深基坑支护设计选型研究及典型实例分析

2022-06-02郭典塔

广东土木与建筑 2022年5期

谢琳，郭典塔

（广东省建筑设计研究院有限公司广州 510010）

0 引言

近年随着城市经济和建设的高速发展，因用地紧张而向地下空间发展的趋势越来越明显，基坑工程在建筑密集区开挖的情况也越来越多，周边建筑物和管线众多不可避免；同时在广州地区地质条件复杂，大面积分布深厚砂层或淤泥层等软弱土层，在这种地层中基坑选型不当容易引起基坑位移过大，坍塌、场地周边管线和道路损坏等对环境造成较大影响的问题。因此，如何合理选择支护型式，使整个基坑达到安全、经济、快速的要求受到更多同行的关注。

本文结合广州市天河区某深基坑支护项目，探讨在复杂地层和周边环境下基坑支护选型及分析。

1 工程概况及周边环境

1.1 工程概况

拟建场地位于黄埔大道南侧，恒业大厦东侧，员村家乐福超市西侧，如图1 所示。地貌单元属冲积平原，场地地势高差大，场区地面标高约15.94～20.13 m（本工程采用广州高程系，下同）；本场区下设4层地下室，北面局部设置3 层地下室；地下室基坑总占地10 867 m2，基坑周长约为470 m，-3 层基坑开挖深度相对标高为-12.70 m（局部为-13.80 m），-4 层开挖深度相对标高为-16.50 m（局部为-16.00 m）；基坑周边环境复杂，对变形要求严格，因而基坑支护安全等级为一级，侧壁重要性系数取1.10。

图1 基坑周边环境Fig.1 The Surrounding Environment of Foundation Pit

1.2 周边环境

基坑北面为黄埔大道中，基坑内边线距离用地红线约1.90 m，与本基坑现场地差约2.0 m。西面为某大厦及员村白马岗住宅楼市政道路及居民住宅楼，基坑内边线距离该大厦地下室外边线最近约12.00 m，大厦设置2 层地下室，地下室底板标高约13.50 m（广州高程），基础为人工挖孔桩；基坑内边线距离员村白马岗住宅楼地下室边线约15.00 m，设置1 层地下室，地下室底板标高为17.00 m（广州高程），基础采用人工挖孔桩；西侧市政道路与场地基坑现状高差约2.00～4.80 m 不等；南面为空地，基坑内边线距离用地红线约38.50 m。东面为空地，基坑内边线距离现状围墙约16.00～18.50 m，基坑内边线距离用地红线约28.00 m。

1.3 周边管线

根据本场地周边管线资料，北侧基坑内边线距离给水管线最近约14.50 m，管径为400 mm，管顶埋深约21.40 m，呈东西走向。基坑内边线距离煤气管线约18.00 m，管径为219 mm，管顶埋深为21.30～22.00 m。西侧基坑内边线距离电力管线约3.26 m，管径为400 mm，管顶埋深为21.50 m，呈南北走向。基坑内边线距离煤气管线约10.30～17.30 m，管径为110 mm 及160 mm，管顶标高为20.80～20.90 m，呈东西走向；基坑内边线距离给水管线约9.75 m，管径为200 mm，管顶埋深约20.80 m，呈南北走向，基坑内边线距离排水管线约14.60 m，管径为300 mm，管顶标高为20.80 m。南侧无管线。东侧主要为给水管线，基坑内边线距离14.50 m，管径为300 mm，管顶埋深约14.50～17.05 m，呈南北走向。

