柔性支護與剛性支護在超深基坑中的應用

劉富成，王勝飛，楊小躍，付照祥，趙洋

（中國建筑第八工程局有限公司，上海 200112）

0 引言

隨著社會經濟的快速發(fā)展，很多城市的市中心車位稀少，已無法滿足社會需求，市中心拆改建已成為必然趨勢，為追求土地資源的高效利用，滿足市民日常出行需求，在占地面積有限的狹小空間超深基坑施工已成為一種常用的方式[1-2]，超深基坑最常見的支護結構為樁錨結構或內支撐結構，市中心改建項目由于受到周邊環(huán)境制約，常規(guī)樁錨結構的錨桿過長無法采用，而內支撐支護工程造價過高對后續(xù)工序的影響較大[3]。因此針對超深基坑支護存在的問題，河南省直第三人民醫(yī)院西院區(qū)綜合樓改建項目選用了柔性支護與剛性支護相結合的聯(lián)合支護形式。在研究施工過程中發(fā)現(xiàn)此種支護結構在空間受限的情況下對周邊環(huán)境影響小，基坑支護結構穩(wěn)定，造價可控，對后續(xù)工序影響較小，滿足施工安全及使用安全要求，達到了預期的效果。

1 工程概況及基坑周邊環(huán)境條件

河南省直第三人民醫(yī)院西院區(qū)綜合樓改建工程建設地點位于河南省鄭州市中原區(qū)伏牛路 198 號河南省直第三人民醫(yī)院西院區(qū)院內，地上 14 層，地下 4 層，基坑占地面積6 600m2，深達24.6m，最深處26m。

擬建工程北臨隴海西路及隴海路高架橋，南臨醫(yī)院高層建筑住院部，西臨華北石油局，東臨醫(yī)院急診樓及住宅樓。

由于本項目基坑開挖深度24.6m，場地周邊為已建建筑物且環(huán)境復雜、場地狹小，所以本基坑采用上部樁錨+下部兩道混凝土支撐支護形式。

2 工程水文地質條件

2.1 地基土巖性分布特征

（1）地形地貌

擬建場地地貌單元屬于擬建場地地貌單元屬黃河沖洪積平原。地形平坦，場地最大高差約0.30m。

（2）地層概況：與基坑支護和降水有關的地層情況描述如下：

在勘探深度范圍內將地層共分為11 層，主要為第四系沖積填土、粉砂、粉土、粉質黏土。

2.2 場地水文條件

擬建場地在勘探深度范圍內，本場地地下水初見水位埋深20.0m，地下水穩(wěn)定水位埋深為20.5～21.0m 左右，穩(wěn)定水位埋深在標高101.5m 左右，地下水類型為潛水，一般水位年變幅2.0m 左右。近3～5 年中較高水位標高為104.0m，歷史最高水位為13.0m。據此可知本工程需進行基坑降水設計。

3 基坑支護監(jiān)測方案

3.1 支護方案

本工程深基坑支護設計平面如圖1 所示?；娱_挖深度分為2 個區(qū)域，1 為地下二層區(qū)域基坑深度為自然地面下11.20m,2 為地下四層區(qū)域基坑深度為自然地面下24.60m，基坑側壁安全等級為一級，根據基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質與水文地質條件，結合本地區(qū)目前較成熟的作業(yè)設備方法，基坑支護采用止水帷幕+鋼筋混凝土排樁+錨索+鋼筋混凝土內支撐的混合支護結構，即柔性支護與剛性支護結合的聯(lián)合支護形式，降水采用管井降水。本文僅針對地下四層超深基坑支護1-1 剖面設計進行闡述，如圖2 所示。

圖1 基坑支護平面布置圖

圖2 1-1 剖面圖

1-1 剖面采用?1200 ＠ 1500mm 單排鉆孔灌注樁，樁長L=36.0m，樁頂設1 300mm×1 000mm 混凝土冠梁。樁間設置樁徑850mm 高壓旋噴樁，樁長25m。止水帷幕采用3?850@1 200mm 三軸攪拌樁，空樁10m，有效樁長26.2m。

1-1 剖面，位于基坑南側緊鄰醫(yī)院高層住院樓，住院樓基礎采用鉆孔灌注樁，樁間距過密，普通預應力錨索長度過長無法施工，本工程采用9 道ф400 全粘結旋噴錨桿，錨桿配筋均采用4S15.2 鋼絞線，縮短錨桿長度，增大錨桿直徑，達到抗拔承載力要求。

在基坑-15m 與-20m 處設置兩道混凝土內支撐，加強基坑穩(wěn)定性控制。

3.2 基坑監(jiān)測方案

（1）基坑土方開挖、降水及地下室施工期間,應委托具有監(jiān)測資質的第三方單位對基坑及周邊環(huán)境進行變形監(jiān)測。

（2）基坑監(jiān)測采用儀器監(jiān)測與巡視檢查相結合的方法,監(jiān)測范圍為基坑外邊線以外1～ 3 倍基坑開挖深度,必要時應擴大監(jiān)測范圍（基坑監(jiān)測點平面布置圖如圖3 所示）。

