周边复杂环境下软土异形深基坑支护优化设计

2018-06-05林雪梅

福建建筑 2018年5期

林雪梅

(福建省建筑设计研究院有限公司福建福州 350001)

0 引言

随着时代的不断发展，城市建设日新月异，中小型城市以及周边人口不断向大城市涌入，原有的城市规划已渐渐无法满足人们的生活需求，城市中心用地紧张与日益增长的建设需求形成了尖锐的矛盾，在大环境下，新进建设项目往往会受到周边多方面条件的制约，以往方方正正的场地越来越少，取而代之的是各种异形基坑[1]。不同于规整形状的深基坑，异形深基坑受力情况复杂[2]，变形差异大[3]，采用常规计算方法极易造成偏差，稍有不慎很可能酿成重大事故。本文针对这一情况，采用三维数值分析软件，对周边情况复杂的软土异形深基坑进行模拟，利用分析结果为支护结构设计提供依据，针对基坑薄弱位置进行重点保护，有效提高了围护结构的安全性，为相关项目提供了良好的借鉴。

1 工程简介

1.1 周边环境

该工程位于福州市历史文化名街三坊七巷周边，北侧为1栋6层浅基础砖混结构宿舍楼(距离约为13m)和8层桩基础住宅楼(距离约为11m)，西侧为3栋桩基础住宅楼(距离约为11m～14m)，南侧为6层框架结构办公楼(距离约为6m)，东侧为3栋医院病房楼，新建建筑物为医院医疗保健综合楼，设有3层地下室，基坑开挖深度约为14.4m。如图1所示。

图1 基坑所在位置图

1.2 场地地质条件

本场地地下土层分布及物理力学特性如表1所示。

表1 各土层分布深度及物理力学指标

对该基坑开挖影响较大的地下水，主要为上部填土层中的上层滞水，以及下部的残积土和风化层中承压水。勘查期间，场地地下水初见水位埋深约1.0m～1.8m，稳定水位埋深为1.00m～1.50m。

2 基坑支护设计及模拟分析

该基坑具有以下特点：

(1)软土层深厚，物理力学性质差

该场地基坑开挖深度内存在淤泥层及淤泥质土层，分布厚度普遍超过10m，局部深度可达基坑底以下10m以上，软土颜色深灰，饱和，呈流塑状态，含腐植质，有机质，云母片，个别烂木等。

(2)基坑开挖深度大

该工程设计有3层地下室，基坑周长380m，面积6800m2，基坑开挖深度14.4m，局部电梯井承台位置开挖深度超过16m。

(3)基坑形状不规则

因场地限制，该项目地下室呈T字形，受力分析复杂，局部阳角可能存在较大变形，采用传统二维计算软件仅能对单一剖面进行计算，无法客观模拟基坑围护体系的实际受力情况。

(4)基坑周边环境复杂

基坑东西北侧共分布有超过11栋建筑物，包含宿舍楼，居民楼，以及5栋医疗建筑，与基坑距离约为6m～14m，其中北侧宿舍楼为浅基础。另外，基坑南侧紧邻城市干道，下埋雨污水管线，电力、电信管线，埋深浅，对位移十分敏感，基坑支护结构位移过大极易对周边建筑物及管线产生影响。

2.1 支护方案的选择

针对上述情况，该基坑支护结构的安全等级定为一级，考虑到基坑位置特殊，且为3层地下室，开挖深度大，周边建筑物及管线多，不具备放坡空间，桩锚支护由于基坑深，软土厚，变形较大，且容易对周边产生影响，并不适用于该项目，因此采用桩撑支护，支撑体系采用3道混凝土内支撑支护，围护桩采用冲(钻)孔灌注桩，截面为Φ900,间距@1200，桩长为20m，围护桩之间采用高压旋喷桩止水挡土，如图2所示。

图2 优化后典型支护剖面图

在确定支撑体系时，考虑到基坑形状不规则，采用环形支撑容易发生应力集中，不利于支撑均匀受力，因此在确定方案时采用井字形支撑和桁架支撑两种，如图3～图4所示。

图3 井字形支撑

图4 桁架支撑

在确定设计方案时，采用Midas/GTS软件对支护方案进行模拟，对设计进行指导优化。该项目土体本构模型采用Mohr-Coulomb模型，围护桩以及支撑的本构模型采用线弹性模型。通过模拟分析表明，采用井字形支撑的方案虽然支撑布置密度高，看似安全度更高，但基坑南北两侧阳角位移明显偏大，如表2所示，无法针对该工程异形基坑的特性在薄弱节点进行加固。在实际施工时，该区域可能成为整个基坑最薄弱的位置，在增加造价的情况下，基坑的安全度反而更低了，而且采用井字形支撑土方开挖面小，无法设置行车栈桥，势必影响施工工期。综合各方面因素，该方案并不是最合理的方案。

表2 方案位移对比表 mm

数值分析结果如图5所示，如采用桁架支撑体系，围护结构位移整体无明显增大，基坑支撑体系还可以灵活调整，有针对性的进行加强，并考虑施工实际情况设置出土通道及施工栈桥，既节约了造价又提供了安全度，同时为施工提供便利，缩短工期，因此最终采用桁架支撑方案，并针对阳角位置位移偏大的情况如图6所示，增设南北对撑，东侧调整角撑位置等手段，简化传力路径，围护桩桩长加长至26m，提高该区域安全度，并在该区域增设监测点，加强位移监测。