張 丹 陳全飛 夏向東 剛玉印

（中兵勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100053）

0 引言

隨著城市建設(shè)和地下空間開(kāi)發(fā)的發(fā)展，我國(guó)的深基坑工程越來(lái)越多。城市中心的基坑工程周邊環(huán)境復(fù)雜，如緊鄰建（構(gòu)）筑物、地鐵隧道等，使得深基坑工程在設(shè)計(jì)及開(kāi)挖過(guò)程中面臨諸多復(fù)雜問(wèn)題[1-7]。

基坑工程具有風(fēng)險(xiǎn)高，涉及到的理論多而復(fù)雜，有著非常強(qiáng)的綜合性等特征。因此，在基坑工程設(shè)計(jì)中，尤其在復(fù)雜環(huán)境下深大基坑的設(shè)計(jì)中，保證基坑工程質(zhì)量和施工安全，選擇一種經(jīng)濟(jì)合理、施工工藝成熟的支護(hù)方案是一個(gè)重要研究課題。

本文以北京市昌平區(qū)某深大基坑設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，對(duì)該項(xiàng)目支護(hù)設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析，研究結(jié)果可為類似工程提供借鑒作用。

1 環(huán)境條件

該項(xiàng)目位于北京市昌平區(qū)昌平醫(yī)院院內(nèi)，地上14層，地下3層，基坑設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度約18 m。

基坑周邊環(huán)境特別復(fù)雜，擬建建筑物結(jié)構(gòu)外墻與周邊建（構(gòu)）筑物距離關(guān)系如下（見(jiàn)圖1）：

圖1 基坑及周邊建筑物位置圖

（1）北側(cè)為在建污水處理站，距離2.60 m，基礎(chǔ)埋深約13 m；

（2）西側(cè)為既有門診樓，距離2.0 m，建筑層數(shù)8F/2B，為預(yù)制樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)14～17 m，基礎(chǔ)承臺(tái)底埋深約5 m，西側(cè)部分承臺(tái)底埋深約10.5 m；

（3）西北側(cè)為既有綜合樓，距離5.10 m，地上5層，無(wú)地下室，條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約3 m；

（4）西南側(cè)為既有內(nèi)兒樓，距離5.90 m，建筑層數(shù)9F/2B，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約13 m；且擬建工程汽車坡道在-2層與內(nèi)兒樓相連。

（5）南側(cè)與東側(cè)緊鄰市政道路，道路下無(wú)燃?xì)獾葘?duì)變形敏感管線，管線埋深均小于3 m；

（6）東南側(cè)為既有體檢中心樓，距離5.30 m，地上3層，無(wú)地下室，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約3 m。

2 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地屬山前沖洪積地貌單元，位于昌平區(qū)醫(yī)院院內(nèi)，地勢(shì)較為平坦。場(chǎng)地地層由上至下分別為：人工堆積層、新近沉積層、一般第四紀(jì)沉積層和侏羅紀(jì)基巖四大類。按照巖性，物理力學(xué)性質(zhì)及工程特性，場(chǎng)地地層土劃分為7大層，物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1，典型工程地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2。

地下水情況，場(chǎng)地50 m深度范圍內(nèi)共存在2層地下水，描述如下：

第1層地下水為潛水，埋深5.8～7.5 m，主要含水層為粉質(zhì)黏土—黏質(zhì)粉土②層及黏質(zhì)粉土③1層；

第2層地下水為潛水，埋深約14.9 m，主要含水層為粉質(zhì)黏土—重粉質(zhì)黏土④層。

圖2 場(chǎng)地典型工程地質(zhì)剖面圖

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

本工程基坑支護(hù)開(kāi)挖面積大，周邊建筑物情況各異，環(huán)境條件復(fù)雜，對(duì)基坑變形控制要求高。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主要思路是“保證安全、節(jié)約造價(jià)、便于施工、工法成熟”。經(jīng)研究確定，本方案采用了“多標(biāo)高+降臺(tái)階+不同參數(shù)”的樁錨支護(hù)體系。

3.1 設(shè)計(jì)選型

本基坑工程設(shè)計(jì)選型基于周邊環(huán)境特點(diǎn)，工程地質(zhì)條件、周邊建筑物產(chǎn)權(quán)關(guān)系、北京市場(chǎng)成熟施工工藝條件、工程造價(jià)分析等因素進(jìn)行。北京地區(qū)基坑工程市場(chǎng)中針對(duì)深大基坑工藝較為成熟的支護(hù)形式分別由護(hù)坡樁+預(yù)應(yīng)力錨索/內(nèi)支撐、地下連續(xù)墻+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)/內(nèi)支撐支護(hù)體系等。

本工程周邊建筑物產(chǎn)權(quán)均為昌平醫(yī)院，具備摘土至鄰近建筑物外墻的條件。

周邊建筑物既有資料齊全，其基礎(chǔ)情況、樁基礎(chǔ)平面布置等資料準(zhǔn)確。

項(xiàng)目工期緊、資金預(yù)算緊張，在保證質(zhì)量及安全的前提下，應(yīng)盡量選擇施工速度快、造價(jià)較低的支護(hù)形式。

基于以上條件，本基坑采用了護(hù)坡樁+預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式，根據(jù)與周邊環(huán)境的不同特點(diǎn)，分別采用降臺(tái)處理、調(diào)整平面布置處理等方式。

