裴寶家, 孟 源, 羅 睿

(1. 安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.中鐵四局集團(tuán)有限公司第一分公司，安徽 合肥 230000)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的規(guī)模越來(lái)越大，更多的深基坑工程不斷出現(xiàn)。坑中坑是深基坑的重中之重，坑中坑的開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)相對(duì)于普通深基坑的開(kāi)挖其情況更為復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于坑中坑的研究相對(duì)較少，其中包小華從風(fēng)險(xiǎn)理念出發(fā)，運(yùn)用模糊評(píng)判法研究了深基坑安全性的主要影響因素，對(duì)深基坑的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估[1]。戴錦程等人利用有限元數(shù)值模擬的方法對(duì)坑中坑內(nèi)外坑的樁撐支護(hù)和樁錨支護(hù)進(jìn)行了模擬分析和理論計(jì)算驗(yàn)證其支護(hù)方案的合理性[2]。袁釬 陳暢分別從施工和設(shè)計(jì)的角度介紹坑中坑的降水方式和支護(hù)方案[3～4]。結(jié)合前人的研究，從合肥市蜀山區(qū)新城污水處理廠的坑中坑案例著手，從設(shè)計(jì)、施工和基坑監(jiān)測(cè)的角度分析坑中坑的各項(xiàng)受力性能，開(kāi)挖和支護(hù)過(guò)程，變形特點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 概 述

基坑共分八個(gè)工作區(qū)，長(zhǎng)約270m,寬204m,開(kāi)挖面積約55080m2，場(chǎng)地周邊標(biāo)高按30.50m～37.50m考慮，基底標(biāo)高為12.10m～29.20m，基坑普遍挖深1.80m～18.90m。進(jìn)水泵房位于八區(qū)，基低標(biāo)高為12.10m,為坑中坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，安全等級(jí)為一級(jí)，其余部位為二級(jí)?；蝇F(xiàn)場(chǎng)布置情況見(jiàn)圖1。

圖1 基坑現(xiàn)場(chǎng)分區(qū)圖

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

1.2.1 工程地質(zhì)

區(qū)域地層巖性主要為粉質(zhì)泥沙巖、砂巖、粉砂、礫巖等，表面主要為粘性土、粉土、砂土。第四世紀(jì)晚更新以來(lái)地殼活動(dòng)比較緩慢，區(qū)域內(nèi)黃色粘性土特別發(fā)育。工程地質(zhì)原位試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，地層主要物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 地質(zhì)情況及現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)結(jié)果

表2 各土層主要物理力學(xué)參數(shù)

1.2.2 水文地質(zhì)

(1)地表水

地表水主要存在于場(chǎng)地內(nèi)的水坑、水塘及廢棄水井內(nèi)。地勢(shì)呈東北高西北低，呈緩坡?tīng)?，暴雨季?jié)地表水總體排泄暢通。

(2)地下水

地下水條件較為復(fù)雜。地下水類(lèi)型為上層滯水及承壓水。測(cè)得上層滯水靜止水位埋深0.60m～1.20m，水位標(biāo)高29.21m～-39.21m?？又锌踊讟?biāo)高12.10m。地下水年變化幅度范圍約1.0m。②、③層粘土、④層粉質(zhì)粘土滲系數(shù)低，有一定的隔水效果。承壓水主要賦存于⑤層強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖及⑥層中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖中，其透性和連通性較好，貯水量較少，埋深較深，勘察期間未測(cè)得該層承壓水的穩(wěn)定的地下水位。

