复杂环境下深大基坑工程设计

2018-02-18庄诗鸿

西部探矿工程 2018年5期

庄诗鸿

（广东省工程勘察院，广东广州510510）

深大基坑工程的施工具有较大的风险性，涉及到的理论多而复杂，而且有着非常强的综合性。为了降低施工风险发生的概率，保证深大基坑工程的施工质量和施工效率，深大基坑工程设计人员必须要做好基坑工程的设计工作，尤其在复杂环境下深大基坑工程的设计工作，这样既有利于深大基坑工程施工活动的有序和高效开展，又能为深大基坑工程的施工质量以及施工人员的人身安全提供可靠的保障。本文在此基础上，就复杂环境下深大基坑工程的设计展开具体的论述。

1 深大基坑工程的特点

1.1 社会危害性和环境敏感性

一般来说，深大基坑工程都是处在商业繁华地带或者老城区，周边通常紧邻地铁、老旧建筑、管线和道路等。对深大基坑工程进行开挖，原本就对地面造成破坏，使原先土体静力平衡遭受破坏。与此同时，深大基坑工程的施工对地下水的径流水位和路径等都造成了改变，因此产生多种多样的岩土力学情况，会进一步造成各种环境问题，比如地铁线受损、地下管网断裂、道路沉陷变形以及房屋开裂倾斜等，这些破坏会产生放大效应，在一定程度上会引起不良的社会反响[1]。

1.2 多样性

深大基坑工程是一项非常复杂的系统工程，涉及到很多复杂的理论，计算的方式也是各不相同，而且经验系数以及经验公式比较多。施工单位和设计单位在经验和计算上的不同，势必会造成工作中出现各种各样的矛盾和分歧，这种情况下，深大基坑工程的设计很容易就出现遗漏等问题，这在一定程度上会为深大基坑工程的施工埋下巨大的安全隐患[2]。

1.3 综合性

深大基坑工程并不是简单的对土方进行开挖，涉及到的施工内容比较多，除了土方开挖，还有结构工程、支撑工程、降水工程以及围护工程等，由此可见，深大基坑工程具有较强的综合性[3]。

1.4 差异性

在实际施工过程中，并不是每个深大基坑工程所涉及到的水文地质以及工程地质都是相同的，大多数都是各不相同的。加上深大基坑工程周围所处环境的不同，所以对深大基坑工程的施工以及设计要求也会不断发生变化。正是因为深大基坑工程具有差异性的特点，所以在实际施工过程中使用的施工方法、支撑体系设计以及围护结构也是不尽相同的[4]。

1.5 临时性

深大基坑工程的围护结构只是为建筑结构提供相应的施工服务，是一种临时性的构筑物，但是工期却在总工期中占据五分之一到四分之一，其造价在建筑物总造价中占据七分之一到五分之一。这种情况下，很多的业主都希望能够投入最少的费用，花费最少的时间。

2 复杂环境下深大基坑工程设计的分析

2.1 工程概况

笔者所选择的施工案例为广东某个地下二层结构的工程，基坑周围有很多的市政道路侧管线，该工程的南侧是区间隧道和地铁车站，最近的距离只有4m。周围环境非常复杂，而且具有较高的保护要求。该基坑工程的周长大约为600m，面积为18000m2，开挖的深入达到11.4m。

2.2 复杂环境下深大基坑工程的具体设计

2.2.1 对工程特点进行分析

科学合理的设计能够为深大基坑工程的安全和高效施工提供良好的保障，设计人员要对此加以重视，在对深大基坑工程进行设计之前，一定要对工程特点进行全面的分析，熟练掌握工程的每一个细节，只有做到了然于胸，才能进行科学的设计[5]。就该工程而言，其工程特点主要表现为以下几点：①围护地下连续墙具有一定的作用，在该工程中可以作为地下室外墙进行使用，也就是将两墙进行合一设计；②该基坑工程的开挖深度比较深，开挖面积大；③该基坑工程紧邻区间隧道和地铁车站，周围环境非常复杂，具有较高的保护要求。在充分掌握这些特点之后，设计人员才能进行下一个环节的设计。

2.2.2 对水文地质和工程地质的概况进行调查

每个深大基坑工程所处的环境不一样，水文地质和工程地质也是不尽相同。这就意味着，设计人员在设计之前，必须要对深大基坑工程的水文地质和工程地质进行全面的、深入的调查，结合深大基坑工程的实际情况进行科学合理的设计。通过对该工程水文地质和工程地质进行调查，设计人员发现，该场区的土层主要由粉性土和粘性土组成，浅部粉性土层厚度达到20多米，在对基坑进行开挖时，浅层地下水有0.5m的埋深，在水头差作用下，施工人员在开挖基坑的过程中很容易出现流砂现象以及管涌现象，这些都是需要充分考虑的。除此之外，设计人员还发现，该基坑工程砂质粉土层是微承压水层，水头埋深约为2.3m。

2.2.3 对基坑工程围护进行设计

围护工程在深大基坑工程施工中是一个不可或缺的组成部分，设计人员要对此加以重视，根据实地勘察结果以及设计经验对深大基坑工程的围护结构进行科学、合理的设计。根据上海市对于地基的规范要求以及该深大基坑工程周围环境条件，确定靠近地铁一侧的基坑环境保护的安全等级是一级，其他侧的基坑环境保护安全等级是二级，这也意味着围护结构变形应当控制在地铁一侧的15mm以内，其他侧的则控制在25mm以内。该基坑工程使用的是内支撑顺作开挖方式，结合基坑变形、抗管涌稳定性、抗隆起稳定性以及二墙合一抗渗、耐久等要求，最终确定围护墙体的厚度为0.8m，地下连续墙的深度为22～23m。

2.2.4 对基坑工程开挖以及支撑进行设计

在布置支撑的时候，结合主体结构施工以及土方开挖等要求，使用刚度较好、受力明确简单的对称体系。一共设置2道钢筋混凝土支撑，其中心距离地面的距离分别为7.2m和1.5m。在布置支撑结构的时候，尽可能避开主体结构的剪力墙暗柱、柱和梁等构件。由于上海地区的流土有着比较明显的流变特征，依据时空效应的理论，基坑土方支撑设计、土方开挖以及具体的施工应当严格按照“限时、分层、分区开挖支撑”的原则去实行。将基坑工程的施工给周围环境带来的影响和破坏降到最低，尽可能让施工实际符合计算工况。根据本基坑工程的水文地质和工程地质情况，每块土方从开挖一直到支撑浇筑完成，这个工程的时间尽可能控制在48～72h之间，这些都是设计人员在设计过程中需要充分考虑到的。除此之外，为了降低工程开挖阶段对附近地铁车站周围地表沉降、地下连续墙的变形，从而保护区间隧道和车站主体结构，设计人员在对基坑内侧坑底以下进行设计的时候，可以考虑用水泥土搅拌桩，对于顶面以上的部分，可以使用低掺量填充以及加固的方式，这样就可以将施工对原状土的破坏降到最低。