非對稱受力條件下的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

任 東

（西安世園城市開發(fā)建設(shè)有限公司，陜西 西安710024）

1 工程概況

某開發(fā)區(qū)位于國家級開發(fā)新區(qū)中心商務(wù)區(qū)的核心地帶，東、西、南三面由某河下游的彎道圍合呈“半島”狀，總規(guī)劃建筑面積約900萬m2。其中中央商務(wù)區(qū)起步區(qū)位于該區(qū)域中西部，總規(guī)劃建筑面積約200萬m2。起步區(qū)一期包含十四個地塊（項(xiàng)目）同步開發(fā)，分別為特大型金融寫字樓、酒店式公寓，以及國際會展中心等，每個地塊均設(shè)置三～四層地下室，地塊間為地下商業(yè)街或者通過地下連通道相連接。根據(jù)開發(fā)流程，上述十四個地塊同時開發(fā)，地下結(jié)構(gòu)完成后實(shí)施南、北車庫。其中南車庫（3-30地塊）位于地下結(jié)構(gòu)已經(jīng)實(shí)施完成的3-25、3-26地塊南側(cè)，基坑?xùn)|西向233 m，南北向116 m，周長約700 m，占地面積2.8萬m2；整體設(shè)置四層地下室，基坑開挖深度18.2 m，如圖1所示。除北側(cè)緊鄰已施工完成的建筑物外，東側(cè)、南側(cè)及西側(cè)均為空曠場地，3倍基坑深度范圍內(nèi)無建筑物。

圖1 基坑相對位置及開挖深度示意圖

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

擬建場地為空地，地勢較平坦，屬沖積、海積低平原。兩地塊地質(zhì)條件相近，土層自上至下依次為人工填土層（雜填土、素填土）、第Ⅰ陸相層（黏土）、第Ⅰ海相層（淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土）、第Ⅱ陸相層（粉質(zhì)黏土）、第Ⅲ陸相層（粉土、粉砂）及第Ⅱ海相層（粉砂）[1]。其中場地淺層分布的較厚的高含水量、高壓縮性極軟弱的淤泥質(zhì)黏土對支護(hù)結(jié)構(gòu)受力不利。各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見表1所列。

表1 場地內(nèi)主要土層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

場地上層為潛水含水層，靜止水位埋深約1.0 m；承壓水含水層位于地下25～60 m范圍內(nèi)的粉土、粉砂層，經(jīng)實(shí)測水頭埋深約9.0 m，基坑抗突涌穩(wěn)定性計(jì)算滿足規(guī)范要求，無須對承壓水采取處理措施。

2.2 工程重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

該工程屬超大、超深基坑，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水位高且開挖范圍內(nèi)分布有深厚的軟土層。如何保證基坑工程的順利實(shí)施并降低基坑開挖對周邊環(huán)境的影響是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要解決的重點(diǎn)問題。

根據(jù)圖1可知，該工程地下室與北側(cè)地塊的地下結(jié)構(gòu)緊鄰，該地塊地下三層，埋深淺于該工程，且已施工完成。設(shè)計(jì)及實(shí)施階段需考慮北側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)無土壓力導(dǎo)致的南北向受力不均問題；同時，止水帷幕無法閉合導(dǎo)致的滲漏水風(fēng)險也是該工程需要解決的難點(diǎn)。

2.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

結(jié)合前期項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)、工程地質(zhì)及周邊環(huán)境條件并針對要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)從擋土結(jié)構(gòu)、止水帷幕及水平支撐三方面進(jìn)行選型分析、對比并確定設(shè)計(jì)方案。

（1）擋土結(jié)構(gòu)：考慮該工程基坑開挖深度大，土層力學(xué)指標(biāo)差及東、南、西三側(cè)空曠等因素，對地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁兩方案分別進(jìn)行計(jì)算和經(jīng)濟(jì)性分析后，確定采用變形相對較大但造價較低的鉆孔灌注樁作為擋土結(jié)構(gòu)。其中，北側(cè)緊鄰施工完成的3-25、3-26地塊，利用現(xiàn)有支護(hù)樁。

