復(fù)雜環(huán)境下深基坑內(nèi)支撐-錨桿支護(hù)設(shè)計及評價

吉曉朋 紀(jì)凡季

（中航勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100098）

0 引言

面對城市建設(shè)的快速發(fā)展和日益繁多的地下工程，在城市復(fù)雜環(huán)境條件下超深基坑的支護(hù)難度越來越大，如何保證基坑開挖過程中的安全穩(wěn)定，成為基坑設(shè)計的難點[1-4]。

地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系作為基坑支護(hù)的受力和止水體系，具有支護(hù)及止水效果好、整體剛度大、變形控制能力好等特點，越來越多地應(yīng)用在超深基坑中[5-8]。但內(nèi)支撐的設(shè)置較大地影響了土方的開挖和運輸，在地層條件及周邊環(huán)境條件允許的區(qū)域，設(shè)置部分預(yù)應(yīng)力錨桿代替內(nèi)支撐，既能滿足支護(hù)體系和周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定，也能提高施工效率，節(jié)約工程造價。

以北京市某深基坑工程為例，介紹了基坑采用內(nèi)支撐+預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)體系的設(shè)計、施工過程及監(jiān)測結(jié)果，為類似工程提供經(jīng)驗參考。

1 工程概況

項目位于北京市朝陽區(qū)，臨近東北三環(huán)和機(jī)場高速，主體項目為商業(yè)、辦公樓，地上16 層，地下6層（局部5 層），建筑高度約為80 m 項目基坑南北方向長度約100 m，東西方向?qū)挾燃s50 m，周長約300 m，基坑面積約5000 m2，基坑深度29.00～29.80 m，屬于超深基坑。

2 基坑周邊環(huán)境

本項目基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，周邊建筑物繁多且變形控制要求高，具體周邊環(huán)境情況如下：

（1）基坑北側(cè)距離基坑約14 m 位置為中國電子CEC 大廈，地上16 層，地下2 層，建筑高度約70 m，地下室埋深約11 m，地基形式為CFG 樁復(fù)合地基。

（2）基坑南側(cè)距離基坑約15 m 位置為中國聯(lián)通大樓，地上6 層，無地下室，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，天然地基，基礎(chǔ)埋深約3.50 m，建筑物為磚混結(jié)構(gòu)，對變形比較敏感。

（3）基坑?xùn)|側(cè)緊鄰現(xiàn)狀道路，道路東側(cè)為華商酒店。

（4）基坑南側(cè)和東側(cè)貼近圍墻有一層民房，磚砌結(jié)構(gòu)，整體性較差。

本項目基坑周邊環(huán)境見圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境圖

3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

本工程勘探深度（65.0 m）范圍內(nèi)的地層劃分為人工填土層和一般第四紀(jì)沖洪積層。開挖深度范圍內(nèi)地層主要為粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、粉砂、中砂，呈互層分布。

鉆探深度范圍內(nèi)觀測到5 層地下水，第1 層為上層滯水，第2 層為潛水，第3-5 層均為承壓水。

場地典型工程地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 場地典型工程地質(zhì)條件剖面圖

4 基坑工程特點及總體設(shè)計

本項目基坑周邊建筑物、管線繁多，周邊環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格，場地空間狹小，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。針對上述特點，基坑支護(hù)工程設(shè)計采用了地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土內(nèi)支撐（局部預(yù)應(yīng)力錨桿）的支護(hù)型式，具體支護(hù)設(shè)計方案如下：

（1）基坑豎向圍護(hù)體系采用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，地連墻墻底穿過⑦黏性土層、⑧粉砂層和⑨黏性土層，墻底坐落于中砂⑩層，有效隔斷上部4 層地下水。地連墻厚度1.00 m，冠梁寬度1.10 m，高度0.8 m，冠梁標(biāo)高-2.10 m（相對±0.00 標(biāo)高）。場地西側(cè)考慮后續(xù)下沉廣場施工，局部地連墻墻頂標(biāo)高設(shè)置為-7.70 m（相對±0.00 標(biāo)高）。

（2）基坑?xùn)|側(cè)：基坑外側(cè)3 m 為現(xiàn)狀道路，設(shè)計4 道預(yù)應(yīng)力錨桿和2 道內(nèi)支撐；在征求相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位同意后，錨桿超出了用地紅線。

