復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

葉 凱，樂 平，杜 琦

（江西省中贛投勘察設(shè)計(jì)有限公司，江西 南昌 330029）

隨著南昌市城市建設(shè)的發(fā)展，老城區(qū)存在停車難的問題一直未得到有效的解決，各級(jí)政府越來越重視地下空間的開發(fā)與利用，需要進(jìn)行深基坑支護(hù)的建設(shè)項(xiàng)目會(huì)越來越多。 以南昌市老城區(qū)某深基坑為案例，涉及到的復(fù)雜環(huán)境有鄰近地鐵4 號(hào)線、老舊朝陽水廠、老舊教學(xué)樓及宿舍、老舊民房和各種地下管線，臨近贛江，場地局部存在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，砂土層較厚，場地地下水豐富，與贛江有緊密的聯(lián)系。 經(jīng)過各方的多次溝通和論證，攻克多個(gè)難點(diǎn)和疑點(diǎn)，最終采用鉆孔灌注樁（局部地下連續(xù)墻）+兩道張弦梁型鋼支撐結(jié)合三軸攪拌樁止水的設(shè)計(jì)方案，保證了基坑和周邊環(huán)境的安全，為以后類似項(xiàng)目提供重要參考意義[1-6]。

1 工程概況

本工程位于南昌市第十二中學(xué)校園內(nèi)，場地東側(cè)為規(guī)劃路、 南側(cè)為朝陽洲南路，西側(cè)為撫生路、北側(cè)為朝陽水廠，西北側(cè)為十二中校內(nèi)范圍。兩層地下室，基坑開挖深度10.65 m。

基坑?xùn)|側(cè)：距離最近的3F 老舊民房（磚木壘砌而成）約5.38 m，工程未實(shí)施前現(xiàn)場勘察時(shí)看其即有搖搖欲墜之勢。 基坑南側(cè)：距在建的地鐵4 號(hào)線最近約21.97 m，距10 kV 電纜線最近約1.67 m?；游鱾?cè)（靠撫生路）：距在建的地鐵4 號(hào)線最近約21.97 m，緊貼地下室開挖線既有一高壓電纜（埋深3～6 m，頂管式施工而成），不可遷。基坑西側(cè) （靠撫生路）： 距學(xué)校8F 宿舍最近約29.76 m，距最近的6F 教學(xué)樓約24.57 m?；颖眰?cè)（靠學(xué)校）：距最近的6F 教學(xué)樓約6.52 m，距最近的4F教學(xué)樓約8.45 m。 基坑北側(cè) （靠朝陽水廠）：距最近的水池約6.81 m，朝陽水廠關(guān)乎其周邊約80 萬人口的飲水問題。

2 水文地質(zhì)條件與工程地質(zhì)條件

場地勘察深度范圍內(nèi)地下水按其含水介質(zhì)和埋藏條件，可劃分為上層滯水、 潛水和基巖裂隙水。 上層滯水主要賦存于雜填土中，其透水性弱，富水性較差；該類水無固定、連續(xù)水面，水量局部豐富、局部貧乏。 潛水水量豐富，主要賦存于細(xì)砂和粗砂中，其透水性強(qiáng)，富水性好；與贛江水系聯(lián)系較密切，主要受贛江側(cè)向補(bǔ)給排泄影響。 勘察期間測得潛水穩(wěn)定水位標(biāo)高為14.00～14.29 m，地下水年變化幅度為2.00～4.00 m。 基巖裂隙水主要分布于泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化裂隙或破碎帶中，含水層厚度、富水性及透水性不穩(wěn)定，接受上層潛水滲入補(bǔ)給，以滲流方式向低處排泄。 在坡頂散水外側(cè)開挖排水溝一條（場地條件允許），機(jī)磚砌筑，內(nèi)空尺寸300 mm×300 mm，內(nèi)壁及頂面10 mm 厚M10 水泥砂漿抹面。 坡頂排水溝與場地外下水道連通或在末端設(shè)置集水井，將水流排除。 坑內(nèi)設(shè)置疏干井及集水井，集水井隨土方開挖逐層下降布置。 土方開挖及地下結(jié)構(gòu)施工過程中必須保證集水井排水暢通。 為防止局部滲水影響坑內(nèi)施工作業(yè)，在基坑底部邊緣開挖排水溝一條，內(nèi)空尺寸300 mm×300 mm，機(jī)磚砌筑，內(nèi)壁及頂面10 mm厚M10 水泥砂漿抹面。 每隔20～30 m 在基坑陽角部位布置一口集水井，規(guī)格1 000 mm×800 mm×1 000 mm，水流通過坡頂排水溝導(dǎo)出場地外。 必須保證在基坑開挖過程中及開挖至基坑底板后不得有積水現(xiàn)象。

