对相邻既有建筑可能产生影响的深基坑支护设计及效果评价

颜维仁

（南宁市勘测设计院集团有限公司，广西 南宁 530022）

0 引言

我国市政工程发展较快，基坑工程数量也越来越多，受基坑所处环境条件限制，大多数需要进行支护设计，保障施工安全，因此，开展基坑支护设计的相关研究具有重要意义[1-2]。目前，已有学者开展类似研究，例如黄俊光等[3]开展了超大基坑群的统筹设计；刘永超等[4]分析了软土地区基坑支护设计的性能研究；赵欣欣等[5]研究了装配式钢支撑在基坑支护中的作用；赵忠营[6]探究不同基坑支护方案的稳定性评价。上述研究虽然取得了相应成果，但是均未涉及相邻既有建筑条件下的深基坑支护设计及效果评价。因此，该文以某相邻既有建筑条件下的深基坑为实例背景，先开展其支护设计，再结合其变形监测成果，评价其支护效果，为其施工提供一定的理论指导。

1 工程概况

1.1 项目基本信息

该项目属医院改建项目，拟用地面积约50000 m2，包括2 栋高层和一栋多层，即4#、5#楼为高层，两者均拟建12 层，楼高约38 m；6#楼属多层，拟建6 层，楼高约20 m。同时，在用地范围内，其下设计一层地下室，面积约6700 m2，开挖深度大于5 m，有深基坑特征。

同时，在基坑北侧近接有4 栋建筑，其中，3 栋建筑为4 层，1 栋建筑为7 层，其平面位置如图1 所示。

图1 基坑与相邻既有建筑间的关系

1.2 项目区地质条件

根据项目勘察成果，其地质条件如下：①地形地貌。场区具微丘地貌，附近高程为86.26 m～95.79 m，整体较为平坦，地形起伏较小。②地层岩性。根据钻探资料，区内第四系地层主要为填土和红黏土，前者杂色，主要为建筑垃圾，结构较为松散；后者褐黄色，稍湿～湿，土质较均匀，干强度有一定的差异特征。下覆基岩为中石炭统黄龙组灰岩，浅灰色，细晶结构，块状构造，岩芯一般可达85%，大多数具有柱状特征，且溶蚀现象也较为明显。③地质构造。项目区附近未见大型地质构造，且第四系以来，也无明显的构造活动特征，即新构造运动也较为缓和。④水文地质条件。项目区附近未见明显地表水体。在地下水方面，主要包括上层滞水和岩溶水两类，其中，上层滞水在局部可见，稳定性较差，埋深为0.5 m～4.5 m，年变幅较大；岩溶水埋深一般较深，具有一定的承压性，其静止水位为1.5 m～3.4 m。

2 基坑支护设计

根据该基坑相邻既有建筑情况可知，基坑开挖边界与既有建筑的净距较小，因此，需要对相邻既有建筑段的基坑边坡进行专项设计，设计结果如下：①CD段的支护设计。支护手段为“支护桩+锚索”，其中，支护桩直径设计为1m，材质为C30 钢筋混凝土；桩间距设计为2m，嵌入基岩深度不少于2m。同时，在桩顶施做冠梁，尺寸为1.0m×0.8m，材质为C30 钢筋混凝土；锚索设计长度为16m～18m，拟两排布设，竖向间距设计为2.5m，横向间距设计为2.0m。②DE段的支护设计。支护手段为“双排支护桩”，其前排桩直径设计为1m，横向间距设计为2m；后排桩直径设计为1m，横向间距设计为3m；两者嵌入基岩深度不少于2m，且两排桩中心距为2.5m。同时，在桩顶也施做冠梁，其尺寸同样为1.0m×0.8m，材质为C30 钢筋混凝土。双排支护桩的坡面设计图如图2 所示。③EF 段的支护设计。支护手段为“挂网喷浆+锚杆”，即主要通过放坡后进行挂网喷浆、锚杆支护；其中，基坑边坡放坡坡率设计为1 ∶0.4；挂网喷浆采用全断面设计，辅助锚杆长度设计为5m～6m，每个锚杆采用1 根钢筋，且钢筋直径为20mm，倾角20°，横向间距设计为1.3m，纵向间距设计为1.1m。放坡后的“挂网喷浆+锚杆”设计如图3 所示。④FG 段的支护设计。支护手段为“支护桩”，其直径设计为1m，材质为C30 钢筋混凝土；桩间距设计为2m，嵌入基岩深度不少于2m；同时，在桩顶也施做冠梁，其尺寸及材质与上文所述一致。

图2 双排支护桩设计示意图（单位：mm）

图3 放坡后“挂网喷浆+锚杆”设计示意图

综上所述，由于相邻建筑物存在，基坑支护设计是必要的，且应结合近接情况，对不同近接段采取相应的支护措施，有针对性地进行治理。

已初步制定各分段的支护措施，在支护手段中，支护桩、锚杆及挂网喷射混凝土施工显得格外重要。因此，再进一步对这2 种手段的施工要点进行阐述。

2.1 支护桩的施工要点

支护桩的施工要点如下：1）在支护桩施工过程中，应严格执行设计桩径及桩间距，且应采用跳桩施工，等邻近已施做支护桩后再进行施工，间隔时间不能少于24 h。2）钢筋笼在施工过程中，应严格按照设计组织钢筋制作，不能偷工减料。3）严格控制桩顶、桩底标高及其沉渣厚度，其沉渣厚度不应大于10 cm。4）支护桩应保持垂直，其偏差上限为0.5%，桩位也应保持在实际位置，中心偏差上限为50 mm。5）钢筋搭接应符合规范要求，且主筋保护层厚度不能下限为50 mm。6）在支护桩施工完成后，应通过低应变法检测其成桩质量，检测数量不应少于总桩数的20%，且不能少于5 根。如果检验结果不合格，应进一步采用钻芯法进行复核，并扩大检测数量，且确实存在问题的支护桩，应进行补强处理，不能低于设计要求。

