某深基坑支护工程实例分析

2018-08-22郑付涛夏继宗

世界有色金属 2018年11期

郑付涛，夏继宗

（常州市规划设计院，江苏常州 213002）

1 工程概况

随着城市地下空间开发利用的强度增加，基坑工程也面临更多难题。基坑开挖更深，周边环境更复杂。对支护设计要求也随之提高。常州市某商业办公楼位于常州市新北区，两层地下室，基坑底长107m，宽93m。建筑物东侧紧邻市区主干道，其他三侧为待开发空地。场地整平地面标高约黄海高程5.30m，地下室条形基础底标高-4.15m，基坑开挖深度9.5m，坑内核心筒部位电梯井开挖深度12.5m，属于典型深基坑工程[1]。

2 工程地质及水文地质条件

根据岩土工程勘察揭示的土层情况，场地内普遍分布常州地区正常沉积的Q3黏性土及粉土砂性土，整体土性较好。基坑开挖及支护影响范围内的主要土层物理力学参数如表1所示。

表1 基坑开挖及支护影响范围内土层物理力学参数表

场地内对基坑产生影响的主要地下水为上层滞水及浅层承压水，上层滞水主要分布于填土层中，浅层承压水分布于⑤1粉土夹粉砂层及⑤2粉砂层中。勘察期间浅层承压水水位高程-5.0m，低于上隔水层底，属层间无压水[2]。

3 基坑周边环境概况

场地周边环境条件是基坑支护形式选择的主要影响因素。场地东临城市主干道，西侧为将要开发的预留地块，根据周边条件，选择合理的基坑支护形式，将直接影响基坑工程自身及周边环境安全。场地环境条件如图1～图3所示。

图1 基坑周边环境示意图

图2 基坑东侧环境因素示意图

图3 基坑西侧环境示意图

拟建场地北侧及南侧较为空旷，设有临时施工道路；西侧为规划待建地块地下室；东侧紧邻市政道路，基坑与道路之间分布有较多市政管线，其中最主要的管线为位于基坑顶部埋深约2m的燃气管线，该管线供应周边小区居民燃气，无法停用且不能改道；另外在埋深约8.7m位置设计有一条污水顶管，距离基坑净距约3.9m，将在地下室施工期间进行顶管施工。

4 基坑支护选型分析及设计

基坑东侧环境复杂，其他区域则相对空旷，土层力学性质好，有利于基坑稳定。考虑到保证基坑周边地下管线、道路的安全和正式使用，以及保证主体地下结构的施工空间，基坑东侧采用桩锚的形式，其他部位采用土钉墙[3]。

基坑已开挖至承压含水层，含水层以粉土粉砂层为主，应在基坑土方开挖前开始降水，综合含水层渗透系数，选择管井进行基坑降水。管井深度15m，成井直径800m，管井采用透水混凝土管，管基坑西侧径275mm，井内填绿豆沙。

地下水位降低后，土层有效应力增加，将引起土层压缩变形，即发生地表沉降。因此采用降水时，应充分考虑降水引起的基坑周边沉降量。采用公式（1）估算基坑周边因降水引起的沉降量。

基坑降水周期一般6个月左右，土层尚处于弹性释水阶段，因降水引起的沉降量远小于长期降水沉降量。根据常州地区经验，取沉降经验系数Ψ w取0.1。计算沉降量约5mm，因降水引起的沉降量对周边环境影响很小。在进行有效降水后，结合周边环境条件，选择基坑支护形式如表2所示。

表2 基坑支护选型表

图4 基坑东侧支护示意图

场地西侧基坑开挖时场地空旷，但紧邻规划地块设有地下室，与本工程地下室距离仅2.0m。因此在设计该侧基坑支护形式时，考虑支护结构体对邻近地下室及基坑后续施工的影响。结合土层情况，在该侧选择采用土钉墙的支护形式。土钉采用直径16mm钢筋，设计抗拔承载力标准值最大约150kN。土钉墙可为地下室提供较为宽阔的施工空间，由于土钉抗拔承载力较小，不会对临近地下室桩基施工产生较大影响。场地南北两侧场地较为空旷，工程地质条件较好，采用土钉墙支护形式。在选择土钉墙坡比时，综合考虑了土钉墙整体稳定性、土方开挖及回填、基坑开挖影响范围及总体费用等因素。在分析上述因素的情况下，最终选择土钉墙坡比为1:0.6，局部表层填土较厚区域，坡比增大至1:0.8。典型支护剖面如图5所示。

图5 土钉墙支护剖面图

5 实际支护效果

基坑开挖及地下室施工过程中，对基坑周边主要管线、桩锚、土钉墙等进行了变形监测。在施工过程中，通过网络通信软件实时分享监测结果，并根据变形情况分析判断基坑稳定性，以此实现信息化施工。

根据本工程特点，通过以下几部分监测数据结果分析评价支护效果，分别为场地东侧管线变形、桩锚支护体变形、土钉墙顶水平变形。根据监测记录值，上述几点检测值随工程进展变化情况如图8所示。

根据图6，基坑开挖阶段，坑边燃气管线变形增长较快，当挖至坑底后，变形基本稳定，最大值约16mm左右。管线变形值控制在规范允许范围内，由于管线暴露在表层且设置明显标识，施工中也未对其产生破坏，确保了施工安全及周边住户的正常生活。

由于桩锚结构外侧污水顶管在基坑开挖过程中同步施工，因此对该侧深层水平位移进行监测，监测结果如图7所示。在污水顶管施工过程中，该侧深层水平位移未发生明显变化。

图6 燃气管线累计变形曲线

图7 桩锚支护段深层水平位移曲线

图8 土钉墙水平变形

图9 土钉墙对桩基影响示意图

基坑其他三侧采用土钉墙支护，根据土钉墙顶部变形累计曲线，基坑开挖过程中变形变化速率较大，当基坑开挖至底后，变形基本不在增加。水平最终变形量约32mm，沉降量最终约17mm，均在允许值范围内。场地西侧土钉墙杆体虽然已进入临近地下室范围内，但由于土钉墙的抗拔力与压桩力相比极小（如图9所示），所以在该侧桩基施工及基坑支护过程中，均未对施工产生明显影响。