城區(qū)復(fù)雜條件超深基坑支護(hù)施工技術(shù)

秦海波

（四川省冶勘設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

成都城區(qū)基坑具有周邊環(huán)境復(fù)雜，臨近周邊建筑及市政道路，基坑深度不斷加大的特點(diǎn)，控制基坑的變形成為重中之重，其支護(hù)體系多為錨拉樁、少部分采用內(nèi)支撐支護(hù)體系，對復(fù)雜的周邊環(huán)境及超深的基坑，須采用多種支護(hù)方式及特殊施工技術(shù)來控制基坑變形，同時保障周邊建構(gòu)筑物的安全。

1 工程概況

1.1 整體概況

該工程主要由2 棟35F 的超高層及附屬商業(yè)建筑組成。公司承擔(dān)該項(xiàng)目的基坑支護(hù)與降水工程，基坑面積16655 m，周長565m，地下4 層（局部3 層），基坑深度17.6m～22.35m，基坑安全等級為一級。

1.2 基坑設(shè)計(jì)

在該項(xiàng)目中，由于現(xiàn)場環(huán)境的特殊性，直接導(dǎo)致了基坑開挖深度增加，同時開挖邊線距離紅線較近，因此該現(xiàn)場不具備開展放坡作業(yè)的條件。根據(jù)成都地區(qū)的基坑工程經(jīng)驗(yàn)，基坑的變形即使在規(guī)范允許范圍內(nèi)，仍然會對基坑鄰近道路、建筑物及管線造成很大影響，特別是地鐵側(cè)要求滿足地鐵相關(guān)變形要求。在基坑支護(hù)樁布置時綜合考慮預(yù)留外墻結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)施工工作面，暫定基礎(chǔ)邊線外延1.0m 為支護(hù)樁邊線，由于現(xiàn)場工程地質(zhì)條件較為特殊，結(jié)合上述因素，因此在基坑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)規(guī)劃時，采用排樁+錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，局部采用懸臂樁及內(nèi)支撐，該基坑深淺交替，周邊條件多變，支護(hù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，基坑支護(hù)典型剖面如圖1 所示。東、南側(cè)為錨拉樁方案，樁中心距2.2m，樁徑1.2m，樁間設(shè)置4 排～5 排錨索，槽鋼腰梁及混凝土腰梁間隔設(shè)置；西側(cè)上部7.15m 與已建成小區(qū)車庫相連，下部為錨拉樁，樁中心距1.8m，樁徑1.2m，樁身設(shè)置2 排錨索；北側(cè)以錨拉樁為主，局部采用懸臂樁，樁中心距2.0m，樁徑1.5m，樁間設(shè)置2 排錨索；東北角與地鐵5 號線連接通道采用內(nèi)支撐，共設(shè)置3 道609×16mm 的鋼支撐。

圖1 基坑支護(hù)典型剖面示意圖

1.3 水文地質(zhì)

經(jīng)過詳細(xì)且全面的工程勘測，發(fā)現(xiàn)施工場地存在地下水，同時其主要類型為第四系沖洪積砂卵石層中的孔隙潛水以及基巖裂隙水。上部的人工填土、粉土層透水性則相對較弱，屬于弱透水層，第四系沖洪積砂卵石層中的孔隙潛水滲透系數(shù)24m/d，場地靜止水位埋深為6.50m～9.60m，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，場地地下水位豐、枯水期年變幅為1.50m～2.50m。

1.4 地層巖性

根據(jù)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)施工場地的地層巖性以粉土、細(xì)砂、第四系全新統(tǒng)人工堆填（Q4ml）雜填土、第四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）的粉質(zhì)黏土、全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）的砂卵石層及中生界白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）泥巖為主，該區(qū)域各地層物理力學(xué)參數(shù)見表1，包括以下內(nèi)容：1）粉土（Q4al）。中密，濕，該層分布面積較大，同時局部地段缺失，巖層厚度為1.20m～2.10m。2）細(xì)砂（Q4al）。松散，濕度較大，同時，該層在場地內(nèi)局部區(qū)域分布，土層厚度為0.50m～2.40m。3）雜填土（Q4ml）。松散，其組成的成分以建筑垃圾及生活垃圾為主。該層在場地內(nèi)的分布面積較廣，其土層厚度為0.80m～13.0m。4）粉質(zhì)黏土（Q4al）。以硬塑態(tài)為主，且局部還呈現(xiàn)可塑狀態(tài)，該層在場地內(nèi)普遍分布，厚度為0.90m～4.0m。5）中砂（Q4al+pl）。松散，該層呈透鏡體夾于卵石層中，土層厚度為0.50m～2.20m。6）卵石（Q4al+pl）。松散～密實(shí)，充填物主要為中細(xì)砂，含少量泥質(zhì)，部分地段卵石層中夾有中砂軟弱層。7）砂質(zhì)泥巖（K2g）。薄～中層厚狀構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)其風(fēng)化程度可為2 個強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化亞層。

