大型醫(yī)院深基坑支護方案優(yōu)化研究

吳 巖

（長沙核工業(yè)工程勘察院有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著城市地下空間利用的快速發(fā)展，深基坑工程日益增多，呈現施工條件更加復雜、開挖深度更深的發(fā)展趨勢，對深基坑支護設計和施工也提出了更高的要求。從近年大量的深基坑工程實例來看，為確保安全以往多數支護方案偏于保守，雖能保障基坑工程的安全，但會增加施工難度，導致工期延長，使得基坑工程造價過高。對基坑工程條件欠考慮或追求較低的造價，又會存在安全隱患。如何制定合理的支護方案，在確保深基坑工程安全的同時，還能夠保證工程經濟效益，在安全與經濟之間尋找平衡，是當前需要解決的問題。本文以長沙某大型醫(yī)院深基坑支護工程為研究對象，介紹了支護方案的優(yōu)化設計過程，通過對基坑特點和原方案存在問題進行分析，對基坑西側支護進行優(yōu)化設計，提出了經濟合理的聯合支護方案，可為類似基坑工程設計及優(yōu)化提供參考和借鑒。

1 基坑概況

擬建醫(yī)院場地位于長沙市天心區(qū)果子園路與新谷路交會處的東南角，建筑物包括2棟住院樓、2棟商業(yè)塔樓、1棟動力中心樓、1棟質子中心樓及與住院樓配套的底層多層裙房，建筑高度為61.3 m。主體地下室3層，基坑開挖底標高為49.3 m，質子中心地下室2層，基坑開挖底標高為53.3 m?；又苓叺孛鏄烁邽?7.6～74.3 m，開挖深度5.0～25.0 m，開挖底邊線周長約1 600 m。

基坑北側為新谷路，道路邊線距開挖上口線大于18 m，新谷路有地下管線?；訓|側為森林公園山體，紅線范圍內山體頂標高為66.0～74.3 m，無地下管線?；幽蟼葹槭┕龅?，場地寬闊，無地下管線?；游鱾葹楣訄@路，施工圍墻道路邊線距開挖上口線1.5～8.0 m，果子園路有地下管線。項目周邊環(huán)境條件如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境

2 工程地質條件

擬建場地原始地貌屬湘江沖積階地，場地內的民房大部分已拆除，局部經人工填挖初步整平，現場地形起伏較大，總體上呈東高西低。根據勘察報告，場地內分布的地層自上而下分為人工填土層Qml、植物層Qpd、第四系沖積層Qal、第四系殘積層Qel，下伏基巖為第三系泥質粉砂巖E。

場地地下水類型主要為上層滯水，上層滯水主要賦存于第四系土層中，分布不均勻，受大氣降水和地表水補給，水量、水位均隨季節(jié)而變化，未形成連續(xù)穩(wěn)定水面。勘察期間，部分鉆孔遇見地下水，測得上層滯水的穩(wěn)定埋深為0.4～6.0 m，相當于標高50.0～61.7 m。

各土層物理力學參數如表1所示。

表1 各土層物理力學參數

3 支護方案分析

3.1 基坑特點

（1）本基坑主體地下室呈南北向矩形，開挖面積約為91 500 m2，質子中心地下室形狀不規(guī)則，開挖面積約5 000 m2，基坑邊坡支護總長1 600 m，開挖面積大，為大規(guī)模深基坑。

（2）基坑開挖深度大，基坑東側臨近山體邊坡支護段為永久性支護，其余側基坑支護為臨時性結構，基坑支護深度為8.7～12.0 m。

（3）基坑側壁主要為素填土、耕植土、沖積層粉質黏土以及殘積層粉質黏土。素填土主要由黏性土組成，松散狀態(tài)，密實度不均勻，未完成自重固結，土體物理力學指標較差，對圍護結構的變形和整體穩(wěn)定性控制較為不利。

（4）基坑周邊環(huán)境較為復雜，東側為森林公園山體，西側和北側為市政道路，臨基坑側道路下存在電力、電信和下水等地下管線，這些線狀構造物對沉降變形較為敏感，基坑圍護施工時，需要考慮對道路和地下管線的影響。

3.2 原設計方案分析及問題

本基坑工程面積較大，開挖較深，周邊環(huán)境較為復雜，原支護方案主要采用樁錨和復合土釘墻兩種支護形式?；訓|側邊坡主要采用雙排樁結合錨索樁支護，基坑北側和南側采用預應力錨索復合土釘墻支護，西側采用單排樁結合錨索支護?；游鱾戎ёo采用單排旋挖孔灌注樁，樁徑1 m，樁間距2 m，樁長12.5 m，樁頂設冠梁，設計2道錨索錨拉。樁錨式支護結構雖適用于復雜條件下的深基坑支護，但支護單方造價較高，灌注樁施工工期較長。基坑西側支護樁共計約210根，支護樁體量大，為確保工期進度和節(jié)省成本，有必要對基坑西側支護方案進行優(yōu)化，選用施工便捷、經濟合理的支護技術。