按其巖性及其工程特性，自上而下依次劃分為1 層雜填土、2-1 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、2-2 層粉質(zhì)粘土、2-3 層細(xì)砂、2-4 層粗砂、3-1 層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和3-2 層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，各巖土層支護(hù)所需參數(shù)如表1 所示。

表1 基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)參數(shù)

3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)

根據(jù)擬建工程場地的工程地質(zhì)、 水文地質(zhì)條件、周邊復(fù)雜環(huán)境及基坑開挖深度等因素分析，得出本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)難點(diǎn)是： ①南側(cè)和西側(cè)所有管線的變形問題。②在建地鐵4 號(hào)線的變形問題。③學(xué)校原有建筑物、 東側(cè)民房和北側(cè)水池的變形問題。④止水帷幕的選取，以及坑內(nèi)外地下水的控制問題。⑤最難點(diǎn)是南側(cè)局部離10 kV 電纜線很近，采用的支護(hù)形式必須兼支護(hù)、 止水和地下室外墻三合一，并保護(hù)好10 kV 電纜線。由于場地空間條件限制，為保證施工安全和降低工程造價(jià)，最終選用基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作為剪力墻外模，然后內(nèi)貼防水層，再施工剪力墻的方案。 該方案減少了土方開挖工程量，增大了與周邊周邊建（構(gòu)）筑物的安全距離，達(dá)到了提高工程安全性、節(jié)省造價(jià)、節(jié)約工期的目的。

4 深基坑設(shè)計(jì)選型

本基坑平面呈L 型，最大長度約180.5 m，最大寬度約141.7 m，周長約636.8 m，面積約14 305.62 m2。 場地地面整平標(biāo)高+19.5 m，基坑底標(biāo)高+8.85 m，基坑開挖深度10.65 m，地下水最高水位17.3 m。 對(duì)于周邊無放坡條件，可采用的基坑支護(hù)型式有：鉆孔灌注樁（地下連續(xù)墻）+ 型鋼（混凝土）支撐的支護(hù)形式。 由于本項(xiàng)目工期緊，建設(shè)單位要求確保在一定時(shí)間內(nèi)完工投入使用，在綜合對(duì)型鋼內(nèi)支撐和混凝土內(nèi)支撐方案從經(jīng)濟(jì)、工期、技術(shù)上進(jìn)行比較后，經(jīng)考察現(xiàn)場周邊的復(fù)雜環(huán)境、地下管網(wǎng)及巖土層等條件，根據(jù)對(duì)基坑支護(hù)工程的安全、工期和造價(jià)等方面的要求，為減少對(duì)周邊復(fù)雜的施工環(huán)境的影響，本著 “安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行，方便施工”的原則，經(jīng)過方案比較和專家論證，綜合選用鉆孔灌注樁+ 兩道張弦梁型鋼支撐結(jié)合三軸攪拌樁 （落底式止水帷幕）止水，南側(cè)局部采用三墻合一的地下連續(xù)墻（兼落底式止水帷幕）+兩道張弦梁型鋼支撐，徹底切斷了坑內(nèi)外地下水的聯(lián)系。

