)的發(fā)展進(jìn)行預(yù)判，提前采取防控措施，提高施工作業(yè)的主動性，保證各工況下的施工環(huán)境均較為安全。

4.4 基坑開挖及注意事項

基坑土方開挖是一項系統(tǒng)性的工作，需要以設(shè)計要求為準(zhǔn)展開，全程均要充分遵循時空效應(yīng)原理，即分層依次開挖、嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺（不超挖）、先撐后挖。在獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)后對教學(xué)樓地基土層采取加固措施，具體為跟蹤注漿的方法，加固深度12m 左右?；拥姆€(wěn)定性有限，不宜在2 倍坑深范圍內(nèi)堆載棄方，否則易在堆載作用下影響基坑的穩(wěn)定性。此外，基坑開挖期間，坑頂周邊地面2m 范圍內(nèi)不可存在任何其他形式的附加荷載，該范圍以外的區(qū)域雖然允許有附加荷載，但不宜超過20kPa。基坑開挖期間的具體注意事項有：

⑴基坑開挖過程中若存在坑底涌水、涌沙現(xiàn)象，立即暫停開挖作業(yè)，采取回填措施，情況特殊時還可通過坑外管井達(dá)到高效降水的效果，綜合考慮周邊建筑物、地下管線的布設(shè)情況，采取合適的回灌措施，保證地下建筑物及地下管線的穩(wěn)定性。

⑵在地墻設(shè)置有內(nèi)撐支護(hù)時，若存在大幅度內(nèi)凸變位現(xiàn)象則在地墻后卸載，且不宜繼續(xù)挖土，可在既有內(nèi)支撐基礎(chǔ)上增加防護(hù)結(jié)構(gòu)，或在地墻前堆筑砂石袋[2]。

⑶基坑土體滑塌時需降低基坑周邊的水位，并對坡頂處采取卸載措施；對于尚未發(fā)生滑塌的路段應(yīng)實施監(jiān)測與防護(hù)，以免該部分受到不良影響。

⑷基坑存在滲水、流土或建筑物存在傾斜等問題時，立即暫停開挖作業(yè)，確定滲漏的具體區(qū)域后用堵漏材料處理，遇特殊情況時可輔以坑外降水等方法。通過對現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果的分析，利用跟蹤注漿的方法處理建筑臨近風(fēng)井一側(cè)的地基，深度12m，達(dá)到了防護(hù)效果。

⑸基坑開挖過程中若與燃?xì)夤芫€碰觸而導(dǎo)致其泄漏時，立即暫停施工，將情況告知監(jiān)理及業(yè)主等，并盡快與燃?xì)夤救〉寐?lián)系，由專員組織搶修工作，減少泄漏量。

⑹若存在污水管線受損的情況應(yīng)暫停施工，盡快與管線主管單位取得聯(lián)系，針對實際情況采取堵截、導(dǎo)流等相關(guān)措施。

5 結(jié)束語

軟土地層中深基坑工程需要克服軟土高靈敏性、易擾動等不利特性，還需考慮基坑變形后對周邊臨近建筑物產(chǎn)生的不均勻沉降、傾斜等有害影響。該區(qū)間風(fēng)井深基坑工程通過采用增強(qiáng)基坑支護(hù)整體剛度、“先深后淺”分坑分階段開挖、地下連墻隔斷深部承壓水以及設(shè)置隔離體等一系列系統(tǒng)性設(shè)計方案，遵循“分層分段開挖、先撐（錨）后挖，嚴(yán)禁超挖”時空效應(yīng)原理，提前確立動態(tài)監(jiān)測、保護(hù)措施的“反饋-處置”安全體系，通過控制基坑實施階段變形，減小基坑開挖對周邊建筑物影響，對類似深基坑工程設(shè)計具有參考價值。