表1 各地層物理力學(xué)參數(shù)

1.5 周邊環(huán)境

項(xiàng)目位于成都市天府三街，大源商圈，地理位置屬于成都市高新區(qū)的核心區(qū)域，地理位置較為敏感。基坑?xùn)|側(cè)緊鄰劍南大道及地鐵5 號線，地下室開挖線距離紅線約3m，且東北角與地鐵5號線出口相連；場地西側(cè)為世豪D區(qū)高層住宅，地下室負(fù)一層與前期地下室相連，原地下室為獨(dú)立基礎(chǔ)，天然地基，基礎(chǔ)持力層為砂卵石層，基礎(chǔ)埋深10.8m；場地北側(cè)為世豪廣場高層寫字樓，基坑邊線距寫字樓9.6m，寫字樓為筏板基礎(chǔ)，天然地基，基礎(chǔ)持力層為砂卵石層，基礎(chǔ)埋深11.8m；西北角負(fù)一、二層與寫字樓地下室連通；場地南側(cè)為天府三街，地下室開挖線距離紅線約5m?；又苓吺姓拦芫W(wǎng)很多，其中東、南側(cè)市政道路下方設(shè)有2×2.2m、110kVA的主電力隧道，距基坑邊線5m～8m，底板埋深5.6m～7.5m，對錨索施工影響較大，基坑周邊環(huán)境條件極為復(fù)雜。

1.6 基坑降水

施工期間處于豐水期，由于受東側(cè)地鐵施工降水影響，地下水位偏低，測得地下水穩(wěn)定水位埋深6.50m～9.60m。據(jù)收集到的資料，該場地年最高潛水位標(biāo)高483.00m，埋深約3.0m，地下水滲透系數(shù)為24m/d?；鶐r面在地面以下16m～18m，由于基巖面較淺，基巖頂面1m～2m 地下水無法采用井點(diǎn)降水排出，必須在坑內(nèi)設(shè)置排水溝和集水井，以明排疏干基坑表層的積水，基礎(chǔ)電梯井、集水坑等超深部分降水須結(jié)合明排措施解決地下水對工程施工的影響。

降水方案：地下水采用重型井點(diǎn)（管井）降水方案。在基坑四周布置降水井，降水井間距約22.0 m，降水井深度30.0 m，共布置降水井29 口。

地下水明排：設(shè)置降水井后，電梯井、集水坑內(nèi)地下水無法通過降水井降低至基巖頂面，該深度范圍采用明排方式解決，坑內(nèi)采用水泵抽排地下水。

1.7 基坑監(jiān)測

監(jiān)測項(xiàng)目有支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、臨近建構(gòu)筑物變形監(jiān)測以及地面沉降監(jiān)測等。支護(hù)結(jié)構(gòu)位移允許值25 mm，警戒值20 mm，每天發(fā)展不超過2 mm；地面沉降允許值30 mm，警戒值20 mm，每天發(fā)展不超過3 mm；煤氣管道沉降和位移允許值10 mm，每天發(fā)展不超過2 mm；自來水管沉降和位移允許值20 mm，每天發(fā)展不超過2 mm。支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力警戒值：相應(yīng)工況應(yīng)力設(shè)計(jì)值的80%，任何情況下均不得超過結(jié)構(gòu)、材料的設(shè)計(jì)承載能力。

斯里蘭卡“星光藍(lán)寶石”經(jīng)過琢磨，通過放大鏡可細(xì)細(xì)品味寶石中的“燦爛星光”。此外，在暗光下，普通的深藍(lán)寶石顯現(xiàn)為黑色，而優(yōu)質(zhì)的斯里蘭卡藍(lán)寶石在任何光照下都會保持本色。

