某深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)分析

鄧祖保，季鄭杰，孫 麗

（安徽工程勘察院，安徽合肥230011）

1 工程概況

擬建工程為一棟26層商辦樓，帶兩層地下室。地下室基坑形狀近矩形45.80m×48.30m，其北側(cè)深9.40m，南側(cè)深10.20m?；?xùn)|、南及西側(cè)距離紅線較近。其東側(cè)和南側(cè)為一層廠房。西側(cè)為已建的18層住宅樓及地下室，最近距離約13m。

2 工程地質(zhì)情況

本場(chǎng)地地層主要由新近堆積的填土（Q4ml）、第四系上更新統(tǒng)（Q3pl+al）沖洪積成因的粘土、粉質(zhì)粘土等組成。場(chǎng)地各土層的組成及物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)地土層組成及指標(biāo)

本場(chǎng)地中地下水主要為賦存于①層雜填土中。地下水水量、水位的變化幅度受天氣影響明顯，在豐水期地下水位較高，最高可達(dá)地表，水量中等；枯水期水位較低，部分地段無(wú)地下水，水量貧乏；最大變化幅度約1.5m。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)型式選擇

由于該基坑不具備放坡條件，不能采用土釘墻支護(hù)；且地方政策不允許支護(hù)結(jié)構(gòu)出紅線，錨桿在本基坑支護(hù)中不能使用。本基坑平面尺寸較小，形狀接近于正方形，因此采用灌注樁加水平斜支撐是較為合理的支護(hù)型式（見(jiàn)圖1）。支護(hù)樁采用旋挖樁，?900@1800，嵌固段長(zhǎng)度大于8m。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

在初步設(shè)計(jì)時(shí)采用兩道水平斜支撐(見(jiàn)圖2）。經(jīng)計(jì)算，坡頂最大水平位移約為12.7mm。該方案安全性較高，但對(duì)施工影響較大，工程造價(jià)較高，施工周期較長(zhǎng)。

最終施工圖改為一道水平斜支撐。開(kāi)始時(shí)水平斜支撐布置在-2.5m處，并且布置一道腰梁，后為了控制樁頂水平位移，把水平斜支撐上移布置到了冠梁處（見(jiàn)圖3）。經(jīng)計(jì)算其坡頂最大水平位移約為18.4mm。最終方案更加簡(jiǎn)單，對(duì)施工影響相對(duì)較小，降低了工程造價(jià)，極大地縮短施工周期，但坡頂位移相對(duì)較大。

為保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性，在場(chǎng)地允許的南側(cè)、西側(cè)和北側(cè)增加了拉錨樁，作為冗余設(shè)計(jì)。同時(shí)要求在底板澆筑時(shí)，將筏板與支護(hù)之間的空隙用同標(biāo)號(hào)混凝土一起澆筑，即相當(dāng)于在底板處形成一個(gè)支點(diǎn)，可有效控制支護(hù)體系變形。

圖1 支護(hù)平面及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

圖2 二道撐方案

圖3 一道撐方案

4 監(jiān)測(cè)分析

4.1 監(jiān)測(cè)方案

為了驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，本基坑監(jiān)測(cè)布置了坡頂水平和豎向位移監(jiān)測(cè)、深層水平位移監(jiān)測(cè)、支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)、立柱沉降監(jiān)測(cè)以及周邊建筑物豎向沉降監(jiān)測(cè)。

布置坡頂水平和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)11個(gè)，深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè)，支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)11個(gè)，立柱沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)，周邊建筑物豎向沉降監(jiān)測(cè)9個(gè)。

4.2 水平與豎向位移

冠梁頂部的水平與豎向位移值均較小，其中冠梁頂部的水平最大水平位移為16mm，最大豎向位移為3.3mm。均比理論計(jì)算的樁頂位移量要小。

4.3 深層水平位移

CX3、CX4樁深層水平位移曲線見(jiàn)圖4、圖5。當(dāng)開(kāi)始挖土?xí)r，樁頂位移逐漸增大，并沿深度方向呈近似線性關(guān)系?；娱_(kāi)挖接近底部時(shí)，樁頂反方向小幅位移，樁頂以下5.0～6.0m位置的位移量增大，位移曲線近似弓形。其中CX4最大位移為20.17mm，最大側(cè)位移約為基坑深度的0.2%。

換撐之后，樁頂約束消失，樁頂位移明顯增大。南側(cè)CX3點(diǎn)換撐位置以上位移相對(duì)平緩，樁頂位移量達(dá)24.26mm；西側(cè)CX4點(diǎn)換撐位置以上位移急劇增大，樁頂位移量達(dá)42.97mm。造成樁頂位移不同的原因，是由于西側(cè)中間距離紅線較近，無(wú)法施工拉錨樁，而南側(cè)中部施工了3根拉錨樁。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明必要的冗余設(shè)計(jì)，可有效地減小坑頂位移，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

圖4 深層水平位移曲線CX3

圖5 深層水平位移曲線CX4

4.4 軸力

支撐梁內(nèi)力變化曲線見(jiàn)圖6。從曲線中可發(fā)現(xiàn)，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，支撐梁內(nèi)力逐漸增大。實(shí)測(cè)最大內(nèi)力8496.10kN，最小4105.70kN，均在支撐梁承載能力設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。采用啟明星軟件計(jì)算的最大內(nèi)力3047.9kN，最小2251.6kN。實(shí)測(cè)支撐梁內(nèi)力比理論計(jì)算的軸力要大1.57～3.14倍。

4.5 周邊建筑豎向位移

本基坑西側(cè)已建的18層住宅樓及地下室，其底板標(biāo)高與本基坑開(kāi)挖深度標(biāo)高基本一致，未布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。緊鄰基坑的圍墻豎向位移量較小，至換撐時(shí)，最大沉降量?jī)H為9.10mm。

5 結(jié)論

圖6 軸力圖

在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)周邊環(huán)境簡(jiǎn)單，可以適當(dāng)允許支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形，從而對(duì)內(nèi)支撐進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如減少內(nèi)支撐道數(shù)、調(diào)整內(nèi)支撐的豎向位置、增加拉錨樁等冗余設(shè)計(jì)。通過(guò)施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)分析，本基坑頂部水平與豎向位移、深層水平位移量均未超過(guò)預(yù)警值，緊鄰基坑的圍墻豎向變形量也較小，與最初設(shè)計(jì)值基本一致，滿足了施工的要求。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案有效地降低工程造價(jià)、縮短施工周期。拆換撐后，支護(hù)體系會(huì)發(fā)生較大變形，在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中應(yīng)充分考慮，如設(shè)計(jì)時(shí)增加冗余設(shè)計(jì)、施工中做好應(yīng)急處置措施等。