3.2 設(shè)計(jì)方案

（1）護(hù)坡樁均采用φ800的鋼筋混凝土灌注樁，樁頂設(shè)置一道現(xiàn)澆鋼筋混凝土冠梁，沿基坑開(kāi)挖深度方向分層設(shè)置水平向預(yù)應(yīng)力錨索。

（2）常規(guī)支護(hù)范圍，周邊環(huán)境條件簡(jiǎn)單的區(qū)域，采用常規(guī)樁錨支護(hù)，共設(shè)置3排預(yù)應(yīng)力錨索，支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖3（a）。臨近無(wú)地下室或周邊建筑物基礎(chǔ)埋深對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索不造成影響的支護(hù)區(qū)域，采用常規(guī)樁錨支護(hù)，通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)，增加支護(hù)結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度。

圖3 基坑支護(hù)剖面示意圖

（3）臨近周邊建筑物地下室/地下結(jié)構(gòu)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工造成影響，且采用天然地基，采用摘土至既有建筑物基礎(chǔ)底標(biāo)高/承臺(tái)底標(biāo)高以上0.5 m，并采用樁錨支護(hù)的形式，支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖3（b）。

該方式存在以下問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮：摘土后既有建筑物地下室土壓力不平衡問(wèn)題。根據(jù)本工程經(jīng)驗(yàn)，可通過(guò)以下措施進(jìn)行控制：

摘土應(yīng)沿既有建筑物短邊方向進(jìn)行，以減少兩側(cè)土壓力不平衡導(dǎo)致的建筑物傾斜；如摘土沿既有

（4）臨近周邊建筑物地下室/地下結(jié)構(gòu)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工造成影響，且采用樁基礎(chǔ)時(shí)，采用摘土至既有建筑物基礎(chǔ)底標(biāo)高/承臺(tái)底標(biāo)高以上0.5 m，并采用樁錨支護(hù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的形式，支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖4。

圖4 臨近周邊建筑物（樁基礎(chǔ)）支護(hù)剖面

該范圍為臨近現(xiàn)狀門診樓一側(cè)，由于錨索施工需穿過(guò)門診樓既有樁基礎(chǔ)，受既有樁的影響，錨索施工難度大、可實(shí)現(xiàn)程度未知。

在設(shè)計(jì)中采用了在施工過(guò)程中實(shí)施動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)管理的思路。

在基坑平面設(shè)計(jì)時(shí)，將基坑護(hù)坡樁中線與既有門診樓外墻平行布置，將預(yù)應(yīng)力錨索從樁間穿過(guò)的可行性加強(qiáng)。

由于受現(xiàn)場(chǎng)的施工偏差、既有樁基礎(chǔ)施工的不確定性等條件約束，錨索預(yù)計(jì)施工情況與設(shè)計(jì)情況可能發(fā)生一定偏差，因此，該區(qū)域采用了動(dòng)態(tài)法設(shè)計(jì)，即在施工過(guò)程中根據(jù)及時(shí)反饋的實(shí)際施工狀態(tài)，跟蹤錨索施工成孔率，調(diào)整后續(xù)設(shè)計(jì)及施工參數(shù)，以滿足工程安全、節(jié)約工程造價(jià)。

根據(jù)后期施工反饋，部分錨索成孔仍與樁基礎(chǔ)發(fā)生碰撞，錨索成孔未實(shí)現(xiàn)1樁1錨的設(shè)計(jì)條件，但全范圍均滿足3樁2錨。

基于以上條件，對(duì)已完成錨索按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行張拉鎖定，并對(duì)應(yīng)已完工錨索位置增加1道預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

（1）由于部分區(qū)域基坑護(hù)坡樁樁頂進(jìn)行摘土，造建筑物長(zhǎng)邊進(jìn)行時(shí)，應(yīng)對(duì)既有建筑物在土壓力作用下產(chǎn)生的基底壓力不平衡進(jìn)行沉降驗(yàn)算。成摘土區(qū)與非摘土區(qū)銜接部位樁背土體支護(hù)難度較大，本工程設(shè)計(jì)中，在該部位設(shè)置過(guò)渡樁，并為減少過(guò)渡樁變形，在過(guò)渡樁后設(shè)置錨拉樁。（見(jiàn)圖5）

圖5 摘土過(guò)渡部位處理平面圖

（2）本工程塔吊位于基坑坡頂，在該部位對(duì)塔吊設(shè)置樁基礎(chǔ)，并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。（見(jiàn)圖6）

圖6 臨近塔吊部位剖面圖

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用理正深基坑進(jìn)行輔助計(jì)算，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)為1.1。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，基坑在開(kāi)挖至槽底后產(chǎn)生最大變形，水平向最大位移約43 mm，周邊地面最大沉降27 mm，周邊建筑物最大沉降20 mm。

