朱景哲 徐慧敏 嚴(yán)海明 徐 偉

1. 同濟大學(xué)建筑工程系 上海 200092； 2. 朝鮮民主主義人民共和國平壤建筑綜合大學(xué)建筑工程系 朝鮮平壤 999093

1 工程概況

工程位于浙江地區(qū)大型城市中，基坑影響范圍內(nèi)的工程地質(zhì)土層缺失②砂質(zhì)粉土和④淤泥質(zhì)黏土。項目總建筑面積約16.5 萬m2，分為2 個單體，其中1#樓高近百米，2#樓高約180 m。地下室為3 層，整體相連，建筑面積約為4 萬m2。工程地下室基坑開挖面積17 500 m2，開挖深度分別為13.70 m、14.80 m和15.60 m，總土方量約22 萬m3，基坑安全等級為一級。

根據(jù)基坑整體特性以及施工現(xiàn)場環(huán)境，確定支護形式為：開挖深度在7.40 m以上采用土釘墻或放坡開挖，開挖深度7.40 m以下采用拉錨式排樁圍護結(jié)構(gòu)，同時采用3Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁形成基坑外側(cè)止水帷幕。鉆孔灌注樁直徑分別為800 mm和900 mm，中心距分別為1 050 mm和1 150 mm。樁身混凝土強度等級為C30。

1.1 周邊環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)為一基坑深度基本相同的某大廈工程，兩工程之間的道路需作為運土道路；南側(cè)為一新建道路，路面下設(shè)有自來水管、電力管線和雨水管等，距離基坑圍護樁約6 m；西側(cè)為尚未開始施工的規(guī)劃道路；北側(cè)靠近地鐵口，相距約25 m（圖1）。

圖1 基坑與周邊環(huán)境關(guān)系平面示意

1.2 地質(zhì)概況

該工程±0.00 m相當(dāng)于黃海標(biāo)高7.00 m，場地相對標(biāo)高實為－1.40 m?；佑绊懮疃确秶鷥?nèi)的土層自上而下為：①1雜填土；①2素填土；③1黏質(zhì)粉土；③2砂質(zhì)粉土；⑤黏質(zhì)粉土；⑥淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和⑦粉質(zhì)黏土。本工程區(qū)域內(nèi)主要分3 層地下水，上層地下水性質(zhì)屬潛水，下層地下水性質(zhì)屬承壓水及基巖裂隙水。承壓水分布于下部的⑨1中砂層、⑨2圓礫層中，上部的⑥層、⑦層黏性土是相對隔水層，構(gòu)成含水層的承壓頂板。承壓水受側(cè)向徑流補給，富水性好，具有明顯的埋藏深、污染少、水量大、流速極慢等特點。潛水含水層的地下水位一般埋深于地表下1.30～2.53 m。

2 支護結(jié)構(gòu)變形分析[1,2]

2.1 計算模型

由于本工程體量較大，且涉及構(gòu)件非常多，故本文僅選取具有代表性的部分模型進行模擬。建立計算模型尺寸為長60 m、寬10 m、高30 m。數(shù)值模擬采用摩爾-庫倫模型，設(shè)定邊界的約束條件為：限定模型四周的水平位移和模型底部的豎向位移，模型頂端則為自由面[1]。同時，整個深基坑端部活荷載設(shè)定為20 kN/m2。

數(shù)值模型分析過程中，在整體開挖前進行初始分析，根據(jù)勘察報告及現(xiàn)場試驗參數(shù)對不同層次的土體進行設(shè)置，并假設(shè)整個基坑進行1 道初始平衡，然后進行4 道分段開挖。首先進行第1段挖土，深度控制在2.4 m，基坑采用土釘墻進行支護；待前一步達到穩(wěn)定后，進行第2段挖土，其深度控制在5 m；在土釘作業(yè)完成并達到穩(wěn)定后，進行灌注樁的施工作業(yè)，作業(yè)完成后進行壓頂梁澆筑，然后進行第3段挖土，在灌注樁頂作業(yè)預(yù)應(yīng)力錨桿，等其達到穩(wěn)定后，進行下一層土方的挖土作業(yè)，在最后一道預(yù)應(yīng)力錨桿施工完成并達到穩(wěn)定后，進行最后一層土方挖土作業(yè)直至挖土作業(yè)完成。

2.2 計算結(jié)果及分析

在基坑開挖前，整個基坑土體在初始條件下只承受自身重力，其應(yīng)力應(yīng)變較為勻稱。基坑開挖完畢后，數(shù)值模擬所得基坑最大水平向位移為12 mm，最大沉降為12.2 mm。

結(jié)合模型分析可以發(fā)現(xiàn)：開挖后，在土體自重和外加荷載的作用下，整個基坑周邊出現(xiàn)上部大下部小的水平位移狀況，隨著開挖的跟進，土釘墻作業(yè)、排樁施工完成后，樁錨體系也出現(xiàn)水平位移。

另一方面，隨著開挖深度的增加，基坑下部土體的自重應(yīng)力減小，引起坑側(cè)土體的變形增大。在基坑完成后，土體沉降極值出現(xiàn)在土釘墻頂部，這主要是土釘墻在受到荷載后變形不斷增大，使得端部受力加大帶動變形的原因。

在工程實際監(jiān)測結(jié)果中，與模型相同位置觀測點水平向位移數(shù)據(jù)為13.72 mm，沉降為12.20 mm。比較后可以發(fā)現(xiàn)：基坑水平位移數(shù)據(jù)與實際監(jiān)測相差12.5%，而基坑沉降數(shù)據(jù)與實際監(jiān)測相差11%?；谟嬎隳Ｐ椭粸閷嶋H工程具有代表性的一部分，且相差均控制在15%范圍內(nèi)，可認(rèn)為處于受控范圍。