（2）止水帷幕：基坑開挖深度18.6 m，結(jié)合地層條件及施工機(jī)械能力，該工程東、南及西側(cè)采用三軸攪拌樁作為止水帷幕，樁長26 m，隔斷含水層?？紤]到北側(cè)地塊地下室外側(cè)有完整的止水帷幕，圍護(hù)樁地下室外墻之間的操作空間的水主要來自降水和帷幕的少量滲漏水，其水量有限，因此在該工程開挖過程中將暴露出的北側(cè)地塊圍護(hù)樁間采取掛網(wǎng)噴漿措施，以起到護(hù)壁擋土的作用。

（3）水平支撐：為避免臨時支撐結(jié)構(gòu)對北側(cè)地下室外墻產(chǎn)生不利影響，基坑豎向設(shè)置的水平支撐標(biāo)高應(yīng)與結(jié)構(gòu)樓板或底板一致，保證水平向受力明確，避免地下結(jié)構(gòu)外墻受力過大而損壞。該基坑工程豎向僅能設(shè)置兩道水平支撐并對應(yīng)北側(cè)結(jié)構(gòu)板，南北向支護(hù)剖面圖如圖2所示。根據(jù)剖面計(jì)算結(jié)果，第二道支撐圍壓標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)860 kN/m，因此采用鋼筋混凝土材料作為支撐桿件。

圖2 南北向支護(hù)剖面圖（單位：mm）

基坑平面形狀呈矩形，考慮南北向受力不均，水平支撐平面采用了對撐+角撐的布置形式。該形式下各桿件受力明確，且傳遞到北側(cè)地下結(jié)構(gòu)上的推力相對均勻。為避免北側(cè)已施工完成的建筑物因受該工程水平支撐的推力導(dǎo)致傾斜，對北側(cè)地塊地下結(jié)構(gòu)部分樓板缺失區(qū)域進(jìn)行臨時加固后保證其整體性，并將支撐推力傳遞至對應(yīng)側(cè)的土體之上。圖3為支撐平面布置圖。

圖3 支撐平面布置圖

3 實(shí)施及監(jiān)測數(shù)據(jù)

3.1 工程實(shí)施

該工程采用對撐、角撐結(jié)合邊桁架的支撐方案，每道支撐施工時，應(yīng)首先形成中部對撐體系，以控制基坑中部變形。如圖4所示，土方開挖按照分區(qū)、分塊、對稱、平衡地進(jìn)行，待每道支撐全部形成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，才可向下開挖下層土體[2-3]。為盡量減少水平支撐對北側(cè)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的不利影響并降低基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形，土方開挖按照由北向南、由中間向兩端退挖的原則進(jìn)行實(shí)施，現(xiàn)場實(shí)施之實(shí)景如圖5所示。

圖4 土方開挖分塊示意圖

圖5 現(xiàn)場實(shí)施之實(shí)景

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)

基坑開挖過程中加強(qiáng)對北側(cè)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測及樁身測斜監(jiān)測，并對比東、西側(cè)與南側(cè)的變形數(shù)據(jù)，如圖6所示。經(jīng)持續(xù)觀測發(fā)現(xiàn)，在南北側(cè)土壓力不對稱條件下的樁身變形與其它兩側(cè)并無明顯差別；北側(cè)地下結(jié)構(gòu)整體性較強(qiáng)，亦未發(fā)生明顯水平位移，整體實(shí)施效果良好。

圖6 典型樁身測斜曲線圖（西側(cè)與南側(cè)）

4 結(jié) 語

通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可得出如下結(jié)論：對所受土壓力不對稱的深基坑，支護(hù)設(shè)計(jì)上應(yīng)采用受力明確的支撐體系；土方開挖應(yīng)按照由內(nèi)向外退挖的原則后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及對周邊環(huán)境的影響與常規(guī)深基坑差別不大；在保證鄰近地下結(jié)構(gòu)整體性的前提下，作用于其上的水平支撐力不會對其產(chǎn)生較大影響。