福州火车北站改扩建某大型安置区岩土工程实例分析

佘清荣

(福建省华厦能源设计研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

福州火车北站改扩建某大型安置区建设工程场地位于市区繁华地段，城市快速主干路的东北侧、且邻近罗汉山和福州火车北站北广场。场地原为民房经拆迁整平后空地，地表多为砖块、水泥块等建筑垃圾堆填，局部堆放有拆迁渣土，周边紧邻道路、建筑物等，道路地下分布煤气、电力、电信、雨污水等各类地下管线，场地地质环境条件复杂。

该工程设计共6幢高层安置房住宅建筑，另含2层连体地下室，框架剪力墙结构，场地设计地面整平标高8.70m(罗零高程系，下同)，采用冲(钻)孔灌注桩基础型式。建筑物主要经济技术参数指标如表1所示。

表1 主要建筑物参数指标

该场地地质条件复杂，软土地层与强、中风化带岩层交替出现，而且在人口活动密集地带开挖深基坑，施工过程极易对周边既有道路、建筑物和地下管线设施等造成严重影响，稍有不慎将造成十分严重的后果[1-3]。因此，安全可靠的基坑支护方案的选取尤为重要。本文结合该岩土工程基坑实例，对类似场地条件下深基坑开挖与支护进行了探讨和分析，可供类似工程参考借鉴。

1 工程地质条件

1.1 地质条件

场地地貌单元主要为山前冲淤积平原地貌，工程地质分区属淤积、冲积区。据勘察揭露的岩土层主要为冲淤积成因类型，基底为燕山晚期花岗岩层。

场地地层自上而下分述如下：

①杂填土层：杂色，稍密为主，湿，成分杂，主要为黏性土，含砖头、水泥块等建筑垃圾和生活垃圾，均匀性较差，上部多为新近拆迁堆填，局部含旧建筑物基础，平均厚度约1.81m。

②粉质黏土层：灰黄色，可塑为主，局部硬塑，湿，平均厚度为1.67m。

③淤泥层：深灰色，饱和，流塑状态，平均厚度为8.41m。

④粉质黏土层：浅灰、灰黄、砖红色，硬塑为主，局部可塑，平均厚度为5.53m。

⑤残积砾质黏性土层：棕红、灰黄色，可塑为主，局部硬塑，平均厚度约7.45m。

⑥全风化花岗岩层：灰黄色，硬塑，母岩为花岗岩类，原岩结构已基本破坏风化成土状，含粗中粒石英颗粒，长石、高岭土等，平均厚度约5.34m。

⑦1砂土状强风化花岗岩层： 灰黄、灰白、浅黄色，较硬，湿，具原岩结构，岩芯破碎，多呈散体状、砂土状，用手可掰断，大部分矿物已明显风化，裂隙发育，平均厚度约8.89m。

⑦2碎块状强风化花岗岩： 灰白、灰黄、灰黑色，硬，湿，具原岩结构，大部分矿物质已明显风化，岩体破碎，呈碎裂状、碎块状，平均厚度约6.23m。

⑧中～微风化花岗岩：浅灰、灰白、灰黑色，坚硬，湿。岩石坚硬程度属较硬岩～坚硬岩，揭示厚度约0.90m～7.20m。该层岩面标高起伏较大，约变化于-45.16m～11.28m(标高)。

场地地层分布详见图1典型工程地质剖面图。

图1 典型工程地质剖面图

1.2 地下水概况

场地地下水类型主要为上部①杂填土层中的上层滞水、中下部及基底强、中风化岩层孔隙～裂隙承压水。其中，孔隙承压水富水性好，水量丰富，以侧向补给为主，局部接受上层地下水补给，以蒸发、下渗及侧流等方式排泄。

地下水稳定水位埋深约在0.15m～4.50m之间(罗零标高多变化于3.55m～10.09m)，主要为上层滞水与下部地下水的混合水位，地下水水位受季节性降雨影响明显，近3～5年该区域最高地下水水位及历史最高地下水水位埋深约为0.10m，水位年变化幅度约3.00m。

根据室内试验成果并结合地区经验取值，基坑设计计算参数如表2所示。

表2 基坑设计计算参数

2 深基坑支护方案

2.1 基坑周边环境

该基坑场地位于市中心繁华地段，邻近城市快速主干路。场地现状为拆迁整平后空地，地表多为砖块、水泥块等建筑垃圾堆填，局部堆放有拆迁渣土，周边紧邻道路、民房等，地下分布有煤气、电力、电信、雨污水等各类地下管线，场地地质环境条件较复杂，道路基坑开挖期间需保证正常通行，道路对差异变形敏感。基坑面积约18 400m2，基坑周长约740m，基坑开挖深度8.80m～15.60m。