根據(jù)設(shè)計方案、數(shù)值模擬和監(jiān)測結(jié)果分析可以看到：上部采用土釘墻、下部采用樁錨體系的設(shè)計中，樁錨體系會使土釘墻的受力稍大于設(shè)計值，主要是因為會形成一個后續(xù)的受力與位移[2]。

3 主要施工技術(shù)

3.1 支護施工技術(shù)

3.1.1 土釘墻施工

本工程土釘墻的施工流程為：降水→開挖工作面→修整坡面→噴射第1層混凝土→土釘定位→安設(shè)土釘→注漿→綁扎鋼筋→噴射第2層混凝土→設(shè)置排水管。在土釘墻的施工過程中，應(yīng)注意以下控制要點：

（a）開挖工作面時，要分層分段開挖，每段長度不得超過25 m，跳段開挖；先開挖道口工作面，待道口土釘完成后再開挖其余部分的工作面。

（b）土方開挖與設(shè)置土釘相協(xié)調(diào)，按照設(shè)計規(guī)定的分層開挖深度和設(shè)置土釘?shù)捻樞蚍侄伍_挖。

（c）采取任何開挖手段時，嚴(yán)禁邊坡壁超挖或松動邊壁土體。

（d）邊壁土體暴露時間不得超過規(guī)定時限。

3.1.2 土方開挖及回填

由于土體的不均勻，同時隨著基坑空間擴大和加深，在擋土墻外側(cè)土壓力和水壓力的作用下，支護結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變形和位移，因此為確?；雍蛧o結(jié)構(gòu)的安全，在進行土方開挖前需對周邊土體進行檢測。

（a）本工程由西向東進行開挖，再由基坑?xùn)|側(cè)路線向北運出?？紤]基坑中沒有內(nèi)支撐，故直接采取分層分區(qū)流水作業(yè)形式開挖，根據(jù)基坑尺寸及深度、后澆帶劃分4 個區(qū)塊，每個開挖區(qū)塊分8 個開挖層，承臺采取跳挖法施工，每塊每層開挖厚度不得大于1.5 m。

（b）挖土在土釘支護區(qū)時，應(yīng)貫徹分層、分段的環(huán)島式挖土原則，分層土方的開挖厚度為土釘上下排的垂直間距，到上層土釘墻全部施工完畢保養(yǎng)72 h后方可開挖下層土方，分段長度控制在25 m左右。

（c）挖出土應(yīng)及時運出場地，同時對運土車及挖機停留、運行路線進行加固，以確保土體的穩(wěn)定。

土方的回填必須嚴(yán)格按照設(shè)計及規(guī)范要求分層分段壓實回填，控制回填土的含水率和干密度等。本工程基坑開挖量大，深度深，所以土方的回填是一個重點。本工程主要采用以下措施進行土方的回填：

（a）基坑外圍回填土材料應(yīng)采用黏性土，填土中不得含有草、垃圾等有機質(zhì)；

（b）現(xiàn)場挖出的淤泥、雜填土及有機質(zhì)含量大于8%的腐殖土不能作為回填土，其余的土可作為回填土；

（c）回填前應(yīng)對備用的回填土進行試驗，確定最佳含水量，并做密實性試驗；

（d）回填土應(yīng)分層夯實，回填土輾壓密實度需大于94%；

（e）當(dāng)有地下管線復(fù)位等工程時，土方回填需要與管線施工密切配合，協(xié)商進行。

3.2 基坑降排水

本工程基坑內(nèi)外采用自流深井降低地下水位，深井井底標(biāo)高為－20.50 m?？觾?nèi)共設(shè)自流深井45 口，間距約20 m；坑外共設(shè)自流深井61 口，間距約12 m。同時，為了避開承臺、地梁、后澆帶等位置，對深井位置進行了適當(dāng)調(diào)整，并實施預(yù)打設(shè)。

基坑外地表排水具體措施為：表層土開挖后，在基坑周邊砌筑300 mm（寬）×500 mm（深）的排水溝，內(nèi)側(cè)用水泥砂漿抹面，攔截雨水及深井降水抽出的水，匯總流入集水井最終流入市政管網(wǎng)。

3.3 基坑監(jiān)測

為保證基坑的安全施工，以及避免因基坑變形過大而導(dǎo)致周邊建筑、管線等發(fā)生傾斜或破壞，本工程在施工過程中對基坑的側(cè)向變形和沉降等內(nèi)容進行了實時監(jiān)測。主要監(jiān)測內(nèi)容有：基坑深層土體水平位移、地下水位、錨桿軸力和周圍市政道路及管線的沉降。

監(jiān)測工作從布點、讀取初讀數(shù)開始，開挖期間一般每天監(jiān)測1 次，并形成相應(yīng)報表，及時上報有關(guān)單位。

4 結(jié)語

本工程在施工前，利用FLAC3D對深基坑的開挖及支護進行模擬，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測工程施工對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，為支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支持。

在施工過程中，對主要的施工環(huán)節(jié)如土釘墻施工、基坑降排水等，通過分段分層開挖、合理布置自流深井等手段，有效地控制了基坑變形，從而較好的保護了基坑周邊建筑及市政道路和管線，達到了理想的效果。

此類工程支護結(jié)構(gòu)只能應(yīng)用在特定的工程水文地質(zhì)條件中，如果土的物理力學(xué)性質(zhì)較軟弱，地下水位較高，則不能使用。