4 支護方案優(yōu)化

4.1 設計方案優(yōu)化

綜合基坑特點和工程條件，參考鄰近類似工程經驗，對基坑西側支護方案進行優(yōu)化?；游鱾扰R近道路，下存地下管線對變形較為敏感，在確保安全的前提下，以工期和造價等綜合考慮，采用土釘墻和豎向超前花管聯合支護技術是較為經濟合理的方案。該方案具有施工難度小、造價低、工期短等優(yōu)點，基坑開挖前布設豎向注漿花管，形成類似支護樁的微型排樁結構，可減小開挖初期樁后土體的變形，有效地保證基坑和周邊環(huán)境安全，提高基坑的整體穩(wěn)定性。土釘墻采用分層開挖支護，土方工程和基坑支護同時施工，有利于縮短工期。

優(yōu)化設計時基坑安全等級定為二級，將基坑西側樁錨支護改為注漿花管復合土釘墻支護?？禹旑A先設置兩排豎向注漿花管，鋼管外徑48 mm，壁厚3 mm，長度均為9 m，縱向間距1.0 m，排間距0.5 m。頂部設置C25混凝土連接梁，尺寸為200 mm×200 mm，主筋為3C14，箍筋為C10，間距250 mm，通過焊接將花管和連梁連接成整體，增加抵抗變形能力[1]。注漿采用水灰比0.5的水泥凈漿，水泥用量60 kg/m。最大程度利用場內現有放坡空間，采用1∶05二級放坡土釘墻，設置5排土釘，對第1、2排土釘施加預應力。優(yōu)化后基坑西側支護方案典型剖面如圖2所示。

圖2 注漿花管復合土釘墻支護典型剖面（單位：mm）

4.2 整體穩(wěn)定性分析

本文選用理正巖土6.5版計算軟件中的“超級土釘設計模塊”對優(yōu)化后方案進行整體穩(wěn)定性驗算，該模塊在驗算時考慮花管及注漿體發(fā)揮的抗剪作用，將鋼花管的截面抗剪強度乘以折減系數來確定超前注漿花管對整體穩(wěn)定性的貢獻，可優(yōu)化土釘的布設。軟件采用瑞典條分法驗算較危險滑動面的穩(wěn)定性，每層開挖面位于土釘下0.5 m，復合土釘墻支護應根據開挖工況分階段驗算穩(wěn)定性，按最終工況驗算整體穩(wěn)定性。驗算結果表明，基坑開挖到坑底時的完工工況對應的整體穩(wěn)定性安全系最小，基坑的整體穩(wěn)定性滿足要求。

5 施工及監(jiān)測分析

基坑支護工程應實施信息化施工，對基坑的動態(tài)變化進行監(jiān)測，掌握支護結構的受力動態(tài)變化情況，根據監(jiān)測結果指導設計變更和施工調整，如發(fā)現異常情況可及時采取措施。通過設計、施工、監(jiān)測的密切配合，確保施工順利進行以及基坑的穩(wěn)定。本工程在基坑西側坑頂布設水平和垂直位移監(jiān)測點17個，在周邊道路布設沉降監(jiān)測點17個，在基坑支護及地下室施工期間，對坑頂位移和周邊地表沉降進行觀測?；邮褂闷陂g，基坑整體穩(wěn)定性良好，汛期基坑尚未回填，受連降暴雨影響，基坑內有大量積水，施工單位及時對基坑進行排水，并加大監(jiān)測頻度和安全巡查力度，西側道路和地下管線無異常發(fā)生?；邮┕ぶ帘O(jiān)測結束階段，基坑西側坑頂豎向位移累計最大變化值為-23.37 mm，水平位移累計最大變化值為-26.88 mm，周邊地表沉降累計最大變化-17.03 mm，監(jiān)測期內未發(fā)生基坑報警，各監(jiān)測項均在控制范圍內，周邊地表受施工影響整體較小，基坑支護體系穩(wěn)定有效，方案設計合理，滿足工程要求。

6 結語

（1）面對大型復雜深基坑工程，應結合工程條件和基坑特點，綜合考慮安全、經濟、工期等多方面因素選擇合理的支護方案，并通過驗算優(yōu)化支護細部結構，在保證支護結構安全性的前提下，以恰當的工作量解決關鍵性的技術問題，達到技術經濟最佳。

（2）基坑西側采用注漿花管復合土釘墻支護，施工快且工藝簡單，比原樁錨支護方案節(jié)省造價約1/3左右，取得了較好的實踐效果，證明了該優(yōu)化方案的可行性和有效性。注漿花管和土釘墻聯合支護技術適用于場內有一定放坡空間，對成本和工期控制較嚴格的基坑工程，可有效降低成本，保障工程進度。