2 坑中坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案及開(kāi)挖方法

2.1 坑中坑典型斷面的支護(hù)方式

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定[5～6]，確定本基坑重要性等級(jí)進(jìn)水泵房為一級(jí)，其他區(qū)段為二級(jí)，基坑有效使用期限12個(gè)月。西側(cè)標(biāo)高坡頂標(biāo)高為31m采用坡比為1:1的一級(jí)放坡，并設(shè)置土釘。進(jìn)水泵房采用直徑為鉆孔灌注樁+上部一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐+底部和中部共兩道鋼管內(nèi)支撐。在坑中坑支護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中應(yīng)充分考慮地下水的水壓力和基坑開(kāi)挖到標(biāo)高為28.05m的位置的土壓力，同時(shí)考慮施工過(guò)程的荷載的影響。具體的坑中坑典型斷面如圖2。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

2.2 坑中坑支護(hù)的重難點(diǎn)

坑中坑西側(cè)與南側(cè)為3m寬平臺(tái)，平臺(tái)標(biāo)高28.05m基底標(biāo)高為12.2m內(nèi)外坑高差近16m。平臺(tái)外側(cè)為高度2.95m坡比西側(cè)1：1的放坡。坡頂為臨時(shí)便道，承受施工過(guò)程中所需要的活荷載。要考慮到坑中坑對(duì)外坑的變形影響和基坑西側(cè)與南側(cè)的整體穩(wěn)定性?？又锌雍熊浲翆雍屯杆畬?，強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖和中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖的透水性比較強(qiáng)?？又锌游挥诖朔秶鷥?nèi)。維護(hù)結(jié)構(gòu)要做好防水抗?jié)B措施。橫向支撐分三層施工，且第一層與后兩層采用的支撐材料不一樣，合理布置砼支撐與鋼支撐的位置，充分考慮其各自的利弊尤為重要。

3 基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及結(jié)果及分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)的布置情況，參考相關(guān)規(guī)范制定監(jiān)測(cè)方案[7]，對(duì)基坑各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)[8]，監(jiān)測(cè)過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)值接近報(bào)警值應(yīng)立即采取應(yīng)急措施以確?；拥恼麄€(gè)施工過(guò)程的安全。

(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要監(jiān)測(cè)了轉(zhuǎn)孔灌注樁樁頂?shù)乃轿灰坪痛怪蔽灰疲?區(qū)打樁處布設(shè)5個(gè)，水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與垂直位移觀測(cè)點(diǎn)為同一個(gè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)命名為D01-D05。樁頂在開(kāi)挖工程中水平和垂直位移隨日期的變化如圖3-4所示。從圖3可以看出，在基坑開(kāi)挖初期，樁頂水平位移變化速度比較快，隨著時(shí)間的發(fā)展，樁頂水平位移的側(cè)向力逐漸趨于平穩(wěn)。最大水平位移為8mm遠(yuǎn)低于規(guī)范規(guī)定的預(yù)警值40mm(<0.25%H，H為基坑深度)。分析原因是第一層砼支撐與樁頂接觸，將力傳遞到第一層砼支撐上，把水平側(cè)向力轉(zhuǎn)化成了砼支撐的軸力。圖4可以看出部分樁由于地基隆起的原因有輕微上浮，上浮量較小不影響冠梁安全，部分樁樁有輕微沉降，但后期又有回歸原位置的趨勢(shì)，最終所有圍護(hù)樁都處于輕微上浮的狀態(tài)，最大上浮量在報(bào)警值范圍之內(nèi)，不影響冠梁安全。