張弦梁型鋼支撐在施工和拆除方面比混凝土支撐優(yōu)勢明顯，可以大大節(jié)省施工工期。 混凝土內(nèi)支撐在現(xiàn)場需要較長的制作和養(yǎng)護(hù)時(shí)間，制作完成后需要達(dá)到一定的強(qiáng)度后才可進(jìn)行土方開挖，施工和養(yǎng)護(hù)周期較長，材料無法重復(fù)利用，后期拆撐也費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 張弦梁型鋼支撐體系的優(yōu)點(diǎn)如下:①裝配式安裝與拆除，撐桿結(jié)構(gòu)體系簡單，施工速度快；②受力均勻分布到整個(gè)支撐系統(tǒng)中，受力明確且變形?。虎劢Y(jié)構(gòu)體系簡單，施工空間大，便于地下主體結(jié)構(gòu)施工；④無需日常維護(hù)，預(yù)應(yīng)力一次或多次施加完畢即可正常使用；⑤施工結(jié)束后可直接拆卸，鋼材可回收利用；⑥相比傳統(tǒng)內(nèi)支撐支護(hù)系統(tǒng)，節(jié)省施工周期30%以上；⑦各類構(gòu)件可回收，現(xiàn)場施工無噪音，綠色環(huán)保。 本項(xiàng)目為江西省第一個(gè)采用張弦梁型鋼支撐體系的支護(hù)項(xiàng)目，同比國內(nèi)省內(nèi)的大型深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案通常采用的鉆孔灌注樁+ 砼內(nèi)支撐形式，本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案可達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

圖1 第一道弦梁鋼支撐平面布置

5 計(jì)算及監(jiān)測結(jié)果

本基坑采用巖土專用軟件理正深基坑7.0 進(jìn)行單元計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2、圖3 所示；采用有限元軟件MIDAS/GTS NX 進(jìn)行整體計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5 所示。

由圖2 和圖3 計(jì)算結(jié)果可知： 支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、 抗傾覆安全和抗隆起安全均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。 由圖4 和圖5 計(jì)算結(jié)果可知：支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移（開挖至坑底）約為7.1 mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大豎向位移（開挖至坑底）約為12.9 mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平和豎向位移均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

圖2 北側(cè)、東側(cè)剖面大樣

圖3 南側(cè)（局部）剖面大樣

圖4 基坑X 向位移云圖（開挖至坑底）

圖5 基坑Y 向位移云圖（開挖至坑底）

本項(xiàng)目自2019年2月基坑土方開挖始至2020年6月基坑竣工驗(yàn)收期間，一直對(duì)基坑四周的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線監(jiān)測。 從監(jiān)測成果數(shù)據(jù)資料分析，支護(hù)結(jié)構(gòu)一直處于正常狀態(tài)，支護(hù)樁及臨近地表的豎向位移及型鋼內(nèi)支撐軸力均小于警戒值，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，運(yùn)行良好，滿足設(shè)計(jì)、施工及相關(guān)規(guī)范要求。

6 結(jié)語

針對(duì)整個(gè)項(xiàng)目遇到的難點(diǎn)及特點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況和施工情況，提出安全、經(jīng)濟(jì)和可行的設(shè)計(jì)方案，并通過理論計(jì)算，驗(yàn)證方案的合理性，為類似項(xiàng)目提供了相關(guān)案例。 當(dāng)在實(shí)際工程中遇到深厚砂土層場地，地下水豐富且位于基坑底以上時(shí)，對(duì)于深基坑優(yōu)先選用落地式止水帷幕，徹底切斷坑內(nèi)外地下水的聯(lián)系；如果需要采用懸掛式止水帷幕，需進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算和多方論證。 當(dāng)場地周邊環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件不好時(shí)，一定要多到現(xiàn)場調(diào)查收集資料，充分論證選用方案的可行性，對(duì)于施工位置有限的場地，需要考慮三墻合一的地下連續(xù)墻等新的施工工藝。