深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)選型研究及典型實(shí)例分析

謝 琳，郭典塔

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510010）

0 引言

近年隨著城市經(jīng)濟(jì)和建設(shè)的高速發(fā)展，因用地緊張而向地下空間發(fā)展的趨勢(shì)越來越明顯，基坑工程在建筑密集區(qū)開挖的情況也越來越多，周邊建筑物和管線眾多不可避免；同時(shí)在廣州地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，大面積分布深厚砂層或淤泥層等軟弱土層，在這種地層中基坑選型不當(dāng)容易引起基坑位移過大，坍塌、場(chǎng)地周邊管線和道路損壞等對(duì)環(huán)境造成較大影響的問題。因此，如何合理選擇支護(hù)型式，使整個(gè)基坑達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、快速的要求受到更多同行的關(guān)注。

本文結(jié)合廣州市天河區(qū)某深基坑支護(hù)項(xiàng)目，探討在復(fù)雜地層和周邊環(huán)境下基坑支護(hù)選型及分析。

1 工程概況及周邊環(huán)境

1.1 工程概況

擬建場(chǎng)地位于黃埔大道南側(cè)，恒業(yè)大廈東側(cè)，員村家樂福超市西側(cè)，如圖1 所示。地貌單元屬?zèng)_積平原，場(chǎng)地地勢(shì)高差大，場(chǎng)區(qū)地面標(biāo)高約15.94～20.13 m（本工程采用廣州高程系，下同）；本場(chǎng)區(qū)下設(shè)4層地下室，北面局部設(shè)置3 層地下室；地下室基坑總占地10 867 m2，基坑周長(zhǎng)約為470 m，-3 層基坑開挖深度相對(duì)標(biāo)高為-12.70 m（局部為-13.80 m），-4 層開挖深度相對(duì)標(biāo)高為-16.50 m（局部為-16.00 m）；基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)變形要求嚴(yán)格，因而基坑支護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)，側(cè)壁重要性系數(shù)取1.10。

圖1 基坑周邊環(huán)境Fig.1 The Surrounding Environment of Foundation Pit

1.2 周邊環(huán)境

基坑北面為黃埔大道中，基坑內(nèi)邊線距離用地紅線約1.90 m，與本基坑現(xiàn)場(chǎng)地差約2.0 m。西面為某大廈及員村白馬崗住宅樓市政道路及居民住宅樓，基坑內(nèi)邊線距離該大廈地下室外邊線最近約12.00 m，大廈設(shè)置2 層地下室，地下室底板標(biāo)高約13.50 m（廣州高程），基礎(chǔ)為人工挖孔樁；基坑內(nèi)邊線距離員村白馬崗住宅樓地下室邊線約15.00 m，設(shè)置1 層地下室，地下室底板標(biāo)高為17.00 m（廣州高程），基礎(chǔ)采用人工挖孔樁；西側(cè)市政道路與場(chǎng)地基坑現(xiàn)狀高差約2.00～4.80 m 不等；南面為空地，基坑內(nèi)邊線距離用地紅線約38.50 m。東面為空地，基坑內(nèi)邊線距離現(xiàn)狀圍墻約16.00～18.50 m，基坑內(nèi)邊線距離用地紅線約28.00 m。

1.3 周邊管線

根據(jù)本場(chǎng)地周邊管線資料，北側(cè)基坑內(nèi)邊線距離給水管線最近約14.50 m，管徑為400 mm，管頂埋深約21.40 m，呈東西走向。基坑內(nèi)邊線距離煤氣管線約18.00 m，管徑為219 mm，管頂埋深為21.30～22.00 m。西側(cè)基坑內(nèi)邊線距離電力管線約3.26 m，管徑為400 mm，管頂埋深為21.50 m，呈南北走向?；觾?nèi)邊線距離煤氣管線約10.30～17.30 m，管徑為110 mm 及160 mm，管頂標(biāo)高為20.80～20.90 m，呈東西走向；基坑內(nèi)邊線距離給水管線約9.75 m，管徑為200 mm，管頂埋深約20.80 m，呈南北走向，基坑內(nèi)邊線距離排水管線約14.60 m，管徑為300 mm，管頂標(biāo)高為20.80 m。南側(cè)無管線。東側(cè)主要為給水管線，基坑內(nèi)邊線距離14.50 m，管徑為300 mm，管頂埋深約14.50～17.05 m，呈南北走向。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察報(bào)告可知場(chǎng)地巖土層自上而下劃分為：填土層、沖積層、風(fēng)化殘積土層及白堊系基巖等四大類；典型地質(zhì)剖面如圖2所示，現(xiàn)將各巖土層工程地質(zhì)特征綜述如下：