（3）基坑西側(cè)：西側(cè)為規(guī)劃中的下沉廣場，考慮后期下沉廣場的施工，西側(cè)局部地連墻墻頂下臥至標(biāo)高-7.70 m，上部7.3 m 采用復(fù)合土釘墻支護(hù)形式，下部采用3 道預(yù)應(yīng)力錨桿和2 道內(nèi)支撐。西側(cè)現(xiàn)狀為待建場地，基坑距離用地紅線約33 m，錨桿均設(shè)置于用地紅線內(nèi)。

（4）基坑南側(cè)、北側(cè)：南側(cè)鄰近聯(lián)通大廈，北側(cè)鄰近CEC 大廈，為控制基坑及周邊建筑物變形，采用4道鋼筋砼內(nèi)支撐支護(hù)體系。

基坑設(shè)計計算采用同濟(jì)啟明星基坑支護(hù)計算軟件，基坑?xùn)|側(cè)及北側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及彎矩計算結(jié)果見圖3、圖4。項目基坑設(shè)計平面布置圖及典型支護(hù)設(shè)計剖面圖見圖5-圖8。

圖3 基坑?xùn)|側(cè)計算結(jié)果圖

圖4 基坑北側(cè)計算結(jié)果圖

圖5 第1、2 道支撐及上部錨桿布置平面圖

圖6 第3、4 道支撐布置平面圖

圖7 基坑?xùn)|側(cè)典型支護(hù)剖面設(shè)計圖（單位：mm）

圖8 基坑北側(cè)典型支護(hù)（單位：mm）

5 施工過程簡介

5.1 施工工藝流程

本工程總體施工工序如圖9 所示。

圖9 施工工序流程圖

5.2 主要工況和時間節(jié)點

①2015 年4 月10 日-6 月1 日，完成50 幅地連墻施工；②2015 年7 月11 日，完成第1 道支撐和第1、2 道錨桿施工；③2015 年9 月14 日，完成第2道支撐和第3、4 道錨桿施工；④2015 年10 月26 日，完成第3 道支撐施工；⑤2016 年3 月10 日，基坑開挖到槽底，移交總包單位。

2016 年8 月30 日，地下結(jié)構(gòu)施工至±0.00，并采用素混凝土完成肥槽回填。

6 基坑工程監(jiān)測分析

6.1 基坑周邊建筑物沉降分析

施工過程中對周邊建筑物進(jìn)行了沉降監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖10、圖11（圖中豎向位移負(fù)值為向下變形，正值為向上變形）。

圖10 北側(cè)CEC 大廈沉降曲線

圖11 南側(cè)聯(lián)通大廈沉降曲線

（1）北側(cè)CEC 大廈沉降曲線

基坑北側(cè)CEC 大廈沉降曲線如圖10 所示。基坑北側(cè)CEC 大廈在基坑施工期間總體豎向變形不大，靠近基坑側(cè)以沉降為主要特征，沉降最大點位臨基坑側(cè)ZJ5，為4.40 mm；遠(yuǎn)離基坑側(cè)產(chǎn)生一定的回彈，最大為3.10 mm。監(jiān)測結(jié)果顯示，4 道內(nèi)支撐作為水平受力構(gòu)件較好地保護(hù)了建筑物的安全穩(wěn)定。

（2）南側(cè)聯(lián)通大廈沉降曲線

基坑南側(cè)聯(lián)通大廈沉降曲線如圖11 所示?；娱_挖支護(hù)過程中，聯(lián)通大廈變形總體表現(xiàn)出向上回彈→沉降→回彈的特征。自基坑開挖至地下結(jié)構(gòu)施工期間，未出現(xiàn)過大變形，最大沉降量3.60 mm，最大回彈量約4.0 mm。

6.2 墻頂水平位移分析

（1）基坑?xùn)|側(cè)墻頂水平位移

基坑?xùn)|側(cè)墻頂水平位移曲線如圖12 所示?；?xùn)|側(cè)支護(hù)長度約80 m，支護(hù)設(shè)計形式為上部4 道預(yù)應(yīng)力錨桿，下部2 道鋼筋混凝土支撐，共布設(shè)5 個監(jiān)測點，其中S11、S12、S13 位于中間段，最大變形量31.50 mm，約為基坑深度的0.8%；S10、S14 臨近4 道內(nèi)支撐支護(hù)區(qū)域，最大變形量23.26 mm，約為基坑深度的0.08%。

