相邻不对称超深基坑支护设计探讨

2018-07-09游灏

福建建筑 2018年6期

游灏

(厦门大学嘉庚学院土木系福建厦门 361026)

1 基坑工程概况及水文地质条件

1.1 基坑工程概况

在建A项目与B项目场地位于福建省泉州市丰泽区东海片区。A项目位于西侧，B项目位于东侧。在建A项目是1栋塔楼26层建筑，设3层地下室，主体结构工程桩采用(冲)钻孔灌注桩，基坑开挖深度为14.93m～16.43m，A基坑平面形状为平行四边形68 m×104 m。在建B项目是1栋31层建筑，设4.5层地下室，主体结构工程桩采用人工挖孔桩，基坑开挖深度为19.00m，B基坑平面形状为平行四边形60m×85m。A、B深浅坑高差 4.07m。

1.2 基坑周边环境

工程地下室四周南侧为现有滨海街市政道路，西侧为现有泉泰路市政道路，东侧现状为空地，北侧为在建的泉州银行(主体封顶)，两基坑周边环境及相对平面位置关系，具体如图1所示。

图1 A(左)B(右)基坑总平面及内支撑布置图

1.3 土质条件

根据A、B项目的岩土工程勘察报告，在建场地位于泉州湾海岸带上，地貌上属海湾冲淤积阶地。场区各土层分布自上而下分别为：①杂填土，②中细砂，③淤泥，④含泥中砂，⑤粉质粘土，⑥残积砂质粘性土，⑦全风化花岗岩，⑧散体状强风化花岗岩，⑨碎块状强风化花岗岩。各土层物理力学指标,如表 1所示。

位于 A、B基坑相邻两侧的典型地质剖面图，如图2所示。

表1 各土层物理力学指标

图2 相邻两基坑典型的地质剖面图

1.4 地下水情况

根据钻探揭露，勘探深度范围内地下水类型主要分为场地上部地下水为赋存于填石、中细砂孔隙中的潜水，与稳定水位较为一致，埋深在0.50m～1.50m；中部为赋存于含泥中砂层孔隙中的承压水，稳定水位埋深 4.00m左右；下部为花岗岩风化岩层孔隙～裂隙中的承压水，稳定水位埋深在3.00m～4.50m。勘察后统一量测的地下水稳定水位埋深在 0.20m～3.70m。

1.5 土层渗透性

根据对浅部土层进行的综合垂直渗透系数测试，得到浅部填石、中细砂层的渗透系数一般为1.00×10-2～6.21×10-3cm/s，淤泥层的渗透系数6.54×10-7cm/s，由表1可看出，场地浅部填石、中细砂层富水性好，强透水性土层，同时存在相对渗透性较小的淤泥层，影响竖向渗透层的均匀性。

中部含泥中砂层的渗透系数5.71×10-3cm/s,富水性好。

下部为花岗岩风化岩层孔隙～裂隙中的承压水层。

2 两基坑设计方案所遇问题

2.1 相邻基坑支护方案

(1)A基坑支护结构体系设计采用1000@1300混凝土灌注桩加3道钢筋混凝土水平内支撑支护的结构体系；坡顶放坡部分采用土钉墙支护，桩间采用挂网喷射混凝土护面。该工程地下水控制方法采用基坑周边设置850@600连续套打的三轴搅拌桩止水帷幕，坑内采用集水明排结合降水井排水的形式。基坑支护典型剖面图如图3所示。

图3 A基坑典型支护剖面图

(2)B基坑支护结构体系设计采用ф100@1300旋挖灌注桩加三道钢筋混凝土水平内支撑支护的结构体系；坡顶放坡部分采用土钉墙支护，桩间采用挂网喷射混凝土护面。该工程地下水控制方法采用基坑周边设置3ф850@600连续套打的三轴水泥搅拌桩止水体系，坑内采用集水明排结合降水井排水的形式。基坑支护典型剖面图如图4所示。

图4 B基坑典型支护剖面图

2.2 两基坑设计方案所遇问题

A项目完成项目施工招标，B项目完成桩基先行施工招标，两个项目工程基坑围护工程须解决好以下关键问题：

(1)两边相邻3层和4.5层深的基坑围护桩之间将留下宽度约为5.70m～10.00m，长约88.00m的土体，如何减少和控制在不对称开挖超深条件下两基坑相邻土体的土压力与基坑变形效应，是首先要解决的关键问题。

(2)A项目工程桩是冲孔桩，B项目工程桩是人工挖孔桩；冲孔桩是在场地平面作业，人工挖孔桩是在基坑底部平面开始作业；A工程冲孔桩在作业时产生的孔隙水压力对B基坑施工的影响，是必须解决的重要问题。

