文／劉強(qiáng) 武漢聯(lián)投置業(yè)有限公司 湖北武漢 430212

引言：

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，復(fù)雜環(huán)境下的深基坑工程越來(lái)越多，在復(fù)雜的環(huán)境條件下，對(duì)深基坑的支護(hù)方案的選擇也相應(yīng)提出了更高的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求，基坑支護(hù)不僅要滿(mǎn)足施工地下結(jié)構(gòu)時(shí)的技術(shù)可行性和安全性問(wèn)題，同時(shí)要具備一定得經(jīng)濟(jì)性要求。

自20 世紀(jì)40 年代國(guó)外學(xué)者開(kāi)始研究基坑工程中的土體穩(wěn)定和荷載大小開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外有大量的學(xué)者對(duì)深基坑工程開(kāi)展了一系列的研究，大量的研究主要集中于對(duì)深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控等方面的研究，具體主要著重于以下幾個(gè)方面：

（1）深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)方面主要針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進(jìn)行分析研究，主要是通過(guò)對(duì)比分析來(lái)研究某一種具體支護(hù)方案各個(gè)參數(shù)的確定及其適用性、安全性；

（2）深基坑支護(hù)的施工方面主要分析研究深基坑施工的安全技術(shù)方案和施工要點(diǎn)；

（3）深基坑支護(hù)的監(jiān)控方面主要分析研究深基坑支護(hù)的監(jiān)控結(jié)果及其變形的控制，以及分析深基坑臨近敏感建筑物、地下管線等情況下通過(guò)對(duì)沉降量等數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析其對(duì)周?chē)h(huán)境的影響；

（4）深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)分析。

本文以武漢某深基坑為背景，探索針對(duì)具體的水文地質(zhì)情況，進(jìn)行深基坑支護(hù)方案的確定及實(shí)施的系統(tǒng)完整分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息的反饋，評(píng)價(jià)本文支護(hù)方案的有效性，以期為類(lèi)似工程的支護(hù)方案的選擇與實(shí)施提供指導(dǎo)。

1.工程概況

本項(xiàng)目擬建建筑物設(shè)計(jì)概況如表1 所示。

圖1 建筑剖面圖

表1 擬建物結(jié)構(gòu)特征及參數(shù)

1.1 場(chǎng)地周邊環(huán)境

擬建場(chǎng)區(qū)施工區(qū)周邊環(huán)境如下：場(chǎng)地整平標(biāo)高-1.800，基坑處自然地面標(biāo)高-4.100；基坑北側(cè)：臨近施工道路施工生活區(qū)，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)布置，支護(hù)距離道路最近約0.5m，距生活區(qū)最近約13.0m；基坑?xùn)|側(cè)：鄰近某20 層住宅樓，與支護(hù)距離最近約8.7m；基坑南側(cè)：鄰近兩棟5 層磚混建筑，與支護(hù)邊線距離最近約8.1m,其自然地面比場(chǎng)區(qū)內(nèi)地面低約1.0m；基坑西側(cè)：鄰近某市政道路及地鐵線路，支護(hù)距離道路中線最近約33.1m，距離軌道交通控制線2.05m。

1.2 場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)區(qū)位于長(zhǎng)江Ⅲ級(jí)階地古河道地段，微地貌單元為沖積平原區(qū)。根據(jù)勘探成果，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)成果報(bào)告，各土層分布情況分述如下：

（1）雜填土：該層廣泛分布于整個(gè)擬建場(chǎng)地，成分以新近堆填建筑生活垃圾為主，結(jié)構(gòu)紊亂，松散，局部混夾少量粘土，工程力學(xué)性質(zhì)差，不能作為基礎(chǔ)持力層。

（2）粘土：主要位于原湖塘地段，少量分布，呈灰黑色，多為軟塑狀態(tài)，工程性能較差。

（3）粘土：該層為硬塑狀態(tài)的老粘性土，場(chǎng)地均有分布，厚度一般為20m 左右，底部約2～3m 呈褐紅色，并夾少量碎石。該層承載力高、壓縮性低，工程性能良好。

（4）粘質(zhì)砂性土：該層為古河道地層，以粉細(xì)砂為主的混合土，承載力一般、壓縮性中等，有一定厚度，可考慮作為純地下室部分基礎(chǔ)持力層。

（5）含卵礫石粘質(zhì)砂性土：該層亦為為古河道地層，場(chǎng)地均有分布，厚度較大，主要以可塑狀粘性土、細(xì)中砂混少量卵礫石為主，部分鉆孔揭示該層底部夾有石英質(zhì)滾石。其工程性能相對(duì)較好，可考慮作為純地下室部分的樁基礎(chǔ)持力層。

