基坑邻近厂房变形控制措施研究

徐礼笑（浙江数智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310000）

下穿隧道景观效果好、对区域规划影响小，越来越多被用于城区道路。城市下穿隧道常用施工方法有盾构法、浅埋暗挖法、明挖法、顶管法等。明挖法因其总体造价低、施工难度小，目前在城市下穿隧道的施工中使用较为广泛。明挖隧道需开挖长条形基坑，常用的基坑围护形式有放坡、SMW工法桩、钻孔灌注桩、地下连续墙等[1]。

城区下穿隧道采用明挖法施工时，其基坑有以下特点：①基坑多为狭窄长条形，为控制基坑的长边效应，基坑应分坑施工；②基坑开挖深度大，一般开挖深度0m～15m，需采用多种围护结构；③城区建（构）筑物及相邻管线众多，基坑设计需考虑施工过程中对周边环境的影响[2]。本文依托杭州某下穿高速公路隧道，结合该地区典型地质条件和周边厂房的变形控制要求，分析了原基坑设计方案存在的不足，并提出了具体优化措施，实际施工测量结果均满足规定要求。文中提出的工程措施，可用于指导类似基坑工程的设计与施工。

1 工程概况与工程地质条件

1.1 工程概况

杭州某下穿高速公路隧道，全长2652m，起讫点里程K1+781～K4+433，其中U槽段498m，暗埋段2154m。隧道暗埋段采用单箱三室单层钢筋混凝土矩形框架结构，中间廊道宽1.5m，标准段宽度34.6m～36.2m，采用明挖顺作法施工。

K3+785～K3+870段北侧存在一座既有厂房，平面关系如图1所示。该厂房为地上两层框架结构建筑，建筑面积约8472m2，建造于2016年，采用独立基础，持力层为砂质粉土，基地高程+4.3m，上部结构为框架结构，楼盖为现浇板，现浇楼梯形式，采用现浇板平木屋面。目前厂房外墙、一层地坪出现大量明显的裂缝，现阶段地基已处于稳定状态，未见因地基变形导致上部结构裂缝及损伤情况超出标准限值的情况，厂房现状如图2所示。根据现场调查、勘查及检测情况，结合国家行业标准JGJ125-2016《危险房屋鉴定标准》[3]，经专业单位鉴定，该厂房房屋危险性鉴定等级为B级。

图1 平面关系图

图2 厂房现状

K3+785～K3+870段基坑开挖深度约15.3m，场坪标高+5.5m。厂房范围基坑平面形状为狭长窄条形，东西向长度85m，南北向宽度36.2m，基坑边距厂房外墙最近距离约11.2m。

1.2 工程地质条件

根据野外勘探孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，本文研究范围内土层自上而下依次为：①0填土、①2粉土、①3粉砂、②11粉质黏土、②2淤泥质粉质黏土、②3黏土、③2黏土、④2粉质黏土、④3粉砂、⑤2粉质黏土、⑤21粉质黏土。各土层参数如表1所示。

表1 各土层参数

勘察期间实测地下水位埋深为0.7m～3.0m，孔隙潜水受大气降水竖向入渗补给及地表水体下渗补给为主，径流缓慢，以蒸发方式排泄和向附近河塘侧向径流排泄为主，水位随季节气候动态变化明显，与地表水体具有一定的水力联系，地下水位埋深和变化幅度受季节和大气降水的影响，动态变化大，水位变幅一般在1.0m～1.5m。基坑施工范围内无承压水影响。

2 变形控制标准

为确保厂房的结构安全，需严格控制邻近基坑施工引起的变形。基坑围护结构及周边环境变形量与围护结构形式、坑内外降水措施、基坑止水效果、周边荷载、地质条件、地下水等因素密切相关。对于周边环境存在敏感建（构）筑物的基坑，其保护等级及控制标准需相应提高，既要满足基坑施工过程中本身的安全，同时邻近建（构）筑物正常使用也应不受影响。

研究区域基坑开挖深度约15.3m，开挖影响范围内存在浅基础敏感建筑，根据相关规定，确定该基坑安全等级为一级，按照0.2%的开挖深度严格控制围护结构变形[4]，即围护结构变形控制值为30.0mm。

根据厂房现有侧向位移观测结果及《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-2015）[5]中的变形控制要求，综合考虑后提出厂房在基坑施工过程中的变形控制标准，主要变形控制指标为沉降量和差异沉降，具体控制指标如表2所示。