2.3 解决方案

为解决上述问题，经专家讨论形成以下两个方案。

2.3.1第一解决方案：共坑方案

将两基坑相邻土体挖去，两个基坑合并为一个大基坑，形成一个共坑；同时调整3道内支撑高度；统一围护桩和工程桩型。

2.3.2第二解决方案：内支撑对顶方案

采用高压旋喷桩加固两基坑相邻土体，将两边第一道内支撑调整到一直线上，两边冠梁通过连系梁连接的方法，形成两边内支撑对顶方案。

2.3.3方案评估及决策

两个解决方案的优劣情况比较和分析。

第一解决方案优势：①挖去相邻两基坑共有土体，无须考虑在不对称开挖超深条件下两基坑相邻土体的土压力与基坑变形效应；②两基坑各省去一排支护桩的施工，各节省造价约260万元和300万元；③无须考虑基坑相邻土体的加固，加固费用约220万元。

第一解决方案劣势：①需要调整工程统一桩型，必有一方设计与施工在施工工艺和造价上都需做出调整，影响双方进度；②两基坑支护工程量和地下室层数不同，A基坑竣工后须等B基坑竣工时才能拆撑，必会耽误A项目施工进度；③A、B项目两业主的主营业务存在竞争关系，难以协调两项目工期目标。

第二解决方案优势：①双方可按自己的项目目标，组织各自的设计与施工作业；②双方无须增加协调成本；③基本解决两基坑遇到的两个问题。

第二解决方案劣势：①需要增加成本220万元；②需要评估不对称施工条件下的拆撑效应。

经过认真讨论和评估，两家业主单位为了实现各自组织目标，做出决定：采用第二解决方案。

3 基坑围护设计措施

3.1 两基坑相邻土体加固措施

为控制在不对称开挖超深条件下两基坑相邻土体的土压力与基坑变形效应，增强相邻土体的整体刚度，两侧冠梁通过连梁连接，同时将两侧内支撑调整到一条直线上，形成两边内支撑对顶格局，如图5所示。

图5 相邻土体加固连梁布置图

为解决冲孔桩产生的空隙水压力对相邻基坑支护施工的影响，在相邻土体内采用高压旋喷桩加固,增强了土体的抗剪能力，如图6所示。

图6 土体加固高压旋喷桩布置图

3.2 两个基坑的相互影响

2个业主与2个总包施工单位对基坑开挖和施工工期有不同需求，要解决好不同步施工条件下的开挖工况设计和拆撑措施。

为了研究相邻A、B两基坑施工过程中相互影响，以便指导设计与施工作业，两项目业主委托设计院计算分析相邻A、B两基坑结构构件的荷载效应及变形情况。设计院采用岩土结构通用有限元分析软件Midas GTS NX(New Experience of Geo-Technical Analysis System)进行A、B基坑工程建模、施工阶段工况分析、各工况计算工作。从各施工阶段计算结果可以看出：

(1)随着基坑的开挖，围护墙的侧移逐渐增大。在所有的开挖工况中，A基坑围护墙X方向的最大位移为30.66mm，B基坑围护墙 X方向的最大位移为 26.49mm。这个侧向位移值在规范允许和安全范围以内。

(2)两个相邻基坑不对称开挖时，相邻侧A基坑围护墙最大侧移为8.18mm，B基坑围护墙最大侧移为 11.39mm，由于中间土体加固，使其土压力变小，减少了土压力对两侧围护墙的作用力，由于土压力作用力方向与连梁受压方向相反，因此对连梁压力的抵消作用减少，故其轴向压力反而较大。

(3)在B基坑施作人工挖孔桩与地下室底板期间，A基坑按正常工序进行拆撑时，计算得到的围护墙侧向位移均在允许范围，因此，在B基坑施作人工挖孔桩与地下室底板期间， A基坑按正常工序进行拆撑是安全稳定的。

4 基坑监测

按照规范要求，两项目在基坑开挖过程中进行了全过程的监测，基坑相邻土体深层水平位移、支撑轴力、地表沉降及内支撑应力等项目累计值均在设计警戒值之内，A、B基坑不同步竣工，如图7所示。

图7 两基坑竣工现场实拍图

A基坑相邻侧土体深层土体及围护墙水平侧移累计最大值为33.56 mm，其坡顶水平位移累计最大值为26.3mm；A基坑西侧3个观测点S18、S19、S20累计值超出设计警戒值30mm，观测点S19水平位移累计值最大，数值为35.8mm，变形速率正常。B基坑相邻侧土体深层土体及围护墙最大水平侧移累计值为31.43mm，其坡顶水平位移累计最大值为26mm；B基坑东侧观测点S5累计值超出设计警戒值30 mm，数值为32mm，图8为B基坑在A基坑拆除最上一道内支撑时相邻围护墙上2个观测点实测深层变形曲线示意图可以看出，变形速率正常，基坑围护墙侧移满足相关规范与规定要求。

现场开挖过程中围护侧壁基本无渗漏，坑底无突涌现象，土应力变化在监测范围内，周边环境道路正常使用，表明项目的围护技术措施针对性强，控制到位。