某复杂软土深基坑工程设计实例

竺松 许冠

1 工程概况

拟建场地位于宁波市东部新城中心商务区B区,民安二路以南,商务区中央广场以西,西面是20 m宽的规划路,再往西为7号地块,东面是16 m宽的规划路,南面是20 m宽的规划路。

本工程地下室为3层,基坑开挖面积9 430 m2左右,支护结构延长米约390 m;±0.000标高相当于黄海高程3.550 m,基坑周边自然地坪绝对标高为2.550 m,基坑周圈开挖深度为12.4 m～14.4 m。

基坑支护结构形式的选取必须综合考虑地下室特点、周边环境和地质条件等因素,才能得到既安全可靠、经济合理,又施工方便的基坑支护方案。

1.1 地下室特点

1)基坑开挖面积较大,基坑开挖面积达到9 430 m2。2)基坑开挖深度较深,基坑四周挖深达12.4 m～14.4 m;属于Ⅰ级基坑,γ=1.1。3)基坑平面形状接近矩形,比较规则。4)基坑北侧紧邻民安路,分布有较多管线,对基坑变形非常敏感。5)基坑南侧临近同期施工的10号地块基坑,存在南北向土压力不平衡的问题。6)基坑四周紧邻用地红线,施工场地非常狭小。7)工程桩为钻孔灌注桩,对基坑开挖较为有利。

1.2 土层分布情况

本工程的土层分布情况为:1)场地内土层分布总体比较均匀,地质起伏比较平缓,南侧好土层相对较浅。2)对基坑围护影响较大的②c层淤泥物理力学性质较差,层厚达到10 m左右。3)基坑底部已接近或到达了③a层含黏性土粉砂,这层土物理力学性质较好,层厚在3 m左右,水头差达到14 m左右,透水性很好,该层土附近需设置截水帷幕,在基坑东南角该层土局部缺失。4)坑底以下第③b,④,⑤b层土性都较好,对于减小桩身内力,控制变形都比较有利。5)由于好土层埋深相对较浅,对减短桩长比较有利,但应充分考虑支护桩竖向承载力是否能满足设计要求。

土的物理力学指标见表1。

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1.3 周边环境情况

1)基坑东侧:基坑边有一条16 m宽的规划道路,现作为临近几个工地的主要施工道路,作为本工程的主要施工道路,荷载非常大。2)基坑南侧:有一条20 m宽的规划道路,道路对面为10号地块基坑,地下室施工期间,南侧将作为主要的施工堆场。3)基坑西侧:有一条20 m宽的规划道路,道路对面为7号地块,地下室施工期间西侧作为一条主要的施工通道及材料堆场。4)基坑北侧:地下室基础离用地红线距离最近约2 m,红线外侧为民安路人行道,分布有较多管线,对基坑变形非常敏感。

1.4 周边管线情况

基坑北侧(民安路):由近到远分别布有电信和污水管等管线。总体上来看,基坑北侧民安路管线较多,需要严格控制施工期间引起周边道路的沉降及土体位移。

2 基坑支护形式选取[1,2]

方案设计原则:1)保证基坑支护结构及土体的整体稳定性,确保支护结构在施工期间安全可靠;2)土体开挖过程中确保基坑内外工程桩及基坑外建(构)筑物和地下管线正常使用;3)在确保基坑及周围建(构)筑物安全可靠的情况下,采用最简明的支护手段,达到节省材料、方便施工、加快施工进度、降低工程造价的目的。

根据本基坑的特点、实际施工条件及以往工程经验,经过多个方案的选择和比较,最后决定选用以下支护结构体系:

基坑采用排桩+三道钢筋混凝土水平内支撑的支护结构形式:支护桩采用A700～A850的钻孔灌注桩,支撑体系采用对撑+角撑的形式布置。该支护结构形式具有安全可靠变形小、挖土施工相对比较方便及施工经验丰富等优点。

竖向支护体系:1)未采用两道支撑的原因:由于地下1层楼板标高较低,若采用两道支撑,则换撑时存在较大问题:如果一道支撑标高位于一层楼板以上,则二道支撑拆除时一道支撑与地下室底板间高度达到8 m多,变形将会很大;如果一道支撑标高位于一层楼板以下,则一道支撑拆除时支护结构上部悬臂过大,变形也会很大。考虑到基坑北侧紧邻民安路,该侧对基坑变形非常敏感,因此最终还是考虑采用三道支撑的形式。2)考虑到基坑北侧紧邻民安路,基坑的一道围梁面标高设置不宜太低,因此一道围梁面标高设置在自然地坪以下0.5 m处,二道围梁及支撑面标高降到自然地坪以下4.9 m处,三道围梁及支撑面标高降到自然地坪以下9.35 m处,这样做既改善了桩身内力分布,减少了桩身变形,同时保证两道支撑之间净间距在3.7 m,为基坑施工提供尽可能充足的空间。3)支护桩均穿越淤泥质土进入土性相对较好的黏土或粉质黏土层,以防止踢脚,减少变形。4)桩间均设置大功率水泥搅拌桩嵌缝(靠民安路一侧设置密排水泥搅拌桩),以防止桩间水土流失,从而减少坑外土体的变形;同时拉大桩净间距至200 mm以减少钻孔桩的数量,节省造价。5)桩间均设置高压旋喷桩嵌缝穿透③a粉砂层作为截水帷幕以切断基坑内外的水力联系。6)坑中坑位于③a层含黏性土粉砂,设置密排高压旋喷桩作为截水帷幕。7)考虑到基坑南侧临近同期施工的10号地块地下室基坑,基坑南北向存在很严重的土压力不平衡问题,因此在基坑的南侧设置条形水泥搅拌桩带进行主动区加固,以改良南侧主动区土性,同时南侧围护结构与10号地块围护结构通过连梁连接,以增强该侧围护结构的整体刚度。典型支护结构剖面图见图1。

平面支护体系:支撑体系采用对撑+角撑,尽可能减少支撑覆盖面积,方便挖土施工,缩短工期。

3 结语

目前本工程已顺利施工完毕,现场监测的实际位移都达到了预先设定的要求。综合分析本工程的设计与施工过程,可得到如下结论:1)针对深度较深的地下室基坑支护工程,合理布置支撑,同时留有足够的施工空间方便基坑挖土施工非常重要。基坑施工工期越短,基坑的安全性也相应的越高。2)基坑挖土的合理与监测的及时,是保证基坑施工顺利完成的重要手段,通过监测数据的反分析,可以指导和安排施工顺序和施工进度,达到基坑开挖的动态信息化施工管理的目的。3)由于土体位移产生的时段主要在围护墙侧土体开挖一星期内产生,所以垫层、底板施工要及时跟进,方能减小围护结构的侧向位移,保证基坑的安全实施。

[1] JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].

[2] DB33/T 1008-2000,建筑基坑工程技术规程[S].

[3] 周书东,王小霞,张志民.软土地区基坑工程设计统计分析[J].山西建筑,2008,34(2):131-132.