計(jì)算結(jié)果表明，基坑變形可以滿足一級(jí)基坑變形的控制要求。

4 基坑監(jiān)測(cè)

本工程按照一級(jí)基坑要求對(duì)坡頂水平位移、周邊地面沉降、周邊建筑物沉降等項(xiàng)目進(jìn)行了第三方監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖見(jiàn)圖7，監(jiān)測(cè)周期為自從基坑開(kāi)挖至基坑回填完成，目前建筑物已完成結(jié)構(gòu)封頂。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示：

（1）基坑頂部水平位移最大點(diǎn)為S21點(diǎn)，即坡頂塔吊處（臨近體檢中心、基坑陽(yáng)角點(diǎn)），累計(jì)位移值為15.7 mm，最大變形速率1 mm/d。

其他部位基坑頂部水平位移累計(jì)值8.2～13.4 mm，最大變形速率1 mm/d。

基坑頂部水平位移預(yù)警值為50 mm，變形速率預(yù)警值3 mm/d，基坑頂部水平位移值均在預(yù)警值內(nèi)。

（2）基坑頂部垂直位移最大點(diǎn)為S21點(diǎn)，即坡頂塔吊處（臨近體檢中心、基坑陽(yáng)角點(diǎn)），累計(jì)沉降值為7.77 mm，最大沉降速率1 mm/d。

其他部位基坑頂部垂直位移累計(jì)值3.3～6.9 mm，最大變形速率1 mm/d。

基坑頂部垂直位移預(yù)警值為30 mm，變形速率預(yù)警值3mm/d，基坑頂部垂直位移值均在預(yù)警值內(nèi)。

（3）基坑周邊建筑物累計(jì)沉降值最大點(diǎn)為C19，即既有綜合樓西南角點(diǎn)，累計(jì)沉降值為11.94 mm，傾斜0.07%。

其他部位建筑物累計(jì)沉降值0～5.3 mm，最大傾斜0.04%。

周邊建筑物沉降的限值為20 mm，傾斜限值0.2%?；又苓吔ㄖ锍两抵蹬c傾斜均在限值內(nèi)。

（4）基坑深層水平位移最大點(diǎn)為S21點(diǎn)，即坡頂塔吊處（臨近體檢中心、基坑陽(yáng)角點(diǎn)），累計(jì)位移值為18.9 mm，最大變形速率2 mm/d。

其他部位基坑深層水平位移累計(jì)值8.6～16.7 mm，最大變形速率2 mm/d。

基坑深層水平位移預(yù)警值為30 mm，變形速率預(yù)警值3 mm/d，基坑深層水平位移值均在預(yù)警值內(nèi)。

（5）在基坑開(kāi)挖至回填期間，既有建筑物未產(chǎn)生裂縫。

圖7 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

5 結(jié)論及建議

本文以北京市昌平區(qū)醫(yī)院某基坑設(shè)計(jì)為例，敘述了支護(hù)方案選型設(shè)計(jì)、復(fù)雜周邊建（構(gòu)）筑物條件下的設(shè)計(jì)方案及參數(shù)選取，利用理正深基坑計(jì)算軟件對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、基坑位移等進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)實(shí)際實(shí)施監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行了分析探討。主要結(jié)論如下：

（1）深基坑周圍環(huán)境條件復(fù)雜時(shí)，可采用適當(dāng)?shù)倪x擇分區(qū)支護(hù)方案，充分利用現(xiàn)場(chǎng)條件，在保證基坑支護(hù)質(zhì)量的同時(shí)，降低工程造價(jià)。基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，該項(xiàng)目支護(hù)方案合理可行，實(shí)施效果良好，基坑坡頂豎向、水平位移，周邊建筑物裂縫，沉降等均在容許范圍內(nèi)。

（2）在基坑支護(hù)方案中采用摘土降臺(tái)處理時(shí)，摘土應(yīng)沿既有建筑物短邊方向進(jìn)行，以減少兩側(cè)土壓力不平衡導(dǎo)致的建筑物傾斜；如摘土沿既有建筑物長(zhǎng)邊進(jìn)行時(shí)，應(yīng)進(jìn)行既有建筑物基底水平抗滑移驗(yàn)算，并對(duì)既有建筑物在土壓力作用下產(chǎn)生的基底壓力不平衡進(jìn)行沉降驗(yàn)算。應(yīng)注意摘土銜接部位的高低差處理。

（3）在基坑設(shè)計(jì)中，對(duì)復(fù)雜部位，尤其是周邊建筑物采用樁基礎(chǔ)或進(jìn)行過(guò)地基處理時(shí)，宜采用動(dòng)態(tài)法設(shè)計(jì)，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行及時(shí)跟蹤，依據(jù)施工反饋數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

（4）復(fù)雜周邊環(huán)境下的深大基坑工程問(wèn)題越來(lái)越多，設(shè)計(jì)人員要對(duì)此加以重視，對(duì)復(fù)雜環(huán)境條件下深大基坑工程的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行深入地研究，確保施工單位按照設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工時(shí)可以取得良好的效果。