复杂环境下不规则深基坑方案剖析

陈永进

（福建省水文地质工程地质勘察研究院，福建漳州363000）

随着城市开发建设和地下空间的发展，深基坑越来越深，但地面空间越来越受限，基坑周边环境复杂且基坑不规则，如紧邻老旧小区、主干道等，使得深基坑工程在设计及开挖过程中面临诸多复杂问题。

基坑工程属于危险性较大的工程，岩土理论多，跟个人从事岩土工作的经验相关性较强，是一个较为综合性的学科。因此，在做基坑支护设计，尤其在复杂环境、不规则深基坑支护设计中，保证基坑支护和施工安全，选择一个安全可靠、性价比较高且可实施性较强的方案尤为重要[1]。

本文以福建漳州市芗城区某基坑支护设计项目为例，对该项目基坑设计思路进行分析研究，为类似工程提供借鉴作用。

1 环境条件

该工程位于漳州市芗城区，拟建四幢高层建筑物，地上二十一层，地下两层，地下室建筑面积约15700m2，基坑开挖深度在8.10~16.90m。

基坑为不规则形状，现有场地标高在14.50~22.70m，高低差较大，拟建基坑与周边建筑物距离较近，详见图1。

图1 基坑及周边建筑物位置图

（1）东北侧为万新大厦，距离3.30m，地上6层，无地下室，为浅基础，基础埋深约2.5m；

（2）西北侧为福龙苑小区，距离在1.70~4.60m，地上7~8层，无地下室，为浅基础，基础埋深约3.0m；

（3）东南侧为原海事学校，距离在1.90~3.20m，地上2~4层，无地下室，为浅基，基础埋深约1.5m。

（4）西南侧为军分区干休所，距离一条拟建道路，距离约12m。

2 工程地质条件

基坑支护影响范围内岩土分层如下：①杂填土，②粉质粘土，③淤泥质土，④中砂，⑤残积粘性土，⑥全风化花岗闪长岩，⑦土状强风化花岗闪长岩，其主要参数详见表1。

边坡支护影响范围内岩土分层如下：①杂填土，②粉质粘土，⑤残积粘性土，其主要参数详见表1。

表1 岩土层参数表

拟建场地地下水主要为松散岩类孔隙承压水、风化带孔孔隙裂隙承压水和基岩裂隙水。松散岩类孔隙承压水赋存于中砂中，属强透水层，但由于中砂呈透镜体状分布，所含地下水不丰富。风化带孔孔隙裂隙承压水，赋存于散体状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩中，由于上部全风化花岗岩及残积粘性土层属相对隔水层，所以该层的地下水有一定的承压性，但因埋藏较深且有上部相对隔水层阻隔，对基坑开挖和地下室施工影响不大。

3 基坑支护设计

本工程基坑支护开挖范围大，深度较深，场地周边高差较大，环境条件复杂,对基坑变形控制要求高。该项目设计的主要思路是“周边建筑物及施工过程安全、节约成本、便于施工、合理利用现有支护、工法成熟”。经研究确定,本方案采用了“多标高+降台阶+多参数”的桩锚支护体系。

3.1 设计选型

本基坑支护设计造型是基于基坑周边环境特点，同时保证施工周期较短,结合本工程地质、环境、挖深等诸多因素进行。

（1）本场地北高南低、西高东低，周边涉及到多个产权单位，场地正负零零15.50m，现场场地标高22.70~14.30m，AD和AJ段存在永久支护的问题，因此本工程即涉及到永久边坡支护，又有临时性的基坑设计，需分别予以设计支护。

（2）AB、CD、JM段现场已有砌石挡墙及围墙，但AB段距离基坑线较近且较高，考虑再做一个挡墙边坡支护，以给基坑支护留足空间。在保证质量和安全的前提下，本着节约造价成本的原因，其余地段边坡石砌挡墙可以重复利用。

（3）本工程边坡设计原则：高于正负零零以上采用永久边坡支护设计，低于正负零零以下采用基坑支护设计，AD和AJ段存在永久边坡支护，CD、JM可利用原有砌石挡墙，共需在AB段、BC段、AM新建7.7m、5.7m、5m高的建筑边坡，并与原有石砌挡墙衔接。

（4）由于本基坑位于市中心位置，基坑面积超大且存大量的阴阳角，这对于基坑支护及其不利，一般在深基坑支护设计中是最忌讳出现阳角的,其特点是角度拱向坑内,根据建筑结构可知其受力极差。但是在不规则基坑中,阳角有时又是避免不了的,则必须对其进行处理。常用的方法是有两种：一是通过在阳角的两条直角边上分别设置对撑将其顶牢；另一种方法是设置板平面和拉梁[2]。