圖2 地質(zhì)剖面圖Fig.2 The Profile of Geological

⑴土層

〈1〉素填土：土性為素填土，松散～稍密，主要由粘性土、中粗砂、碎石、碎磚等組成。該層場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度0.40～3.50 m，平均厚度1.38 m。

〈2〉淤泥（質(zhì)土）：流塑狀，粘性較好，含有機(jī)質(zhì)，厚度2.20～7.20 m，平均厚度4.64 m。

〈3〉粉質(zhì)粘土：可塑～硬塑，局部軟塑，粘性較好，厚度0.50～4.40 m，平均厚1.89 m。

〈4〉中砂：松散～稍密，分選性一般，局部含粘粒較多，厚度1.00～2.60 m，平均厚1.83 m。

〈5〉軟塑狀粉質(zhì)粘土層：為礫巖風(fēng)化殘積而成的粉質(zhì)粘土，軟塑狀，偶夾礫石，厚度2.80～4.58 m，平均厚度3.69 m。

〈6〉可塑狀粉質(zhì)粘土層：為礫巖、粗砂巖風(fēng)化殘積而成的粉質(zhì)粘土，可塑狀，粘性一般，局部含未風(fēng)化卵石；單層厚度2.00～10.30 m，平均厚度5.31 m。

〈7〉硬塑狀粉質(zhì)粘土：為礫巖風(fēng)化殘積而成的粉質(zhì)粘土，硬塑，粘性一般，偶夾未風(fēng)化卵石；厚度0.60～8.75 m，平均厚度3.89 m。

⑵基巖

本場(chǎng)地基巖巖性為礫巖、粗砂巖、粉砂巖，按風(fēng)化程度由上至下可劃分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化4個(gè)巖層，分層描述如下：

〈8〉全風(fēng)化層：巖芯呈堅(jiān)硬土狀，巖質(zhì)極軟，強(qiáng)度低，局部夾礫石，厚度1.70～10.50 m，平均厚度5.47 m。

〈9〉強(qiáng)風(fēng)化層：巖芯呈半巖半土狀，巖質(zhì)軟，強(qiáng)度低，局部夾中風(fēng)化巖，厚度0.30～18.00 m，平均厚度4.86 m。

〈10〉中風(fēng)化層：中厚層狀，巖芯呈塊狀～柱狀，裂隙較發(fā)育，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，較新鮮，單層厚度0.20～3.00 m，平均厚度1.23 m。

〈11〉微風(fēng)化層：泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀，巖芯呈柱狀，巖質(zhì)新鮮堅(jiān)硬，單層揭露厚度0.80～5.20 m，平均厚度2.73 m。

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察揭露場(chǎng)地地下水主要為砂層孔隙水及基巖裂隙水，第四系沖積層的砂層為強(qiáng)透水層，地下水量較豐富，鉆探期間測(cè)得各孔地下水位埋深0.10～1.40 m。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案分析與計(jì)算

3.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型分析

由于基坑周邊構(gòu)筑物眾多且管線復(fù)雜，在坑支護(hù)深度深、且地質(zhì)條件差異大存在軟弱土層，基坑支護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)［1-4］。

若基坑支護(hù)措施不當(dāng)，土方開挖將產(chǎn)生嚴(yán)重變形，對(duì)市政道路、管線的穩(wěn)定及鄰近建筑物的安全帶來不利影響［5-10］，因此，本基坑工程的成敗關(guān)鍵在于嚴(yán)格控制變形及水土流失，防止水位下降對(duì)周邊建筑物的影響。

支護(hù)方案分析：以安全可行、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工為設(shè)計(jì)原則，綜合分析研究本工程的有利和不利因素，以保證安全、方便施工、造價(jià)經(jīng)濟(jì)為原則。本項(xiàng)目基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用了“支護(hù)樁+2 道（1 道）混凝土內(nèi)支撐”或“樁錨”的支護(hù)結(jié)構(gòu)，止水采用深層水泥土攪拌樁，對(duì)于西側(cè)受場(chǎng)地位置所限，采用雙管旋噴樁進(jìn)行樁間止水。

其優(yōu)點(diǎn)在于：①受力性能較好，剛度較大，對(duì)變形控制較好，對(duì)周邊管線及道路影響較??；②止水效果好，安全可靠，對(duì)市政道路、管線造成影響較?。虎凼┕ぞ哂锌尚行?，能夠確保合理施工工期。④造價(jià)相對(duì)較低。

其缺點(diǎn)為挖土等作業(yè)空間受內(nèi)支撐的影響，出土效率低，第二道采用預(yù)應(yīng)力錨索可以有較大的空間，方便出土。

基坑支護(hù)平面及典型剖面如圖3所示。

圖3 基坑支護(hù)平面及剖面圖Fig.3 The Floor Plan and Profile of the Retaining and Protection for Excavations （mm）

