對(duì)相鄰既有建筑可能產(chǎn)生影響的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及效果評(píng)價(jià)

顏維仁

（南寧市勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022）

0 引言

我國(guó)市政工程發(fā)展較快，基坑工程數(shù)量也越來(lái)越多，受基坑所處環(huán)境條件限制，大多數(shù)需要進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，保障施工安全，因此，開(kāi)展基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的相關(guān)研究具有重要意義[1-2]。目前，已有學(xué)者開(kāi)展類(lèi)似研究，例如黃俊光等[3]開(kāi)展了超大基坑群的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)；劉永超等[4]分析了軟土地區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的性能研究；趙欣欣等[5]研究了裝配式鋼支撐在基坑支護(hù)中的作用；趙忠營(yíng)[6]探究不同基坑支護(hù)方案的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。上述研究雖然取得了相應(yīng)成果，但是均未涉及相鄰既有建筑條件下的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及效果評(píng)價(jià)。因此，該文以某相鄰既有建筑條件下的深基坑為實(shí)例背景，先開(kāi)展其支護(hù)設(shè)計(jì)，再結(jié)合其變形監(jiān)測(cè)成果，評(píng)價(jià)其支護(hù)效果，為其施工提供一定的理論指導(dǎo)。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目基本信息

該項(xiàng)目屬醫(yī)院改建項(xiàng)目，擬用地面積約50000 m2，包括2 棟高層和一棟多層，即4#、5#樓為高層，兩者均擬建12 層，樓高約38 m；6#樓屬多層，擬建6 層，樓高約20 m。同時(shí)，在用地范圍內(nèi)，其下設(shè)計(jì)一層地下室，面積約6700 m2，開(kāi)挖深度大于5 m，有深基坑特征。