圖3 樁頂水平位移時(shí)間曲線(xiàn)圖

圖4 樁頂垂直位移時(shí)間曲線(xiàn)圖

(2)坑中坑圍護(hù)樁內(nèi)部設(shè)置砼支撐，為保證基坑的穩(wěn)定性和工程施工安全，實(shí)時(shí)掌握砼支撐的軸力最不利位置的軸力變化情況尤為重要。將軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在砼支撐沿水平方向的斜撐上，每個(gè)斜撐各布置一個(gè)點(diǎn)。支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)ZC01-1到ZC01-4。軸力變化時(shí)間曲線(xiàn)如圖5所示。當(dāng)砼支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開(kāi)始向下開(kāi)挖，隨著時(shí)間的推移其軸力不斷增大。但當(dāng)開(kāi)挖到第一層鋼支撐標(biāo)高時(shí)，鋼支撐分擔(dān)了樁對(duì)砼支撐的側(cè)向壓力，因此產(chǎn)生了V形變化曲線(xiàn)，后期開(kāi)挖到第三層鋼支撐時(shí)出現(xiàn)了同樣的效果，砼支撐曲線(xiàn)大致呈M形。其最大軸力值小于報(bào)警值，也驗(yàn)證了這種支護(hù)方式的合理性。軸力曲線(xiàn)在后期有下降的趨勢(shì)。由于截止到目前為止整個(gè)基坑的主體結(jié)構(gòu)施工還未結(jié)束，大膽猜測(cè)在沒(méi)有暴雨等其他突發(fā)情況下砼支撐的軸力值會(huì)逐步趨于平穩(wěn)。

圖5 砼支撐軸力時(shí)間圖

(3)立柱沉降：布置于立柱下部1/3處，8區(qū)坑中坑打樁處共布設(shè)4個(gè)，按LZ01-LZ04命名。圖中正數(shù)為下沉，負(fù)數(shù)為上升。格構(gòu)柱垂直位沉降時(shí)間曲線(xiàn)如圖6所示：在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中有三根立柱基本處于上浮的趨勢(shì)，一開(kāi)始上浮速率比較大，后期逐漸趨于平穩(wěn)。其最大上浮量不超過(guò)4mm,在容許范圍之內(nèi)。分析其上浮的原因主要是基坑水壓力比較大，引起基坑底部有隆起。格構(gòu)柱與土體之間的摩擦力較小使得格構(gòu)柱與土體之間發(fā)生相對(duì)位移。分析LZ4下沉的主要原因是四根格構(gòu)柱上部貫入到砼支撐內(nèi)部，中間位置與鋼支撐使用鋼架鉸接在一起。受橫向鋼支撐或砼支撐的共同作用四根格構(gòu)柱豎向受力不均勻而導(dǎo)致了其下沉。

圖6 格構(gòu)柱垂直位沉降時(shí)間曲線(xiàn)圖

4 結(jié) 語(yǔ)

截止到2019年12月8號(hào)合肥新城污水處理廠深基坑坑中坑已經(jīng)開(kāi)挖至基底，且外坑部分分區(qū)已經(jīng)開(kāi)始主體結(jié)構(gòu)的施工，坑中坑部位也已近澆筑墊層?？偨Y(jié)其支護(hù)支護(hù)方式和開(kāi)挖方式結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得出以下結(jié)論：

(1) 坑中坑開(kāi)挖過(guò)程中要充分考慮到地下水浮力的作用和地基隆起，在施工階段要持續(xù)性降水。設(shè)計(jì)主體結(jié)構(gòu)時(shí)要在結(jié)構(gòu)底板下部設(shè)置抗拔樁或者抗浮錨桿。

(2) 工程采用三層支撐，第一層砼支撐有較好的穩(wěn)定性且能經(jīng)得住施工設(shè)備的撞擊，有良好的抗壓性和抗拉性能，節(jié)點(diǎn)牢靠，支撐體系的穩(wěn)定性可靠。第二三層采用鋼支撐安裝時(shí)即可形成支撐作用，拆除方便。

(3) 在深基坑工程中坑中坑是在最后階段進(jìn)行開(kāi)挖，單純的一種支護(hù)方案難以滿(mǎn)足坑中坑的支護(hù)設(shè)計(jì)，應(yīng)該結(jié)合工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件合理的選擇多種支護(hù)形式組合的支護(hù)方式。

(4) 坑中坑屬于大坑套小坑，為防止內(nèi)坑開(kāi)挖引起大肯邊坡變形過(guò)大，基坑周邊應(yīng)嚴(yán)禁堆載或在設(shè)計(jì)階段就考慮到堆載的影響。