3.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算

由于周邊環(huán)境、深基坑開挖過程和地質(zhì)條件的復(fù)雜性，無法完全模擬其實(shí)際開挖過程，本項(xiàng)目基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算采用北京理正深基坑支護(hù)7.0PB4 結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行分區(qū)計(jì)算。

3.2.1 各分區(qū)內(nèi)地面超載取值

一般區(qū)域區(qū)考慮地面超載取值為20 kPa；出土口區(qū)考慮地面超載取值為35 kPa。

3.2.2 水位取值基坑內(nèi)側(cè)水位按地下水位降至基坑底以下0.50 m；基坑外水位由于上部放坡泄水管排水作用，水位選取地面下2.50 m。

3.2.3 支撐剛度的取值

圖4 典型計(jì)算結(jié)果包絡(luò)圖Fig.4 The Envelop Diagram of the Typical Calculation Results

4 實(shí)施效果

本項(xiàng)目基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系從2011 年12 月開始施工至2012 年8 月地下結(jié)構(gòu)施工完成，基坑支護(hù)和地下結(jié)構(gòu)施工整個(gè)過程經(jīng)歷了多場(chǎng)大暴雨的考驗(yàn)，目前已全部施工完成，由于整個(gè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)各種不利情況的考慮比較全面，基坑支護(hù)選型合理，基坑開挖后整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)部無滲漏，止水效果很好，而且從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映基坑變形均較小，基坑處于安全狀態(tài)。根據(jù)布置的基坑監(jiān)測(cè)圖，基坑監(jiān)測(cè)反映的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)資料表明，水平位移累計(jì)量最大的是測(cè)點(diǎn)SV12，向基坑內(nèi)側(cè)位移12.30 mm；沉降累計(jì)量最大的是測(cè)點(diǎn)SV14，向下沉量為-5.64 mm；支護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜累計(jì)量最大的是測(cè)點(diǎn)CX9，為10.30 mm，基坑地下水位監(jiān)測(cè)累計(jì)量最大的是測(cè)點(diǎn)SW12，地下水位下降了3.75 m；從結(jié)果可知，實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算值相吻合，且反映位移及沉降較大值都在基坑邊線中部，較小值都在基坑邊線的端部；目前已施工完成，基坑開挖到底完成現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

圖5 基坑現(xiàn)場(chǎng)Fig.5 The Scene Graph of Excavations

5 結(jié)論

本工程實(shí)踐證明，結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及基坑開挖深度等因素，采用不同型式的組合支護(hù)體系，既可以節(jié)省造價(jià)，方便施工，又可以控制基坑變形，做到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，反之一旦選型不正確，則很容易造成基坑安全事故；通過本基坑工程的實(shí)踐，可得出如下結(jié)論：

⑴本項(xiàng)目根據(jù)周邊環(huán)境復(fù)雜，場(chǎng)地高差大，地質(zhì)條件差等特點(diǎn)，針對(duì)性的采用樁撐、樁錨、噴錨等組合支護(hù)體系。當(dāng)基坑支護(hù)開挖深度較大且周邊有面保護(hù)的建筑物和管線時(shí)，基坑支護(hù)型式宜采用剛度大的樁撐支護(hù)結(jié)構(gòu)型式。

⑵當(dāng)場(chǎng)地存在深厚砂層或淤泥質(zhì)土層等不利地層時(shí)，應(yīng)采用可靠的止水措施，可選擇地下連續(xù)墻或咬合樁止水，但考慮到造價(jià)等因素本項(xiàng)目采用造價(jià)便宜的普通攪拌樁和雙管旋噴樁組合止水，施工期間支護(hù)樁樁間及整個(gè)基坑基本上無出現(xiàn)滲漏。

⑶當(dāng)場(chǎng)地高差大時(shí)，基坑支護(hù)存在不平衡土壓力時(shí)，可考慮采用土釘或錨索來分擔(dān)不平衡土壓力，從而防止采用偏壓等不利影響；

⑷當(dāng)場(chǎng)地處于市區(qū)，項(xiàng)目工期緊，支護(hù)選型盡量選用錨桿或錨索便于土方的開挖，加快工期；同時(shí)對(duì)于周邊環(huán)境保護(hù)要求高時(shí)，角部盡量采用角撐，中間采用對(duì)撐，同時(shí)支撐標(biāo)高的設(shè)置應(yīng)避開與樓面沖突。

⑸本項(xiàng)目基坑支護(hù)選型具有整體剛度大，對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于城市市區(qū)用地緊張且周邊環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)地，為類似工程設(shè)計(jì)和施工提供參考。