圖12 基坑?xùn)|側(cè)墻頂水平位移曲線

監(jiān)測結(jié)果表明：上述設(shè)計限制了墻頂水平位移的發(fā)展，上部采用剛度較大的2 道內(nèi)支撐，相對于4道預(yù)應(yīng)力錨桿，對支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的限制能力更強(qiáng)。

（2）基坑北側(cè)墻頂水平位移

基坑北側(cè)墻頂水平位移曲線如圖13 所示?；颖眰?cè)距離CEC 大廈約14 m，采用4 道內(nèi)支撐支護(hù)體系，共布設(shè)3 個監(jiān)測點，墻頂最大變形量18.74 mm，約為基坑深度的0.06%。

圖13 基坑北側(cè)墻頂水平位移曲線

（3）基坑南側(cè)墻頂水平位移

基坑南側(cè)墻頂水平位移曲線如圖14 所示。基坑距南側(cè)聯(lián)通大廈約15 m，采用4 道內(nèi)支撐支護(hù)體系，共布設(shè)4 個監(jiān)測點，墻頂最大變形量9.78 mm，約為基坑深度的0.03%。

圖14 基坑南側(cè)墻頂水平位移曲線

6.3 墻體深層位移分析

圖15、圖16 為地下連續(xù)墻墻體側(cè)向位移曲線。隨著基坑開挖，墻體變形逐漸增大，墻體最大變形部位隨開挖深度逐漸下移。開挖到底后，基坑?xùn)|側(cè)墻體最大變形約34 mm，北側(cè)側(cè)墻體最大變形約30.8 mm，最大變形均小于基坑深度0.4%的要求。

圖15 基坑?xùn)|側(cè)墻體側(cè)向位移曲線

圖16 基坑北側(cè)墻體側(cè)向位移曲線

基坑變形計算值與實測值對比關(guān)系見表1、表2。

表1 基坑?xùn)|坡變形計算與實測結(jié)果對比

對上述結(jié)果進(jìn)行對比分析，可得出結(jié)論：

（1）采用4 道內(nèi)支撐的支護(hù)體系，與采用上部錨桿、下部內(nèi)支撐的支護(hù)體系相比，控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的效果更好。

（2）采用4 道內(nèi)支撐的基坑北坡計算最大變形值、最大變形位置與實測值均較為吻合。

（3）基坑?xùn)|坡采用上部4 道錨桿、下部2 道內(nèi)支撐的方式，最大變形計算值發(fā)生在地面下15 m，即第四道錨桿標(biāo)高位置附近，與實測位置有一定偏差，且上部錨桿區(qū)域變形計算值比實測值偏大。分析其原因，可能與計算時錨桿采用的支錨剛度偏小有關(guān)，后期類似項目計算時可適當(dāng)提高錨桿支錨剛度。

（4）基坑?xùn)|坡內(nèi)支撐區(qū)域內(nèi)，最大變形發(fā)生在地表下20～25 m，變形值約32 mm，與計算結(jié)果較為吻合。

7 結(jié)論及建議

（1）針對城區(qū)復(fù)雜地質(zhì)與周邊環(huán)境下的超深基坑工程，設(shè)計與施工綜合考慮了基坑開挖深度、場地工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件等多種因素，有針對性地采用地下連續(xù)墻、內(nèi)支撐、預(yù)應(yīng)力錨桿等多種組合支護(hù)形式，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明，該支護(hù)方案有效地保證了基坑支護(hù)體系和周邊建筑物、道路、管線等的安全穩(wěn)定。

（2）基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析顯示，鋼筋混凝土內(nèi)支撐相較于預(yù)應(yīng)力錨桿，控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的能力更強(qiáng)；錨桿支護(hù)區(qū)域變形計算值比實測值偏大，可能與計算時錨桿采用的支錨剛度偏小有關(guān)，后期類似項目計算時可適當(dāng)提高錨桿的支錨剛度。

（3）在城區(qū)復(fù)雜環(huán)境條件下，地下連續(xù)墻是一種安全可靠的支護(hù)形式，同時作為止水體系，對地下水的資源保護(hù)也起到積極的作用；在環(huán)境條件允許的情況下，采用預(yù)應(yīng)力錨桿與內(nèi)支撐多種形式的復(fù)合支護(hù)，取代滿堂布置支撐，可以在保證基坑安全的前提下，有效降低造價，節(jié)約工期，為結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造更有利的施工空間。