與基坑支護(hù)設(shè)計(jì)相關(guān)地層的巖土設(shè)計(jì)參數(shù)如表2 所示。

表2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

1.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水主要分為三種，一是賦存于雜填土中的上層滯水；二是古河道中含粉細(xì)砂、卵礫石土層中的承壓水；三是下部基巖中基巖裂隙水和巖溶水。上層滯水主要由地表水源、大氣降水和生活用水補(bǔ)給，因場(chǎng)區(qū)地勢(shì)相對(duì)處在較低洼地段，上層滯水水量受環(huán)境因素影響較大；古河道中含粉細(xì)砂、卵礫石土層中的承壓水及基巖中基巖裂隙水和巖溶水均具有承壓性，存在一定補(bǔ)給關(guān)系，承壓含水層靜止水位絕對(duì)標(biāo)高15.460m（坑底絕對(duì)標(biāo)高13.100 m～14.300m），其滲透系數(shù)為1.35m/d。

1.4 本基坑工程特點(diǎn)

（1）基坑開(kāi)挖深度較深：開(kāi)挖深度為整平后自然地面下12.90m～16.40m，基坑深度較深。

（2）基坑周邊環(huán)境復(fù)雜?；淤N近四周均貼近既有建筑物，場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在既有地下人防，其對(duì)支護(hù)施工、基坑及環(huán)境安全均構(gòu)成潛在不力影響，環(huán)境保護(hù)要求高。

（3）基坑周邊存在煤氣管線，基坑西側(cè)有一煤氣管線分布，距離支護(hù)最近約1.82m，二期基坑進(jìn)入地鐵影響范圍線，距離軌道交通控制線最近約2.05m，對(duì)基坑控制變形要求非常高。

（4）本基坑施工場(chǎng)地狹小，施工場(chǎng)地安排較為困難，需將整個(gè)基坑分期設(shè)計(jì)施工，利用后施工區(qū)域作為先施工區(qū)域的施工場(chǎng)地，如圖2 所示。

圖2 基坑分區(qū)示意圖

（5）場(chǎng)地內(nèi)土質(zhì)良好，有利于基坑支護(hù)。

2.基坑支護(hù)方案選擇

（1）本深基坑工程位于市區(qū)，基坑開(kāi)挖深、周邊環(huán)境復(fù)雜。必須確保支護(hù)結(jié)構(gòu)萬(wàn)無(wú)一失，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠承受開(kāi)挖后最大限度的主動(dòng)區(qū)土體和周邊一切動(dòng)、靜載荷所產(chǎn)生的土壓力。

（2）基坑周邊分布有建筑。這些建（構(gòu)）筑物均對(duì)過(guò)大的沉降和差異沉降敏感。因此，支護(hù)設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變位，控制地下水治理措施對(duì)周邊環(huán)境造成的固結(jié)沉降或地層損失所引起的地面變形，基坑支護(hù)必須保證周邊建（構(gòu)）筑物的安全。

（3）在滿(mǎn)足安全可靠的前提下，優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)方案，努力做到施工便捷、經(jīng)濟(jì)合理。

結(jié)合各方面要求和本基坑特點(diǎn)綜合考慮，本基坑重要性等級(jí)為一級(jí)，按強(qiáng)樁強(qiáng)撐的原則，采用鉆孔灌注樁+兩道鋼筋混凝土撐的支護(hù)方案，內(nèi)支撐構(gòu)件主要采用角撐梁、梁邊桁架形成平面支撐桁架，立柱為鋼格構(gòu)立柱，在各鋼立柱與鋼筋混凝土底板的連接處要設(shè)止水鋼板，如圖3 所示：

3.地下水控制

3.1 上層滯水處理

在基坑四周距坡頂1.0m 處修筑一條排水溝，混凝土澆筑，按3%坡率流入集水井中，統(tǒng)一排入市政排水系統(tǒng)；基坑底部?jī)?nèi)沿坑底四周設(shè)置一條排水溝，采用磚砌，并布置一定數(shù)量的集水井，以抽排坑內(nèi)之水。

3.2 下部承壓水處理

取承壓水頭高度18.46m（絕對(duì)標(biāo)高）進(jìn)行基坑突涌驗(yàn)算，高出含水層頂板標(biāo)高8.69m，場(chǎng)地范圍內(nèi)基坑底至承壓含水層頂板最小距離D 為3.33m，根據(jù)《基坑工程技術(shù)規(guī)程》（DB42/T159-2012）6.2.15 條抗突涌驗(yàn)算:

因此本項(xiàng)目承壓水處理采用井點(diǎn)降水，降低承壓水水頭。

目前雖然關(guān)于土體抗剪強(qiáng)度對(duì)抗突涌能力的貢獻(xiàn)的機(jī)理尚無(wú)定論，然而考慮土體抗剪強(qiáng)度計(jì)算所得的抗突涌安全系數(shù)都得到大幅度的提高。因此本工程假定突涌破壞體為一個(gè)直徑5m 的圓柱體，按如下公式計(jì)算抗突涌安全系數(shù)：

式中，

帶入各參數(shù)計(jì)算所得本項(xiàng)目抗突涌安全系數(shù)為2.33，系數(shù)提高程度十分可觀。有鑒于此，本基坑降水井的布置除滿(mǎn)足規(guī)范要求的考慮外，另一個(gè)方面也是為防止下部承壓水通過(guò)場(chǎng)區(qū)的勘察孔、立柱樁或工程樁側(cè)壁與土體的間隙等通道涌入基坑而設(shè)置的。

3.3 基坑內(nèi)真空管井設(shè)置

真空管井設(shè)置：一期還建樓基坑5 口，二期寫(xiě)字樓基坑4 口，三期連通道基坑2 口；觀測(cè)井兼做備用降水井（管井）設(shè)置：一期還建樓基坑2 口，二期寫(xiě)字樓基坑2 口；

濾管設(shè)置在④粘質(zhì)砂性土層中，井深35m，以使承壓水頭降低至可滿(mǎn)足基坑底板的抗突涌穩(wěn)定性、防止承壓水沿場(chǎng)區(qū)既有勘察孔等通道涌入基坑。

擬建場(chǎng)地降水范圍內(nèi)土層為老粘土（即超固結(jié)土），降水后的土體的有效應(yīng)力小于老粘土的先期固結(jié)壓力，降水不會(huì)引起地面沉降。

（1）管井設(shè)計(jì)

深井降水管井為承壓水降水管井，成井直徑600mm，井出水量為30m3/h。井管采用φ300，壁厚大于等于4mm 鋼管，井管底部為沉淀管，長(zhǎng)度1.0m。井管外填濾層宜選用磨圓度較好、粒徑均勻的硬質(zhì)礫砂和礫石，填礫粒徑為6～12 倍含水層土體的平均粒徑。承壓水降水井管的頂部應(yīng)設(shè)置止水封閉層，在填濾層上方5m 高度內(nèi)要求采用優(yōu)質(zhì)粘土球封堵。

（2）排水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

深井降水運(yùn)營(yíng)期抽排的地下水采用承壓管道沿基坑周邊鋪設(shè)集中排水至市政下水道，根據(jù)其匯水狀況宜采用直徑為325～425mm 鋼管，管道鋪設(shè)向出水口傾斜3‰。

4.主要施工流程

本基坑工程包括鉆孔灌注樁施工、冠梁施工、內(nèi)支撐梁施工、土方開(kāi)挖、降水井及觀測(cè)井施工等主要施工項(xiàng)目，其施工流程圖如圖4 所示。

圖4 施工流程圖

5.基坑監(jiān)測(cè)

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，采用工程測(cè)量、工程測(cè)試及目測(cè)三種手段相結(jié)合的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，排除外界因素和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的偶發(fā)性誤差，從而提供精確的、可靠的、科學(xué)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從基坑邊緣以外1～3 倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)需要保護(hù)的周邊環(huán)境應(yīng)作為監(jiān)測(cè)對(duì)象。

各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)其施工工況，如表3 所示，并滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較大或者速率加快，監(jiān)測(cè)值達(dá)到或接近報(bào)警值、遇不良天氣狀況，存在勘察未發(fā)現(xiàn)的不良地層，或出現(xiàn)其他影響基坑及周邊環(huán)境安全的異常情況，應(yīng)適當(dāng)加密。每次觀測(cè)完畢后及時(shí)向建設(shè)方和監(jiān)理方口頭通報(bào)觀測(cè)成果，并及時(shí)提交觀測(cè)成果報(bào)告。分析基坑開(kāi)挖施工時(shí)，邊坡的安全可靠性及對(duì)周邊環(huán)境的影響程度，及時(shí)提出建議、報(bào)警和應(yīng)急措施，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員應(yīng)及時(shí)分析各種監(jiān)測(cè)資料，捕捉險(xiǎn)情發(fā)生前的種種前兆信息，實(shí)現(xiàn)險(xiǎn)情預(yù)報(bào)，為信息化施工提供依據(jù)。

表3 監(jiān)測(cè)頻率設(shè)置

結(jié)語(yǔ)：

經(jīng)過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠設(shè)計(jì)、合理的降水方案和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的嚴(yán)格監(jiān)督和控制，將本項(xiàng)目基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)降低到最小，保證了項(xiàng)目的順利完成。