圖3 基坑監(jiān)測點平面布置圖

（3）監(jiān)測內容主要包括但不限于以下內容：

①冠梁、坡頂部水平位移監(jiān)測；②冠梁坡頂豎向位移監(jiān)測；③深層水平位移；④立柱豎向位移；⑤錨桿內力；⑥支撐內力；⑦周邊地表、道路豎向位移；⑧周邊建筑豎向位移；⑨周邊管線豎向位移；⑩周邊建筑裂縫、地表裂縫、地下水位觀測。

（4）監(jiān)測點布置及測量除滿足本設計要求外,還應嚴格按照國家相應規(guī)范、規(guī)程執(zhí)行;監(jiān)測頻率與報警條件、巡視檢查等應滿足《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）的規(guī)定,當監(jiān)測值達到上述報警值時,應及時報警,并及時報送各方,以便分析原因,及時處理。

（5）表1 為基坑及支護結構監(jiān)測預警值。

表1 基坑及支護結構監(jiān)測預警值

（6）表2 為基坑工程周邊環(huán)境監(jiān)測預警值。

表2 基坑工程周邊環(huán)境監(jiān)測預警值

（7）本基坑按一級基坑要求進行施工監(jiān)測，監(jiān)測頻率嚴格按《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）執(zhí)行，在圍護結構施工前，應測得初讀數(shù)。

對于監(jiān)測項目，在無異常和無事故征兆的情況下，開挖后的監(jiān)測頻率可按表3 確定。

表3 開挖后的監(jiān)測頻率

4 監(jiān)測結果分析

該工程位于市中心，周邊環(huán)境復雜，基坑支護周期較長，工程量較大，監(jiān)測內容較多。對3.2 檢測方案中各個監(jiān)測點連續(xù)觀測，并對監(jiān)測結果進行分析。監(jiān)測工作從2021 年8 月基坑開挖開始，至2022 年6月地下室施工完成、基坑肥槽回填完成結束。因基坑監(jiān)測點較多、監(jiān)測頻次較密，檢測數(shù)據量較大，經過對各測點的時程曲線進行分析，篩選出幾組有代表性的曲線，基坑變形時程曲線選擇樁身水平位移、錨桿拉力和內支撐軸力對應的監(jiān)測點[4]。

4.1 支護樁樁身水平位移

樁身水平位移測點號為G1～G15，監(jiān)測采用CX3 系列測斜儀進行觀測，支護鉆孔灌注樁施工時測斜管隨鋼筋籠下至樁底?；娱_挖施工過程中，對樁身變形進行連續(xù)監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據進行分析，篩選出一組樁身變形曲線圖見圖4。

圖4 支護樁樁身水平位移曲線

圖4 給出了基坑監(jiān)測過程中15 個監(jiān)測點樁身累計水平位移。由圖4 可以看出，樁身水平位移曲線隨開挖深度增加水平位移變化均較為緩和。

4.2 錨桿軸力

錨桿的軸力時程曲線如圖5 所示，錨桿應力在基坑開挖階段整體上呈波動上升狀態(tài)，在基坑開挖至基底后錨桿拉力增加到最大值并趨于穩(wěn)定。

圖5 錨桿軸力曲線

4.3 內支撐軸力

圖6 給出了實測的鋼筋混凝土內支撐軸力時程曲線。監(jiān)測結果顯示，基坑開挖初期，支撐軸力較小，隨基坑開挖深度的增加，支撐軸力也不斷增加，開挖至基坑底部，軸力達到最大值，逐漸趨于穩(wěn)定。

圖6 內支撐軸力變化曲線

5 結論

根據現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據可知柔性支護與剛性支護結合的聯(lián)合支護結構是一種安全有效的復合支護結構，利用了柔性支護結構與剛性支護結構的各自優(yōu)點，保證了深基坑工程施工安全與使用安全，在實際基坑施工過程中，可以得出以下結論：

（1）支護設計方案中表面，柔性支護與剛性支護結合的聯(lián)合支護在狹小地形，周邊環(huán)境受限的情況下有顯著優(yōu)勢；

（2）監(jiān)測結果表明，柔性支護與剛性支護結合的聯(lián)合支護結構對深基坑側壁的變形控制效果十分顯著。該基坑測斜報警值為30mm，所監(jiān)測點中坑壁水平位移最大值為10.51mm，未達到警戒值，保證了基坑安全；

（3）施工周期表明，柔性支護與剛性支護結合的聯(lián)合支護結構相較于全部樁錨柔性支護結構施工周期較長，相較于全部內支撐支護結構施工周期較短；

（4）綜合效益表明，柔性支護與剛性支護結合的聯(lián)合支護結構對周邊環(huán)境影響較小，滿足本工程對基坑支護安全、工期、經濟的要求。