同時(shí)，在基坑北側(cè)近接有4 棟建筑，其中，3 棟建筑為4 層，1 棟建筑為7 層，其平面位置如圖1 所示。

圖1 基坑與相鄰既有建筑間的關(guān)系

1.2 項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)條件

根據(jù)項(xiàng)目勘察成果，其地質(zhì)條件如下：①地形地貌。場(chǎng)區(qū)具微丘地貌，附近高程為86.26 m～95.79 m，整體較為平坦，地形起伏較小。②地層巖性。根據(jù)鉆探資料，區(qū)內(nèi)第四系地層主要為填土和紅黏土，前者雜色，主要為建筑垃圾，結(jié)構(gòu)較為松散；后者褐黃色，稍濕～濕，土質(zhì)較均勻，干強(qiáng)度有一定的差異特征。下覆基巖為中石炭統(tǒng)黃龍組灰?guī)r，淺灰色，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯一般可達(dá)85%，大多數(shù)具有柱狀特征，且溶蝕現(xiàn)象也較為明顯。③地質(zhì)構(gòu)造。項(xiàng)目區(qū)附近未見(jiàn)大型地質(zhì)構(gòu)造，且第四系以來(lái)，也無(wú)明顯的構(gòu)造活動(dòng)特征，即新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也較為緩和。④水文地質(zhì)條件。項(xiàng)目區(qū)附近未見(jiàn)明顯地表水體。在地下水方面，主要包括上層滯水和巖溶水兩類(lèi)，其中，上層滯水在局部可見(jiàn)，穩(wěn)定性較差，埋深為0.5 m～4.5 m，年變幅較大；巖溶水埋深一般較深，具有一定的承壓性，其靜止水位為1.5 m～3.4 m。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)該基坑相鄰既有建筑情況可知，基坑開(kāi)挖邊界與既有建筑的凈距較小，因此，需要對(duì)相鄰既有建筑段的基坑邊坡進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果如下：①CD段的支護(hù)設(shè)計(jì)。支護(hù)手段為“支護(hù)樁+錨索”，其中，支護(hù)樁直徑設(shè)計(jì)為1m，材質(zhì)為C30 鋼筋混凝土；樁間距設(shè)計(jì)為2m，嵌入基巖深度不少于2m。同時(shí)，在樁頂施做冠梁，尺寸為1.0m×0.8m，材質(zhì)為C30 鋼筋混凝土；錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為16m～18m，擬兩排布設(shè)，豎向間距設(shè)計(jì)為2.5m，橫向間距設(shè)計(jì)為2.0m。②DE段的支護(hù)設(shè)計(jì)。支護(hù)手段為“雙排支護(hù)樁”，其前排樁直徑設(shè)計(jì)為1m，橫向間距設(shè)計(jì)為2m；后排樁直徑設(shè)計(jì)為1m，橫向間距設(shè)計(jì)為3m；兩者嵌入基巖深度不少于2m，且兩排樁中心距為2.5m。同時(shí)，在樁頂也施做冠梁，其尺寸同樣為1.0m×0.8m，材質(zhì)為C30 鋼筋混凝土。雙排支護(hù)樁的坡面設(shè)計(jì)圖如圖2 所示。③EF 段的支護(hù)設(shè)計(jì)。支護(hù)手段為“掛網(wǎng)噴漿+錨桿”，即主要通過(guò)放坡后進(jìn)行掛網(wǎng)噴漿、錨桿支護(hù)；其中，基坑邊坡放坡坡率設(shè)計(jì)為1 ∶0.4；掛網(wǎng)噴漿采用全斷面設(shè)計(jì)，輔助錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為5m～6m，每個(gè)錨桿采用1 根鋼筋，且鋼筋直徑為20mm，傾角20°，橫向間距設(shè)計(jì)為1.3m，縱向間距設(shè)計(jì)為1.1m。放坡后的“掛網(wǎng)噴漿+錨桿”設(shè)計(jì)如圖3 所示。④FG 段的支護(hù)設(shè)計(jì)。支護(hù)手段為“支護(hù)樁”，其直徑設(shè)計(jì)為1m，材質(zhì)為C30 鋼筋混凝土；樁間距設(shè)計(jì)為2m，嵌入基巖深度不少于2m；同時(shí)，在樁頂也施做冠梁，其尺寸及材質(zhì)與上文所述一致。

圖2 雙排支護(hù)樁設(shè)計(jì)示意圖（單位：mm）

圖3 放坡后“掛網(wǎng)噴漿+錨桿”設(shè)計(jì)示意圖

綜上所述，由于相鄰建筑物存在，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是必要的，且應(yīng)結(jié)合近接情況，對(duì)不同近接段采取相應(yīng)的支護(hù)措施，有針對(duì)性地進(jìn)行治理。

已初步制定各分段的支護(hù)措施，在支護(hù)手段中，支護(hù)樁、錨桿及掛網(wǎng)噴射混凝土施工顯得格外重要。因此，再進(jìn)一步對(duì)這2 種手段的施工要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

2.1 支護(hù)樁的施工要點(diǎn)

支護(hù)樁的施工要點(diǎn)如下：1）在支護(hù)樁施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)樁徑及樁間距，且應(yīng)采用跳樁施工，等鄰近已施做支護(hù)樁后再進(jìn)行施工，間隔時(shí)間不能少于24 h。2）鋼筋籠在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)組織鋼筋制作，不能偷工減料。3）嚴(yán)格控制樁頂、樁底標(biāo)高及其沉渣厚度，其沉渣厚度不應(yīng)大于10 cm。4）支護(hù)樁應(yīng)保持垂直，其偏差上限為0.5%，樁位也應(yīng)保持在實(shí)際位置，中心偏差上限為50 mm。5）鋼筋搭接應(yīng)符合規(guī)范要求，且主筋保護(hù)層厚度不能下限為50 mm。6）在支護(hù)樁施工完成后，應(yīng)通過(guò)低應(yīng)變法檢測(cè)其成樁質(zhì)量，檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的20%，且不能少于5 根。如果檢驗(yàn)結(jié)果不合格，應(yīng)進(jìn)一步采用鉆芯法進(jìn)行復(fù)核，并擴(kuò)大檢測(cè)數(shù)量，且確實(shí)存在問(wèn)題的支護(hù)樁，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，不能低于設(shè)計(jì)要求。