2 基坑施工風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 基坑深度大、技術(shù)難度高

基坑面積16665 m，最大挖深22.35 m，挖方總量約30萬m3，屬于超大超深基坑。基坑變形控制極為嚴(yán)格，避免引起相鄰建構(gòu)筑物、地鐵、道路及管線的變形破壞。基坑深度超過20 m，第四系沖洪積地層厚度18 m 左右，在四川屬于超深基坑，支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的土壓力大；基坑周邊為高層建筑和城市主干道附加荷載也較大且臨近地鐵線，支護(hù)結(jié)構(gòu)考慮地鐵運(yùn)營動等動荷載。支護(hù)樁超長，設(shè)備特殊、技術(shù)難度大，最大樁長超過30 m，最大樁徑1.5 m，對成孔、孔壁穩(wěn)定、垂直度控制、鋼筋籠整體吊裝等控制難度高。

2.2 變形控制要求嚴(yán)格

基坑周邊環(huán)境敏感，如果控制不當(dāng)，造成支護(hù)變形過大，周邊的建構(gòu)筑物將出現(xiàn)變形開裂或傾斜等情況；市政道路將沉陷、產(chǎn)生裂縫；市政雨污水管網(wǎng)破損導(dǎo)致水土流失，降低支護(hù)土體強(qiáng)度，進(jìn)一步會破壞支撐體系的穩(wěn)定性，造成更大變形。由于對超深基坑的總體變形量、變形規(guī)律等經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足，因此變形控制難度高。為保障周邊建構(gòu)筑物的安全，該基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)必須及時分析形成報(bào)告，指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)際施工工區(qū)安排及工序銜接，總體變形量及變形速率必須嚴(yán)格控制。

3 支護(hù)施工技術(shù)

針對基坑的特殊場地條件和潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場采用了上墻下樁施工技術(shù)、短自由段錨索施工技術(shù)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)等措施來控制的基坑的變形。

3.1 上墻下樁施工技術(shù)

場地西側(cè)為已建高層住宅，地下室負(fù)一層與前期地下室相連，受該條件限制，西側(cè)支護(hù)上部利用原已建地下室外墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，下部為錨拉樁，整體為上墻下樁的分級支護(hù)體系，為保證原地下室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，控制基坑變形對原地下室基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響變得尤為重要。在考慮以上因素的前提下，為減少對臨近建筑物基礎(chǔ)的影響，下部樁錨支護(hù)邊界保持3 m 左右的距離，同時頂標(biāo)高適當(dāng)高于原基礎(chǔ)頂2 m，保證原地下室基礎(chǔ)適當(dāng)?shù)穆裰蒙疃龋詼p少其變形量，保證其結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。采用上墻下樁方式充分利用原來的地下室外墻，在保證基坑安全的同時也節(jié)約了支護(hù)工程的造價(jià)。

3.2 短自由段錨索施工技術(shù)

據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，錨桿自由段長度不小于5 m，應(yīng)穿過潛在滑動面并進(jìn)入穩(wěn)定土層不小于1.5 m，且應(yīng)能保證錨桿與被錨固結(jié)構(gòu)體系的整體穩(wěn)定?；又苓吺姓拦芫W(wǎng)很多，西、北側(cè)部分錨索要伸入已有建筑基礎(chǔ)下方，基坑周邊環(huán)境條件極為復(fù)雜，錨索施工對周邊建構(gòu)筑物影響較大。為盡量減少錨索施工對周邊的影響，就需要減少錨索的長度，以便控制影響范圍，降低對周邊已有建構(gòu)筑物筑基礎(chǔ)下地層的擾動影響。

根據(jù)JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中式4.7.5計(jì)算錨索自由段長度：

式中：l為錨桿自由段長度，m；為錨桿的傾角，（°）；錨桿錨頭中點(diǎn)至基坑底面的距離，m；基坑底面至擋土構(gòu)件嵌固段上基坑外側(cè)主動土壓力強(qiáng)度等值點(diǎn)0 的距離，m，對多層土地層，當(dāng)存在多個等值點(diǎn)時應(yīng)按其中最深處的等值點(diǎn)計(jì)算；為擋土構(gòu)件的水平尺寸，m；為0 點(diǎn)以上各土層按厚度加權(quán)的內(nèi)摩擦角平均值（°）。以圖1 為典型剖面計(jì)算錨索的自由段長度，錨索自由段計(jì)算長度與實(shí)際長度如表2 所示。