2.2 支护体系选取

该工程基坑安全等级为一级，重要性系数为1.10。根据基坑周边环境、地质情况及用地条件，综合考虑安全、经济、工期要求等因素，设计采用了3种不同的支护体系：

(1)基坑深度深，周边环境复杂，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)[4]要求，可选择锚拉式支挡结构或支撑式支挡结构。但由于本基坑面积大且形状不规则，若采用支撑式支挡结构，需布设较多的支撑体系，不但影响基坑开挖，而且由于支撑体系跨度较大，需额外增加立柱及立柱桩的成本，因此综合考虑采用锚拉式支挡结构。但是若采用普通锚杆+灌注桩，在本项目软土地层无法提供足够的锚固力，容易导致支护体系失效，经综合考虑比选分析，认为采用扩孔锚杆+灌注桩的支护方式最为妥当，支护剖面如图2所示。

图2 支护剖面(南侧)

(2)由于该项目地质情况复杂，软土厚度变化较大，局部达到9m多，且基坑存在阳角，为了较好地控制基坑及周边环境的变形,在邻近基坑的阳角处采用灌注桩+混凝土角撑的支护体系，由于混凝土支撑体系仅位于基坑角部，不影响基坑开挖，支护剖面如图3所示。

图3 支护剖面(西侧)

(3)基坑场地软土与强、中风化岩交替出现，在基坑东北侧未揭示软土，而是出现强、中风化花岗岩，为了节省造价，采用自然放坡的支护形式，支护剖面如图4所示。基坑平面布置如图5所示。

图4 支护剖面(东北侧)

图5 基坑平面布置图

2.3 基坑降水设计

根据场地地层情况及水文地质资料，本场地未揭示强透水层。但是揭示到⑤残积砾质黏性土层、⑥全风化花岗岩层、⑦1砂土状强风化花岗岩层中的网状孔隙承压水，虽然这几种地层含水量不大，但是容易渗水，而且该地层遇水极易软化，导致承台施工困难，因此本基坑采用集水明排时，要求施工适当加大排水泵的功率，不间断抽水。

3 监测数据成果分析

3.1 基坑监测数据成果

随着基坑开挖深度的增加，基坑坑顶沉降监测点累计变化量逐渐增大，开挖过程中初期变化较大，开挖至坑底时，变化较平稳。当支撑拆除时，沉降会有所增大，最后随着基坑的回填，基坑沉降又趋于平稳，基坑坑顶沉降监测点中最大的累计变化量为7.48m～40.43mm，基本满足设计要求。

基坑坑顶沉降变化曲线图如图6所示。

图6 基坑坑顶沉降监测点变化曲线图

随着基坑开挖深度增加，支撑轴力呈增大趋势，随着底板及传力带的施工完成，底板及传力带承受一部分土压力，支撑轴力变化逐渐趋于平稳。支撑轴力监测点受力均在设计允许范围之内。

基坑支撑轴力变化曲线图如图7所示。

图7 基坑支撑轴力变化曲线图

基坑邻近快速主干路，在基坑开挖初期，变形增加较快，随开挖深度逐渐增大，各监测点变化趋势基本一致，至承台施工时，变化趋势逐渐减缓，各监测点的累计变化量约为22.21mm～27.47mm(下沉)，道路安全未受明显影响。

基坑周边道路沉降变化曲线图如图8所示。

图8 基坑周边道路沉降曲线图

基坑邻近一寺庙(布设6个监测点)，在基坑开挖过程中，随开挖深度的逐渐加大，各监测点变化趋势基本一致，开挖至坑底时，变化趋势逐渐减缓，出现一平台(2018年5月10日左右)，最终建筑物的最大沉降量为21.84mm(F3点，靠近基坑位置)，是由于支撑拆除，变形增大，显示周边建筑物安全未受明显影响，在预警值范围内。

基坑周边建筑物沉降变化曲线图如图9所示。

图9 基坑周边建筑物沉降曲线图

3.2 监测成果分析

根据以上基坑现场监测数据成果表明，基坑坑顶沉降、基坑支撑轴力、基坑周边地表道路及邻近建筑物等变形均在设计允许范围值内，变化情况符合基坑开挖工况。

4 结论

(1)软土地层与强、中风化岩交替出现的复杂地质条件下的深基坑支护设计方案选择尤为重要，本工程因地制宜采取了多种支护方式组合，基坑支护设计方案安全可靠。通过基坑监测数据成果表明，该方案有效地保证了支护体系的稳定和周边建筑物、道路的安全。

(2)该基坑工程的成功实践，说明该场地条件下基坑工程支护设计方案是合理的，为东南沿海类似复杂地质条件下的深基坑支护工程项目提供了有益参考借鉴。