复杂环境下深基坑支护技术应用

叶 凯，乐 平，杜 琦

（江西省中赣投勘察设计有限公司，江西 南昌 330029）

随着南昌市城市建设的发展，老城区存在停车难的问题一直未得到有效的解决，各级政府越来越重视地下空间的开发与利用，需要进行深基坑支护的建设项目会越来越多。 以南昌市老城区某深基坑为案例，涉及到的复杂环境有邻近地铁4 号线、老旧朝阳水厂、老旧教学楼及宿舍、老旧民房和各种地下管线，临近赣江，场地局部存在淤泥质粉质粘土，砂土层较厚，场地地下水丰富，与赣江有紧密的联系。 经过各方的多次沟通和论证，攻克多个难点和疑点，最终采用钻孔灌注桩（局部地下连续墙）+两道张弦梁型钢支撑结合三轴搅拌桩止水的设计方案，保证了基坑和周边环境的安全，为以后类似项目提供重要参考意义[1-6]。

1 工程概况

本工程位于南昌市第十二中学校园内，场地东侧为规划路、 南侧为朝阳洲南路，西侧为抚生路、北侧为朝阳水厂，西北侧为十二中校内范围。两层地下室，基坑开挖深度10.65 m。

基坑东侧：距离最近的3F 老旧民房（砖木垒砌而成）约5.38 m，工程未实施前现场勘察时看其即有摇摇欲坠之势。 基坑南侧：距在建的地铁4 号线最近约21.97 m，距10 kV 电缆线最近约1.67 m。基坑西侧（靠抚生路）：距在建的地铁4 号线最近约21.97 m，紧贴地下室开挖线既有一高压电缆（埋深3～6 m，顶管式施工而成），不可迁。基坑西侧 （靠抚生路）： 距学校8F 宿舍最近约29.76 m，距最近的6F 教学楼约24.57 m。基坑北侧（靠学校）：距最近的6F 教学楼约6.52 m，距最近的4F教学楼约8.45 m。 基坑北侧 （靠朝阳水厂）：距最近的水池约6.81 m，朝阳水厂关乎其周边约80 万人口的饮水问题。

2 水文地质条件与工程地质条件

场地勘察深度范围内地下水按其含水介质和埋藏条件，可划分为上层滞水、 潜水和基岩裂隙水。 上层滞水主要赋存于杂填土中，其透水性弱，富水性较差；该类水无固定、连续水面，水量局部丰富、局部贫乏。 潜水水量丰富，主要赋存于细砂和粗砂中，其透水性强，富水性好；与赣江水系联系较密切，主要受赣江侧向补给排泄影响。 勘察期间测得潜水稳定水位标高为14.00～14.29 m，地下水年变化幅度为2.00～4.00 m。 基岩裂隙水主要分布于泥质粉砂岩风化裂隙或破碎带中，含水层厚度、富水性及透水性不稳定，接受上层潜水渗入补给，以渗流方式向低处排泄。 在坡顶散水外侧开挖排水沟一条（场地条件允许），机砖砌筑，内空尺寸300 mm×300 mm，内壁及顶面10 mm 厚M10 水泥砂浆抹面。 坡顶排水沟与场地外下水道连通或在末端设置集水井，将水流排除。 坑内设置疏干井及集水井，集水井随土方开挖逐层下降布置。 土方开挖及地下结构施工过程中必须保证集水井排水畅通。 为防止局部渗水影响坑内施工作业，在基坑底部边缘开挖排水沟一条，内空尺寸300 mm×300 mm，机砖砌筑，内壁及顶面10 mm厚M10 水泥砂浆抹面。 每隔20～30 m 在基坑阳角部位布置一口集水井，规格1 000 mm×800 mm×1 000 mm，水流通过坡顶排水沟导出场地外。 必须保证在基坑开挖过程中及开挖至基坑底板后不得有积水现象。

按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为1 层杂填土、2-1 层淤泥质粉质粘土、2-2 层粉质粘土、2-3 层细砂、2-4 层粗砂、3-1 层强风化泥质粉砂岩和3-2 层中风化泥质粉砂岩，各岩土层支护所需参数如表1 所示。

表1 基坑支护工程设计参数

3 设计难点及关键点

根据拟建工程场地的工程地质、 水文地质条件、周边复杂环境及基坑开挖深度等因素分析，得出本基坑支护设计难点是： ①南侧和西侧所有管线的变形问题。②在建地铁4 号线的变形问题。③学校原有建筑物、 东侧民房和北侧水池的变形问题。④止水帷幕的选取，以及坑内外地下水的控制问题。⑤最难点是南侧局部离10 kV 电缆线很近，采用的支护形式必须兼支护、 止水和地下室外墙三合一，并保护好10 kV 电缆线。由于场地空间条件限制，为保证施工安全和降低工程造价，最终选用基坑支护结构作为剪力墙外模，然后内贴防水层，再施工剪力墙的方案。 该方案减少了土方开挖工程量，增大了与周边周边建（构）筑物的安全距离，达到了提高工程安全性、节省造价、节约工期的目的。