表2 錨索自由段計(jì)算長度

錨索的張拉、鎖定是保證保證發(fā)揮錨索預(yù)應(yīng)力、減少基坑變形量的一道關(guān)鍵工序，當(dāng)漿體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后進(jìn)行張拉鎖定。通過現(xiàn)場張拉試驗(yàn)，確定張拉及鎖定工藝；在錨索張拉前，取10%～20%的設(shè)計(jì)張拉荷載，對錨索張拉1 次～2 次，使其各部位接觸緊密，使鋼絞線完全平直，以使鋼絞線受力均勻，錨索張拉及鎖定分級進(jìn)行，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求和操作規(guī)程執(zhí)行；在設(shè)計(jì)張拉完成后，適時進(jìn)行一次補(bǔ)償張拉，然后加以鎖定；補(bǔ)償張拉后，從錨具量起，留出長5cm～10cm 鋼絞線，其余部分截去，須用機(jī)械切割，嚴(yán)禁電弧燒割。然后用水泥凈漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，最后對錨頭采用不低于C25 的混凝土進(jìn)行封錨，防止銹蝕和兼顧美觀。

3.3 地下水控制技術(shù)

根據(jù)該項(xiàng)目地質(zhì)條件及基坑開挖深度，基坑降水采取管井+明排相結(jié)合的方式。采用沖擊鉆機(jī)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)成井，成孔時控制好垂直度和孔徑，降水井成井孔徑60cm，降水井內(nèi)管采用直徑為30cm 的鋼筋混凝土井管。設(shè)計(jì)過濾器為填礫過濾器，填礫規(guī)格5mm～10mm 礫石，填礫厚度大于10cm；礫石填至距地面2.50m 時，用黏土封孔。井管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：30.00m 深降水井，上部2 根井壁管，下部10 根纏絲間距3mm 過濾管。成井時要求井孔應(yīng)圓整垂直，井管焊接牢固，安裝垂直。洗井采用活塞和空壓機(jī)聯(lián)合洗井，保證洗井質(zhì)量，達(dá)到正常抽水時含砂率小于0.5‰。

為保證出水含砂率控制在1/100000 內(nèi)，在濾水管由外到內(nèi)采用50 目、100 目、150 目濾網(wǎng)纏繞，在纏繞濾網(wǎng)前先將降水管中的纏絲管纏繞上一層尼龍過濾網(wǎng)，保證粒徑較大的砂礫與濾網(wǎng)分離開，在井管外側(cè)設(shè)置礫石阻止一部分泥沙進(jìn)入管井沉砂管，防止砂粒流失過大將引起周邊沉降，對周邊城市道路、建筑（構(gòu)筑）物的正常使用造成很大影響，甚至更大的安全事故及嚴(yán)重的社會影響。

井管下入后立即填入濾料，濾料為5 mm～10 mm 的礫石濾料，填礫直徑為5 mm～10mm，下部為4 mm～6 mm。濾料沿井孔四周用手推車均勻填入，以防不均與沖擊井壁。以每推車為計(jì)量單位，填濾料時，宜保持連續(xù)性，把泥漿擠出井孔外，應(yīng)邊填邊測濾料填入高度。當(dāng)填入量與理論計(jì)算量不一致時，要及時查找原因。濾料必須符合級配要求，合格率要大于90%，雜質(zhì)含量不大于3%。

3.4 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)

該基坑監(jiān)測項(xiàng)目有支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、臨近建構(gòu)筑物變形監(jiān)測以及地面沉降監(jiān)測等。在施工過程中，將支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測作為重點(diǎn)，并對支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)與支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行分析。支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測以樁身鋼筋應(yīng)力及錨索應(yīng)力監(jiān)測為主，通過系統(tǒng)分析，隨著基坑土方開挖深度增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力也隨之增大，隨著應(yīng)力的增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形也會增加，他們之間互為相關(guān)，相輔相成；支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移前期變化較大，隨后漸趨于穩(wěn)定。通過總結(jié)以上規(guī)律，控制支護(hù)體系的初期變形非常重要，這就需要嚴(yán)格按照分層分段開挖，邊支護(hù)邊開挖的原則，先張拉后開挖下層土體，做到嚴(yán)禁超挖，減少基坑的施工初始變形量，通過以上措施，特別是控制上部支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的變形量，對基坑整體及后期的變形量較為重要，基坑變形及結(jié)構(gòu)應(yīng)力一旦穩(wěn)定后期變形量相對較少，其整體變形就會得到控制。

4 結(jié)語

該工程于2018 年10 月16 日開始土方開挖，2022 年3月基坑完成回填，基坑護(hù)壁任務(wù)完成，根據(jù)第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)提供的監(jiān)測報(bào)告，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為18.9 mm（位移允許值為25 mm，警戒值為20 mm），少于規(guī)范要求及設(shè)計(jì)計(jì)算變形量?；又苓吔?gòu)筑物無開裂及沉降現(xiàn)象，運(yùn)行正常，基坑變形控制良好。