2 工程地质和水文地质条件

2.1 工程地质

根据勘察报告可知场地岩土层自上而下划分为：填土层、冲积层、风化残积土层及白垩系基岩等四大类；典型地质剖面如图2所示，现将各岩土层工程地质特征综述如下：

图2 地质剖面图Fig.2 The Profile of Geological

⑴土层

〈1〉素填土：土性为素填土，松散～稍密，主要由粘性土、中粗砂、碎石、碎砖等组成。该层场地内普遍分布，厚度0.40～3.50 m，平均厚度1.38 m。

〈2〉淤泥（质土）：流塑状，粘性较好，含有机质，厚度2.20～7.20 m，平均厚度4.64 m。

〈3〉粉质粘土：可塑～硬塑，局部软塑，粘性较好，厚度0.50～4.40 m，平均厚1.89 m。

〈4〉中砂：松散～稍密，分选性一般，局部含粘粒较多，厚度1.00～2.60 m，平均厚1.83 m。

〈5〉软塑状粉质粘土层：为砾岩风化残积而成的粉质粘土，软塑状，偶夹砾石，厚度2.80～4.58 m，平均厚度3.69 m。

〈6〉可塑状粉质粘土层：为砾岩、粗砂岩风化残积而成的粉质粘土，可塑状，粘性一般，局部含未风化卵石；单层厚度2.00～10.30 m，平均厚度5.31 m。

〈7〉硬塑状粉质粘土：为砾岩风化残积而成的粉质粘土，硬塑，粘性一般，偶夹未风化卵石；厚度0.60～8.75 m，平均厚度3.89 m。

⑵基岩

本场地基岩岩性为砾岩、粗砂岩、粉砂岩，按风化程度由上至下可划分为全风化、强风化、中风化、微风化4个岩层，分层描述如下：

〈8〉全风化层：岩芯呈坚硬土状，岩质极软，强度低，局部夹砾石，厚度1.70～10.50 m，平均厚度5.47 m。

〈9〉强风化层：岩芯呈半岩半土状，岩质软，强度低，局部夹中风化岩，厚度0.30～18.00 m，平均厚度4.86 m。

〈10〉中风化层：中厚层状，岩芯呈块状～柱状，裂隙较发育，岩质较坚硬，较新鲜，单层厚度0.20～3.00 m，平均厚度1.23 m。

〈11〉微风化层：泥质胶结，中厚层状，岩芯呈柱状，岩质新鲜坚硬，单层揭露厚度0.80～5.20 m，平均厚度2.73 m。

2.2 水文地质条件

根据勘察揭露场地地下水主要为砂层孔隙水及基岩裂隙水，第四系冲积层的砂层为强透水层，地下水量较丰富，钻探期间测得各孔地下水位埋深0.10～1.40 m。

3 基坑支护设计方案分析与计算

3.1 基坑支护结构的选型分析

由于基坑周边构筑物众多且管线复杂，在坑支护深度深、且地质条件差异大存在软弱土层，基坑支护安全等级为一级［1-4］。

若基坑支护措施不当，土方开挖将产生严重变形，对市政道路、管线的稳定及邻近建筑物的安全带来不利影响［5-10］，因此，本基坑工程的成败关键在于严格控制变形及水土流失，防止水位下降对周边建筑物的影响。

支护方案分析：以安全可行、经济合理、方便施工为设计原则，综合分析研究本工程的有利和不利因素，以保证安全、方便施工、造价经济为原则。本项目基坑支护结构采用了“支护桩+2 道（1 道）混凝土内支撑”或“桩锚”的支护结构，止水采用深层水泥土搅拌桩，对于西侧受场地位置所限，采用双管旋喷桩进行桩间止水。

其优点在于：①受力性能较好，刚度较大，对变形控制较好，对周边管线及道路影响较小；②止水效果好，安全可靠，对市政道路、管线造成影响较小；③施工具有可行性，能够确保合理施工工期。④造价相对较低。

其缺点为挖土等作业空间受内支撑的影响，出土效率低，第二道采用预应力锚索可以有较大的空间，方便出土。

基坑支护平面及典型剖面如图3所示。

图3 基坑支护平面及剖面图Fig.3 The Floor Plan and Profile of the Retaining and Protection for Excavations （mm）

3.2 基坑支护结构的计算

由于周边环境、深基坑开挖过程和地质条件的复杂性，无法完全模拟其实际开挖过程，本项目基坑支护设计计算采用北京理正深基坑支护7.0PB4 结构软件进行分区计算。

3.2.1 各分区内地面超载取值

一般区域区考虑地面超载取值为20 kPa；出土口区考虑地面超载取值为35 kPa。

3.2.2 水位取值基坑内侧水位按地下水位降至基坑底以下0.50 m；基坑外水位由于上部放坡泄水管排水作用，水位选取地面下2.50 m。

3.2.3 支撑刚度的取值

图4 典型计算结果包络图Fig.4 The Envelop Diagram of the Typical Calculation Results

4 实施效果

本项目基坑支护结构体系从2011 年12 月开始施工至2012 年8 月地下结构施工完成，基坑支护和地下结构施工整个过程经历了多场大暴雨的考验，目前已全部施工完成，由于整个设计过程中对各种不利情况的考虑比较全面，基坑支护选型合理，基坑开挖后整个场地内部无渗漏，止水效果很好，而且从监测数据反映基坑变形均较小，基坑处于安全状态。根据布置的基坑监测图，基坑监测反映的支护结构水平位移监测资料表明，水平位移累计量最大的是测点SV12，向基坑内侧位移12.30 mm；沉降累计量最大的是测点SV14，向下沉量为-5.64 mm；支护结构测斜累计量最大的是测点CX9，为10.30 mm，基坑地下水位监测累计量最大的是测点SW12，地下水位下降了3.75 m；从结果可知，实测监测数据与计算值相吻合，且反映位移及沉降较大值都在基坑边线中部，较小值都在基坑边线的端部；目前已施工完成，基坑开挖到底完成现场如图5所示。