表2 厂房变形控制标准

3 基坑设计分析和优化

3.1 原基坑设计分析

K3+785～K3+870段基坑围护方案：围护结构采用Φ1000@1150钻孔灌注桩（桩长49m）+700mm厚TRD止水帷幕（加固至基坑底以下10.0m，且进入隔水层不小于3.0m）；内支撑采用两道混凝土撑+一道钢支撑+一道钢换撑；基坑外两侧每隔9m布置坑外降水井，基坑内每隔12m交错布置坑内降水井。该段基坑围护标准横断面如图3所示，基坑施工顺序如图4所示。

图3 基坑围护标准横断面图

图4 基坑施工顺序图

为降低长条形基坑施工过程对周边建（构）筑的影响，分别在K3+644、K3+845、K4+069各设置一道封堵墙，厂房两侧独立基坑长度分别为201m、224m。

邻近厂房基坑存在以下特点：

（1）基坑为狭长条形，两个独立基坑长度分别为201m和224m，基坑宽度36.2m；

（2）基坑开挖深度达15.3m，为深基坑，且周边环境复杂，基坑安全等级为一级；

（3）邻近厂房在基坑施工影响范围内，厂房房屋危险性鉴定等级为B级，变形控制要求高；

（4）基坑施工范围内土层以粉土、粉砂为主，存在深厚软弱下卧层，地下水埋深浅，周边水源补给充分。

综合分析基坑周边环境、工程地质条件等因素，原设计方案存在以下问题：

（1）厂房距离基坑开挖边线约11.2m，设计过程中经现场踏勘，该厂房结构基本完好，原基坑围护结构坑外沉降按200mm控制，进场后，厂房危险性鉴定等级为B级，厂房沉降变形控制标准降为20mm；

（2）围护结构最大水平位移大于30mm，超过变形控制标准，计算包络图如图5所示；

图5 原设计方案变形内力包络图

（3）坑外降水易造成厂房不均匀沉降。

3.2 基坑设计优化

综合以上分析，原设计方案无法满足现状厂房沉降控制标准和基坑变形控制值。本文结合工程地质条件、厂房及基坑的变形控制要求，提出以下几点基坑优化设计建议：

（1）在K3+760.7、K3+878.8处增设一道封堵墙，取消K3+845处封堵墙，因此厂房附近独立基坑长度缩短为118.1m；

（2）K3+760.7～K3+878.8段北侧基坑围护结构由原设计的ϕ1000@1150钻孔灌注桩+700mm厚TRD止水帷幕，调整为ϕ1200@1400钻孔灌注桩+850mm厚TRD止水帷幕，围护结构及止水帷幕长度不变，增大围护结构刚度及止水效果；

（3）第三道钢支撑围檩由双拼HW400×400×21×21钢围檩调整为1200mm×1200mm钢筋混凝土围檩，并增设伺服系统，增加基坑主动抗变形能力。

（4）厂房70m范围内取消坑外降水井，禁止坑外降水；

（5）厂房影响范围内TRD每天施工长度不大于10m，TRD施工可掺入适量膨润土和早强剂；

（6）严格控制施工进度及开挖进尺，并应符合表3的要求，优化后基坑施工顺序如图6所示。

图6 优化后基坑施工顺序图

表3 基坑及主体结构施工要求

4 优化效果

通过调整分坑长度，增大围护结构刚度、支撑系统的主动抗变形能力，厂房影响范围内禁止坑外降水，严格控制施工进尺及施工时间等措施，厂房及围护结构变形均得到有效控制。实测结果：围护结构最大水平位移为20.4mm（实测值）＜30mm（围护结构变形控制值），厂房最大沉降量为16.8mm（实测值）＜20mm（厂房沉降控制标准），厂房最大差异沉降0.36‰（实测值）＜0.4‰（厂房差异沉降控制标准）。

5 结语

本文依托杭州某下穿高速公路隧道，对原隧道基坑设计方案进行了分析，并结合实际工况，优化了基坑设计方案，结果表明：优化后的基坑方案，可有效控制周边建（构）物的沉降及差异沉降，对约束围护结构水平位移也有显著效果。本文所采用的工程措施，可为类似基坑工程，在敏感地区控制周边建（构）物及管线的变形等问题上提供参考。