4 深基坑设计选型

本基坑平面呈L 型，最大长度约180.5 m，最大宽度约141.7 m，周长约636.8 m，面积约14 305.62 m2。 场地地面整平标高+19.5 m，基坑底标高+8.85 m，基坑开挖深度10.65 m，地下水最高水位17.3 m。 对于周边无放坡条件，可采用的基坑支护型式有：钻孔灌注桩（地下连续墙）+ 型钢（混凝土）支撑的支护形式。 由于本项目工期紧，建设单位要求确保在一定时间内完工投入使用，在综合对型钢内支撑和混凝土内支撑方案从经济、工期、技术上进行比较后，经考察现场周边的复杂环境、地下管网及岩土层等条件，根据对基坑支护工程的安全、工期和造价等方面的要求，为减少对周边复杂的施工环境的影响，本着 “安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则，经过方案比较和专家论证，综合选用钻孔灌注桩+ 两道张弦梁型钢支撑结合三轴搅拌桩 （落底式止水帷幕）止水，南侧局部采用三墙合一的地下连续墙（兼落底式止水帷幕）+两道张弦梁型钢支撑，彻底切断了坑内外地下水的联系。

张弦梁型钢支撑在施工和拆除方面比混凝土支撑优势明显，可以大大节省施工工期。 混凝土内支撑在现场需要较长的制作和养护时间，制作完成后需要达到一定的强度后才可进行土方开挖，施工和养护周期较长，材料无法重复利用，后期拆撑也费时费力。 张弦梁型钢支撑体系的优点如下:①装配式安装与拆除，撑杆结构体系简单，施工速度快；②受力均匀分布到整个支撑系统中，受力明确且变形小；③结构体系简单，施工空间大，便于地下主体结构施工；④无需日常维护，预应力一次或多次施加完毕即可正常使用；⑤施工结束后可直接拆卸，钢材可回收利用；⑥相比传统内支撑支护系统，节省施工周期30%以上；⑦各类构件可回收，现场施工无噪音，绿色环保。 本项目为江西省第一个采用张弦梁型钢支撑体系的支护项目，同比国内省内的大型深基坑支护设计方案通常采用的钻孔灌注桩+ 砼内支撑形式，本基坑支护设计方案可达到国内先进水平。

图1 第一道弦梁钢支撑平面布置

5 计算及监测结果

本基坑采用岩土专用软件理正深基坑7.0 进行单元计算，计算结果如图2、图3 所示；采用有限元软件MIDAS/GTS NX 进行整体计算，计算结果如图4、图5 所示。

由图2 和图3 计算结果可知： 支护结构的整体稳定性、 抗倾覆安全和抗隆起安全均满足设计和规范要求。 由图4 和图5 计算结果可知：支护结构最大水平位移（开挖至坑底）约为7.1 mm，支护结构最大竖向位移（开挖至坑底）约为12.9 mm，支护结构的水平和竖向位移均满足设计和规范要求。

图2 北侧、东侧剖面大样

图3 南侧（局部）剖面大样

图4 基坑X 向位移云图（开挖至坑底）

图5 基坑Y 向位移云图（开挖至坑底）

本项目自2019年2月基坑土方开挖始至2020年6月基坑竣工验收期间，一直对基坑四周的支护结构进行在线监测。 从监测成果数据资料分析，支护结构一直处于正常状态，支护桩及临近地表的竖向位移及型钢内支撑轴力均小于警戒值，支护结构稳定，运行良好，满足设计、施工及相关规范要求。

6 结语

针对整个项目遇到的难点及特点，并结合现场实际情况和施工情况，提出安全、经济和可行的设计方案，并通过理论计算，验证方案的合理性，为类似项目提供了相关案例。 当在实际工程中遇到深厚砂土层场地，地下水丰富且位于基坑底以上时，对于深基坑优先选用落地式止水帷幕，彻底切断坑内外地下水的联系；如果需要采用悬挂式止水帷幕，需进行反复验算和多方论证。 当场地周边环境复杂，地质条件不好时，一定要多到现场调查收集资料，充分论证选用方案的可行性，对于施工位置有限的场地，需要考虑三墙合一的地下连续墙等新的施工工艺。