（5）本基坑周边建筑物对位移沉降比较灵敏，对基坑变形要求较高，考虑到邻近坑边有重点保护的交通及老旧小区,为确保安全,以“位移变形”控制设计，以内支撑设计为主，基坑坑顶场地标高为14.50~16.00m，基坑底高程约5.80m，开挖深度在8.70~10.20m，属于开挖较深的基坑，因基坑形状不规则，采用圆形内支撑不理想，根据基坑形状，考虑对直角地方采用排桩加内支撑形式支护形式，内支撑设计基本原则：①上下各层支撑的轴线尽量在同一竖向平面内，竖向相邻支撑间距不应小于3m，当采用机械下坑挖土及运输时不应小于4m。②支撑顶面与楼板底面净距不小于300mm，支撑底面与楼板顶面不小于600mm。最下面一道支撑在不影响底板施工的前提下尽量降低。同时内撑需换撑，工况多，复杂，负二层顶板标高10.48m，离底板底4.68m，考虑内撑换撑一般设置在负二层顶板位置，则最底下内支撑应在负二层顶板以上，一般为了拆除方便，最底下内支撑底离负二层顶板顶在1.4m左右，内支撑厚0.8m,则最底下内支撑顶标高在12.70m。负一层顶板顶标高14.40m，最底下内支撑中心点离负一层顶板顶2.1m左右，如再设置一层混凝土内支撑，对于采用机械下坑挖土及运输及其不利，不具备在设置一道内支撑的条件，考虑在上部在设置一道锚索支撑[3]。

3.2 设计方案

（1）AB段、BC段、AM新建7.7m、5.7m、5m高的建筑边坡，由于场地限制以及地质情况，可选用坡度较大的边坡支护形式，选用0.1坡度的锚索混凝土挡墙支护形式，分别采用分别采用暗梁板+锚索和排桩+锚索支护形式，新建永久边坡场地底标高设在15.00m，低于正负零零0.5m，保证挡墙底有充足的埋深，详见图2。

图2 边坡典型支护剖面图

（2）根据地质情况，排桩深度范围土质主要为残积土、全风化花岗岩及强风化花岗岩，管桩比较不适应，采用直径1200mm的钢筋混凝土灌注桩。桩顶设置一道现浇混凝土冠梁，基坑直角边或门字型采用排桩+内支撑，冠梁层根据周边建筑物及土层压力计算是否设置一道预应力锚索，非直角边直线段采用常规桩锚设计，沿基坑开挖深度方向分层设置水平向预应力锚索。

（3）本工程北高南低、西高东低，东面场地标高在14.50m，且坡顶周边荷载较小，此处冠梁顶标高可与内支撑顶标高一致（12.70m)，内支撑可直接顶在冠梁上，无需再做混凝土腰梁，节省成本，上层采用放坡支护形式即可。西面及北面场地标高较高且周边荷载较大，冠梁顶标高设在正负零零以下0.5m（15.00m)，冠梁顶处增加一道预应力锚索支护，且在负二层顶板以上1.4m采用内支撑支护。北面和东面以及西面和东面中间冠梁顶标高设置在14.30m，以起到过渡的作用。因此本基坑支护设计采用“多标高+降台阶+多参数”设计，采用排桩+内支撑及排桩+预应力锚索支护。

（4）排桩上的冠梁起到整体效果，本工程采用降台阶设计，即冠梁标高不一致，通常直角边或者门字型形状标高应一致，以使同一标高上的冠梁产生整体效果后，两侧土体的压力能相互抵消，提高整体支护的效果，详见图3。

图3 基坑典型支护剖面图

3.3 设计计算

本工程基坑支护设计采用理正深基坑7.0PB5进行计算，基坑侧壁安全等级一级，重要性系数1.1。边坡支护设计采用理正岩土计算6.5PB4版，边坡工程安全等级一级。

根据计算结果，开挖深度最大值14.70m，基坑最大位移14.25mm，满足一级基坑变形要求。边坡计算最小安全系数1.423，满足一级永久边坡安全系数要求。

4 围护结构施工效果分析

本工程于2018年10月10日开始进场施工，先进行边坡支护，再整平至场地标高进行基坑支护施工，至2019年12月4日基坑土方开挖完成，历时419d，施工过程顺利，施工进度快慢主要受天气和材料供应影响。整个基坑支护和土方开挖期间正好经过当地的雨季，经建设单位委托的第三方监测结果表明，从基坑土方开挖至2020年7月基坑回填期间，基坑支护变形和周边建（构）筑变形均未超过设计预警值，基坑位移很小，最大水平位移为15mm，最大竖向位移为12mm，基坑侧壁没有出现渗、漏水现象（见图4、图5）。

图4 基坑支护平面示意图

图5 基坑现场图

5 结语

本文以漳州市芗城区某基坑设计为例,叙述了支护方案选型设计、复杂周边建（构）筑物条件下的设计方案及参数选取,利用理正深基坑计算软件对支护结构的强度、基坑位移等进行了设计计算,对实际实施监测成果进行了分析探讨，主要结论如下：

（1）深基坑周围场地复杂，高差较大时，可适当采用降台阶设计，选择分区支护方案，充分利用现场已有条件，采用多参数设计，实现“多标高、降台阶、多参数”的设计理念，在保证基坑支护安全的同时，节省工程造价。同时在确定支护方案的时候，应优先考虑基坑后续支护及开挖的难易程度，尽可能方便地下室施工，真正实现安全可靠，经济合理，施工方便[4]。

（2）深基坑设计应采用动态设计,对于临近建筑物的预应力锚索及桩基等施工时，应注意对施工过程进行及时跟踪，依据施工反馈数据对设计文件进行及时调整，变更设计方案。