復(fù)雜環(huán)境深基坑支護(hù)體系選型重要性分析

陳杰

（廈門象嶼港灣開發(fā)建設(shè)有限公司）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市人口密度的不斷增加，城市有限土地資源供應(yīng)越來越緊張，高效開發(fā)和利用地底下的空間，是新時代城市規(guī)劃建設(shè)的重要研究、發(fā)展方向。開發(fā)地底下的空間，興建地下工程，就涉及深基坑工程，而深基坑工程中基坑支護(hù)的選型直接影響工程經(jīng)濟(jì)效益、施工進(jìn)度、施工安全及周邊環(huán)境的安全。

深基坑支護(hù)的目的是為了保護(hù)基坑內(nèi)地下主體結(jié)構(gòu)施工和基坑周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線、道路等的安全性，而對深基坑采取的臨時性的支撐保護(hù)以及有效控制地下水的措施。深基坑支護(hù)常見的結(jié)構(gòu)形式有：放坡開挖、土釘墻（復(fù)合土釘墻）、拉森鋼板樁、排樁、重力式水泥土擋墻、地下連續(xù)墻和SMW 工法樁等。基坑支護(hù)還應(yīng)包含地下水控制，地下水控制方法主要有：集水明排、降水、截水和回灌方法或其組合。

深基坑支護(hù)在整個項目建設(shè)過程占有重要地位，其結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計的科學(xué)與合理性，直接關(guān)系到地下結(jié)構(gòu)施工和基坑周邊環(huán)境的安全，并影響到項目的施工進(jìn)度和工程造價。

1 工程概況

某學(xué)校擴(kuò)建項目位于校內(nèi)預(yù)留發(fā)展用地，擴(kuò)建建筑面積7447m2，采用樁基礎(chǔ)形式。場地內(nèi)為學(xué)校內(nèi)草坪，原始地貌為沖海積堆積階地，后期經(jīng)工程建設(shè)（填海造地）回填平整。場地東側(cè)為已建城市道路支路；南側(cè)為城市主道路；西側(cè)為學(xué)校已建體育館；北側(cè)為已建教學(xué)樓?；娱_挖深度約5.1～5.6m，基坑底邊線周長340m，基坑面積為4200m2。

2 工程水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

本工程位于閩南沿海城市，上部土層為人工填土①（層厚1.20～4.30m）、人工填砂②（2.70～5.80m）、海積淤泥③（0.30～1.90m）；下部為粉質(zhì)粘土④（1.60～6.40m）、中砂⑤（0.40～5.20m）、全風(fēng)化花崗巖⑥（0.90 ～6.40m）、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑦（1.40 ～19.90m）：碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑧（0.95～5.10m）。

2.2 水文地質(zhì)條件

本場地紅線范圍內(nèi)未見地表水系，地下水位埋深3.90～4.70m 之間，地下穩(wěn)定水位埋深3.7～4.60m 之間，穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.95～2.78m，根據(jù)該地區(qū)的水文地質(zhì)資料，本項目場地地下水位年變化幅度大約在2.002～3.00m 之間，近3～5 年內(nèi)最高地下水位標(biāo)高約為4.00m，歷史最高地下水位約為5m。淤泥③、粉質(zhì)粘土④為微透水層，為相對隔水層；填砂②、中砂⑤層屬強(qiáng)透水層，為主要含水層，富水性好；其余各巖土層均為弱透水層，富水性較差。

3 基坑支護(hù)設(shè)計

3.1 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則及計算方法

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要以破壞后果嚴(yán)重程度，將支護(hù)結(jié)構(gòu)劃分為三個安全等級。對于支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、土體失穩(wěn)或過大變形，對基坑周邊環(huán)境及地下室結(jié)構(gòu)施工影響很嚴(yán)重的安全等級定性為一級，破壞結(jié)果與影響一般的安全等級定性為二級，破壞結(jié)果與影響不嚴(yán)重的安全等級定性為三級。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計與驗算。目前主要采用有限元法進(jìn)行深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，這種方法可以有效的計入施工過程各種因素的影響，并在確保深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的情況下，將支護(hù)結(jié)構(gòu)最大限度進(jìn)行優(yōu)化，讓整改深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)更加合理與經(jīng)濟(jì)。

3.2 深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)體系選型

鑒于基坑四周均有建（構(gòu)）筑物，環(huán)境較復(fù)雜，結(jié)合基坑大小、開挖深度，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，施工設(shè)備、技術(shù)條件和季節(jié)氣候等綜合條件，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)體系施工造價等因素，經(jīng)過比選、優(yōu)化，最終選定SMW 工法樁+局部內(nèi)支撐支護(hù)方案，具體比選方案如下：

⑴放坡開挖：優(yōu)勢是造價低，施工便捷、進(jìn)度快；劣勢是開挖土方量較大，穩(wěn)定性和安全性差；適用于場地開闊，土層較好，周圍無建（構(gòu)）筑物、地下管線等，安全等級三級的基坑，一般放坡高度≤5m。本項目場地、土層、周圍環(huán)境、基坑深度均不滿足，不選用。

⑵土釘墻：優(yōu)勢是造價低，施工便捷、穩(wěn)定可靠；劣勢是土質(zhì)要求高，工期緊需投入較多設(shè)備；適用于非軟土土質(zhì)，安全等級二、三級的基坑，基坑潛在滑動、場內(nèi)有建（構(gòu)）筑物和重要地下管線不適用；本項目場內(nèi)四周有建（構(gòu)）筑物不滿足，不選用。