2.2 錨桿施工要點(diǎn)

錨桿施工要點(diǎn)如下：1）在成孔過(guò)程中，優(yōu)先考慮干鉆成孔，且孔深偏差限值為±50 mm，孔徑偏差限值為±5mm，孔距偏差限值為±100 mm，成孔傾角偏差限值為±5%。2）在成孔施工過(guò)程中，如果遇到障礙物，就可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整標(biāo)高或角度，其中，標(biāo)高調(diào)整范圍限值為±400 mm，調(diào)整角度限值為±5°；當(dāng)然，如果上述調(diào)整后仍會(huì)遇到障礙物，須將其情況反饋至設(shè)計(jì)，進(jìn)行協(xié)商處理。3）注漿所用水泥標(biāo)號(hào)為42.5 普通硅酸鹽水泥，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度下限為25 MPa，且若注漿不飽滿(mǎn)，可采用二次注漿或多次注漿。4）注漿時(shí)的水灰比范圍為0.50～0.55，二次注漿水灰比可降低0.05；注漿壓力不應(yīng)小于1.5 MPa，注漿管底與孔底間距上限為20 cm。5）錨桿鋼筋型號(hào)為HRB400，直徑為20 mm，注意除銹去油處理，且鋼筋應(yīng)保持在錨桿中心位置，按2.0 m 間距設(shè)置導(dǎo)中支架。6）錨桿施工后也應(yīng)進(jìn)行檢查，其檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于總錨桿數(shù)的5%，且同土層中，不應(yīng)少于3 根。

2.3 掛網(wǎng)噴射混凝土施工要點(diǎn)

噴射混凝土的厚度不應(yīng)小于10 cm，其應(yīng)混合礫石，且其標(biāo)號(hào)為C20，配合比以實(shí)驗(yàn)室具體結(jié)果為準(zhǔn)。1）鋼筋網(wǎng)材料為HRB335，制作規(guī)格應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。2）掛網(wǎng)噴射混凝土段的按30 m 一段設(shè)置伸縮縫，縫寬5 cm，伸縮縫處的鋼筋不應(yīng)連接，直接采用泡沫等材料隔開(kāi)即可。3）在噴射過(guò)程中，如果鋼筋網(wǎng)長(zhǎng)度不夠，就可以采用搭接處理，且搭接長(zhǎng)度下限值為30 cm。4）在噴射過(guò)程中，應(yīng)注重分層棚舍，先應(yīng)噴射底部混凝土，綁扎鋼筋網(wǎng)，最后噴射上部混凝土，且一次噴射厚度上限為6 cm。5）以500m2的混凝土噴射面積為指標(biāo)，在該區(qū)間內(nèi)應(yīng)進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)，不應(yīng)少于1 組，且每組不應(yīng)少于3 塊。6）類(lèi)比。也以500m2的混凝土噴射面積為指標(biāo)，在該區(qū)間內(nèi)再進(jìn)行厚度檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于1 組，每組的檢測(cè)點(diǎn)不少于3 個(gè)，且最小厚度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的80%。

綜上所述，進(jìn)一步闡述各類(lèi)支護(hù)手段的施工要點(diǎn)，在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行上述要點(diǎn)，以保證施工質(zhì)量以及保障施工安全。

3 支護(hù)效果評(píng)價(jià)