2.2 锚杆施工要点

锚杆施工要点如下：1）在成孔过程中，优先考虑干钻成孔，且孔深偏差限值为±50 mm，孔径偏差限值为±5mm，孔距偏差限值为±100 mm，成孔倾角偏差限值为±5%。2）在成孔施工过程中，如果遇到障碍物，就可以适当地调整标高或角度，其中，标高调整范围限值为±400 mm，调整角度限值为±5°；当然，如果上述调整后仍会遇到障碍物，须将其情况反馈至设计，进行协商处理。3）注浆所用水泥标号为42.5 普通硅酸盐水泥，其无侧限抗压强度下限为25 MPa，且若注浆不饱满，可采用二次注浆或多次注浆。4）注浆时的水灰比范围为0.50～0.55，二次注浆水灰比可降低0.05；注浆压力不应小于1.5 MPa，注浆管底与孔底间距上限为20 cm。5）锚杆钢筋型号为HRB400，直径为20 mm，注意除锈去油处理，且钢筋应保持在锚杆中心位置，按2.0 m 间距设置导中支架。6）锚杆施工后也应进行检查，其检测数量不应少于总锚杆数的5%，且同土层中，不应少于3 根。

2.3 挂网喷射混凝土施工要点

喷射混凝土的厚度不应小于10 cm，其应混合砾石，且其标号为C20，配合比以实验室具体结果为准。1）钢筋网材料为HRB335，制作规格应符合相关规范要求。2）挂网喷射混凝土段的按30 m 一段设置伸缩缝，缝宽5 cm，伸缩缝处的钢筋不应连接，直接采用泡沫等材料隔开即可。3）在喷射过程中，如果钢筋网长度不够，就可以采用搭接处理，且搭接长度下限值为30 cm。4）在喷射过程中，应注重分层棚舍，先应喷射底部混凝土，绑扎钢筋网，最后喷射上部混凝土，且一次喷射厚度上限为6 cm。5）以500m2的混凝土喷射面积为指标，在该区间内应进行混凝土强度试验，不应少于1 组，且每组不应少于3 块。6）类比。也以500m2的混凝土喷射面积为指标，在该区间内再进行厚度检验，其检验数量不应少于1 组，每组的检测点不少于3 个，且最小厚度不应小于设计值的80%。

综上所述，进一步阐述各类支护手段的施工要点，在施工过程中，应严格执行上述要点，以保证施工质量以及保障施工安全。

3 支护效果评价

为提高基坑支护效果，在其周边共计布设8 个水平位移监测点（其布置如图1 所示），总计监测28 d，得到各监测点最终累计变形值。B-01 监测点：14.55mm B-02 监测点：17.69mm。B-03 监测点：18.65mm B-04 监测点：16.54mm。B-05 监测点：12.14mm B-06 监测点：18.15mm。B-07 监测点：19.47mm B-08 监测点：17.63mm。

综上所述，各监测点的水平位移值存在一定的差异，说明不同位置处支护措施的防治效果是不同的，但是总体均未超过变形控制值25 mm。因此，相邻建筑段的基坑支护暂时均在可控范围内。

为掌握基坑水平位移的发展趋势，评价其后续变化特征，提出通过变形预测来对这方面进行评价。

支持向量机是岩土领域常用的预测模型，其适用性不言而喻，因此，提出以其开展基坑水平位移的变形预测。结合支持向量机的基本原理，将其训练函数yi如公式（1）所示。

式中：ω为权向量；φ（xi）为映射函数；b为偏置量。

为保证预测精度，须保持预测过程有最小化的结构风险，其回归优化问题如公式（2）、公式（3）所示。

式中：ξi、ξi*为松弛变量；ε为超出误差；C为惩罚因子。

在上式优化处理的基础上，再结合对偶理论，将支持向量机的预测函数进一步为公式（4）。

式中：f（x）为预测值；K（xi，yj）为核函数；l为训练样本个数；αi、αi*为拉格朗乘子。

一般来说，变形越大，其对应危险性越高，因此，提出对3 个最大水平位移值的监测点进行预测分析，其结果见表1。根据表1，以3 个监测点的预测结果为基础，统计其特征参数如下。B3 监测点：相对误差为2.08%～2.21%，平均值为2.12%。B6 监测点：相对误差为2.02%～2.13%，平均值为2.08%。B7 监测点：相对误差为2.05%～2.14%，平均值为2.09%。

表1 水平位移变形预测结果

综上所述，三者预测精度均较高，且预测效果也相当，充分说明支持向量机在基坑水平位移预测中，不仅预测精度较高，而且稳定性较好。

结合29～32 期的外推预测结果，计算得到3 个监测点在这4 期的变形速率均值依次为0.15 mm/d、0.24 mm/d 以及0.24 mm/d，三者的变形速率均值均较小，说明其后续变形趋于收敛方向发展，进一步验证相邻既有建筑物段的基坑支护设计措施是有效的。

4 结论

对相邻既有建筑可能产生影响的深基坑支护设计及效果评价，主要得出如下2 个结论：1）由于相邻既有建筑物影响，其基坑支护设计显得格外重要，且在设计过程中，应结合基坑边坡具体情况采取针对性治理。2）支持向量机在基坑水平位移预测中具有良好效果，不仅具有较优预测精度，还具有较优稳定性，其所得预测结果的相对误差在2%左右；同时，外推预测结果显示，基坑水平位移的后续增加速率较小，向稳定的方向发展，验证了相邻既有建筑段的基坑支护措施是有效的。