⑶重力式水泥土擋墻：優(yōu)勢是造價低，施工較方便、進(jìn)度較快；劣勢是穩(wěn)定性和安全性較差；適用于淤泥質(zhì)土，基坑深度≤7m，安全等級二、三級的基坑；本項目土層地質(zhì)不滿足，不選用。

⑷拉伸鋼板樁：優(yōu)勢是二次利用率高，造價較低，施工方便，工期短；劣勢是擋水性較差，懸臂抗彎能力較弱，開挖后變形較大；適用于懸臂支護(hù)＜4m，安全等級二、三級的基坑，懸臂支護(hù)≥4m 需設(shè)置內(nèi)支撐，下部嵌固端需進(jìn)入穩(wěn)定土層，否則容易傾覆；本項目基坑深度、擋水性及四周環(huán)境均不滿足，不選用。

⑸排樁：優(yōu)勢是穩(wěn)定性和安全性好，變形小，設(shè)備簡單，施工技術(shù)成熟；劣勢是造價高，工期長；適用于較差土層，懸臂排樁高度≤6m，一般用于多層地下室深基坑，并采取錨索或內(nèi)支撐控制變形，安全等級一、二級的基坑；雖然條件都滿足，但是造價高，經(jīng)濟(jì)性較差，不選用。

⑹地下連續(xù)墻：優(yōu)勢剛度大，止水效果好，最強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)形式；劣勢是造價較高，工期長，施工工藝和設(shè)備復(fù)雜，施工技術(shù)要求高；適用于條件差和復(fù)雜的地質(zhì)，基坑深度大，周邊環(huán)境要求較高，安全等級一、二級的基坑，一般懸臂高度≤6m。因為工期長，造價高，不選用。

⑺SMW 工法樁：優(yōu)勢是施工噪聲小，安全性和穩(wěn)定性好，防水與支護(hù)相結(jié)合，H 型鋼可回收降低造價；劣勢是較深的基坑需配合多道錨索或內(nèi)支撐；適用于軟土和地下水較豐富場地，安全等級一、二級的基坑。凡是適合應(yīng)用水泥土攪拌樁的場合都可使用，沿海區(qū)域或地下室豐富的區(qū)域使用較多。因為本項目土質(zhì)、水位、周圍環(huán)境等均適用，且H 型鋼可回收，造價相對排樁和連續(xù)墻較低，所以選用。

在完成基坑支撐結(jié)構(gòu)選型后，為避免出現(xiàn)施工預(yù)算超過概算，進(jìn)一步降低工程造價，充分利用場內(nèi)條件和土力學(xué)性能等條件，對SMW 工法樁支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化組合方案比選，具體如表1。

表1 SMW 工法樁支護(hù)結(jié)構(gòu)組合形式比選

3.3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

經(jīng)過比選，本基坑采用SMW 工法樁+局部內(nèi)支撐+局部懸臂+局部冠梁頂放坡組合支護(hù)體系?；觾?nèi)采用三軸攪拌樁作為止水帷幕，基坑內(nèi)采用疏干井結(jié)算集水明排進(jìn)行降排水。

⑴基坑北側(cè)和西側(cè)鄰近已建教學(xué)樓和體育館，采用φ850@600 三軸攪拌樁密插（局部跳插） 長12 米HN700×300×13×24 型鋼，在場地標(biāo)高﹣1.00m 處設(shè)置1200×700 鋼筋混凝土冠梁，配合鋼筋混凝土內(nèi)支撐。詳見圖1。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

⑵基坑?xùn)|側(cè)鄰近支路，采用φ850@600 三軸攪拌樁密插長15 米HN700×300×13×24 型鋼，在場地標(biāo)高﹣1.00m 處設(shè)置1200×600 鋼筋混凝土冠梁。冠梁頂至用地紅線內(nèi)采用坡率1:1 放坡。詳見圖2。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

⑶基坑南側(cè)距離城市干道之間有6.0m 寬城市綠化用地，采用φ850@600 三軸攪拌樁調(diào)插長15 米HN700×300×13×24 型鋼，在場地標(biāo)高﹣2.00m 處設(shè)置1200×600 鋼筋混凝土冠梁。冠梁頂至用地紅線2.0m設(shè)置放坡平臺，紅線外城市綠化用地2.5m 內(nèi)采用坡率1:1 放坡。詳見圖3。

圖3 支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

4 結(jié)束語

綜上所述，可以得到以下結(jié)論：

⑴深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計不僅要考慮其支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，還要測算工程造價和施工工期等各方面的綜合經(jīng)濟(jì)效益。一個安全系數(shù)高、高性價比的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，要因地制宜，根據(jù)項目施工現(xiàn)場的實際情況，選用合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，做到安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性三方面統(tǒng)籌兼顧。

⑵城市地下空間開發(fā)日益發(fā)展，基坑支護(hù)設(shè)計日益復(fù)雜，單一一種支護(hù)方案已很難滿足復(fù)雜基坑的設(shè)計，應(yīng)全面考慮地質(zhì)條件、周邊環(huán)境和性價比等，選用多種支護(hù)方案進(jìn)行組合性支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，達(dá)到設(shè)計優(yōu)化、技術(shù)可靠和造價經(jīng)濟(jì)的目的。

⑶SMW 工法樁+局部內(nèi)支撐組合支護(hù)體系，既可作為支護(hù)體系，可擋土又可兼做止水帷幕，SMW 工法構(gòu)造簡單，施工速度快，又可大幅縮短工期，對于濱海地區(qū)基坑可適用性強(qiáng)。