為提高基坑支護(hù)效果，在其周邊共計(jì)布設(shè)8 個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)（其布置如圖1 所示），總計(jì)監(jiān)測(cè)28 d，得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終累計(jì)變形值。B-01 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：14.55mm B-02 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：17.69mm。B-03 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：18.65mm B-04 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：16.54mm。B-05 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：12.14mm B-06 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：18.15mm。B-07 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：19.47mm B-08 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：17.63mm。

綜上所述，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移值存在一定的差異，說(shuō)明不同位置處支護(hù)措施的防治效果是不同的，但是總體均未超過(guò)變形控制值25 mm。因此，相鄰建筑段的基坑支護(hù)暫時(shí)均在可控范圍內(nèi)。

為掌握基坑水平位移的發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)價(jià)其后續(xù)變化特征，提出通過(guò)變形預(yù)測(cè)來(lái)對(duì)這方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

支持向量機(jī)是巖土領(lǐng)域常用的預(yù)測(cè)模型，其適用性不言而喻，因此，提出以其開(kāi)展基坑水平位移的變形預(yù)測(cè)。結(jié)合支持向量機(jī)的基本原理，將其訓(xùn)練函數(shù)yi如公式（1）所示。

式中：ω為權(quán)向量；φ（xi）為映射函數(shù)；b為偏置量。

為保證預(yù)測(cè)精度，須保持預(yù)測(cè)過(guò)程有最小化的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，其回歸優(yōu)化問(wèn)題如公式（2）、公式（3）所示。

式中：ξi、ξi*為松弛變量；ε為超出誤差；C為懲罰因子。

在上式優(yōu)化處理的基礎(chǔ)上，再結(jié)合對(duì)偶理論，將支持向量機(jī)的預(yù)測(cè)函數(shù)進(jìn)一步為公式（4）。

式中：f（x）為預(yù)測(cè)值；K（xi，yj）為核函數(shù)；l為訓(xùn)練樣本個(gè)數(shù)；αi、αi*為拉格朗乘子。

一般來(lái)說(shuō)，變形越大，其對(duì)應(yīng)危險(xiǎn)性越高，因此，提出對(duì)3 個(gè)最大水平位移值的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，其結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)表1，以3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)其特征參數(shù)如下。B3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：相對(duì)誤差為2.08%～2.21%，平均值為2.12%。B6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：相對(duì)誤差為2.02%～2.13%，平均值為2.08%。B7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：相對(duì)誤差為2.05%～2.14%，平均值為2.09%。

表1 水平位移變形預(yù)測(cè)結(jié)果

綜上所述，三者預(yù)測(cè)精度均較高，且預(yù)測(cè)效果也相當(dāng)，充分說(shuō)明支持向量機(jī)在基坑水平位移預(yù)測(cè)中，不僅預(yù)測(cè)精度較高，而且穩(wěn)定性較好。

結(jié)合29～32 期的外推預(yù)測(cè)結(jié)果，計(jì)算得到3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在這4 期的變形速率均值依次為0.15 mm/d、0.24 mm/d 以及0.24 mm/d，三者的變形速率均值均較小，說(shuō)明其后續(xù)變形趨于收斂方向發(fā)展，進(jìn)一步驗(yàn)證相鄰既有建筑物段的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)措施是有效的。

4 結(jié)論

對(duì)相鄰既有建筑可能產(chǎn)生影響的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及效果評(píng)價(jià)，主要得出如下2 個(gè)結(jié)論：1）由于相鄰既有建筑物影響，其基坑支護(hù)設(shè)計(jì)顯得格外重要，且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合基坑邊坡具體情況采取針對(duì)性治理。2）支持向量機(jī)在基坑水平位移預(yù)測(cè)中具有良好效果，不僅具有較優(yōu)預(yù)測(cè)精度，還具有較優(yōu)穩(wěn)定性，其所得預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差在2%左右；同時(shí)，外推預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，基坑水平位移的后續(xù)增加速率較小，向穩(wěn)定的方向發(fā)展，驗(yàn)證了相鄰既有建筑段的基坑支護(hù)措施是有效的。