复杂环境下深基坑桩墙合一逆作法支护设计应用研究

2024-03-17茆乘龙王继果

科技资讯 2024年2期

茆乘龙王继果

摘要：老城区深基坑周边往往有相当规模的老旧建筑和密集的市政管网，对开挖过程中基坑支护结构变形控制有非常高的要求。针对该深基坑周边复杂环境，采用桩墙合一逆作法的支护结构设计方案，运用理正软件进行计算，采用PLAXIS軟件对基坑施工期间周边房屋和市政道路等的变形进行分析。分析结果表明该支护结构方案能够有效保护基坑周边建筑物和道路管线。

关键词：复杂环境深基坑桩墙合一逆作法

中国分类号：TU753文献标识码：A

Research on the Supporting Design and Application of Deep Foundation Pits with Pile-Wall Integration and the Topdown Construction Method in the Complex Environment

MAO Chenglong1 WANG Jiguo2

（1.Jiangsu Xiangkai Geotechnical Engineering Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 210001 China；2.Sanjiang University，Nanjing， Jiangsu Province， 210001 China）

Abstract： There are often considerable old buildings and dense municipal pipe networks around deep foundation pits in old urban areas， which has a very high requirement for the deformation control of the supporting structure of foundation pits during excavation. In view of the complex environment around such deep foundation pits， the design scheme of the supporting structure with pile-wall integration and the topdown construction method is adopted， calculation is carried out by correction software， and the deformation of surroundin houses and roads is analyzed by PLAXIS software during the construction of foundation pits. The analysis results show that the scheme of the supporting structure can effectively protect buildings and road pipelines around foundation pits.

Key Words： Complex environment; Deep foundation pit; Pile-wall integration; Topdown construction method

中图分类号：TU753

周杰[1]指出中国城市化的发展和经济实力的增强，带来深基坑工程体量的增大和愈加复杂的工程条件，使得深基坑工程的设计和施工面临更多的难题。

蔡宗鹏[2]通过有限元软件分析结果与监测数据对比，指出数值计算不可能完全模拟工程实际情况，在某些方面必须要进行了简化，有限元分析结果与实测数据有差别，但可以指导施工。徐鹏等[3]研究了基坑开挖对邻近多层建筑物的条形基础的影响进行了模拟分析，提出当浅基础位于距坑边0.3He～1.0He（He为开挖深度）范围时，其沉降受开挖影响较大。

赵帅等[4]使用FLAC3D对基坑的开挖过程进行数值模拟，发现沉降量随着距基坑边缘距离的增加而减小，最终降低为零。谭天翔[5]依托具体工程案例建立三维数值模型，对邻近建筑物与基坑的间距等试验结果做出分析讨论，指出建筑物与基坑间距减小时，建筑物基础不均匀沉降程度加大，建筑物荷载对基坑边墙的影响也在加剧。

程秋实[6]通过对实际监测数据分析研究基坑开挖引起坑顶水平位移等在时间与空间上的变化规律，指出基坑开挖产生的变形和支柱应力也随时间增大，围护结构的水平位移、地表沉降、管线位移变化大多呈基坑中轴线处最大，两侧逐渐减小的趋势。

1 工程概况

1.1项目周边环境

项目建设地点位于南京市秦淮区五老村街道，西至长白街，东至四条巷，南至市级文保单位李鸿章祠堂，北至现状七层住宅。

北侧基坑边线距离七层住宅14.86m，该住宅为砖混结构，砖砌条形基础；东侧基坑边线距离现有道路四条巷5.50m，道路下分布较多市政管线，距离五层住宅15.0～16.9m，该住宅为混凝土结构，混凝土独立基础；南侧基础边线距离三层住宅3.57m，该住宅为砖混结构，砖砌条形基础；西侧基坑边线距离现有道路长白街3.0m，道路下分布较多市政管线，距离五老村小区27.5～29.0m，小区内住宅为五层～七层混凝土结构，混凝土独立基础。

1.2项目信息

拟建办公楼地上总层数为六层，办公楼檐口高度16.2m，设置三层地下车库。地上部分总建筑面积为8165m2，地下车库总建筑面积9550m2。地下车库主要功能为停车位、配套用房和消防配套设施。拟建建筑采用钢筋混凝土框架结构，采取钻孔灌注桩的基础形式。基坑开挖范围：周长246m，面积3310 m2，挖深14.60m。

1.3地质及水文条件

项目场地属冲积平原地貌单元。场地现状标高为 8.07m～8.59m，起伏较小，较为平坦。

基坑土方开挖深度内土层如下：土层1杂填土；土层2粉质黏土；土层3粉砂；土层4淤泥质粉质黏土夹粉土；土层5粉质黏土。基坑开挖面以下主要土层为：粉质黏土，粉质黏土，粉质黏土，卵石，强风化泥质粉砂岩，中风化泥岩，中风化泥质粉砂岩。

勘察资料显示场地土層含有潜水、承压水和基岩裂隙水等三类地下水类型。潜水影响较大，主要存在于杂填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土和粉砂中。承压水通常存在于卵石层。基岩裂隙水主要赋存于基岩强风化岩层的风化裂隙和中等风化岩层的构造裂隙中。潜水稳定水位6.15～6.30m，承压水位标高约为2.5m，基岩裂隙水对基坑工程影响不大。

2 基坑围护方案

2.1基坑围护设计原则及标准

竖向挡土结构既作为土方开挖期间临时挡土结构使用，同时作为地下室永久性结构外墙使用。

竖向挡土结构设计使用年限取50年；围护结构安全等级取一级，重要性系数取1.1。

基坑环境保护等级取一级。

2.2围护结构方案选型及设计

基坑周边环境复杂对基坑施工期间变形控制要求严格，经多方案对比，本项目支护设计采用竖向挡土结构与地下室外墙二合一的形式，竖向挡土结构既作为土方开挖期间临时挡土结构使用，同时作为地下室永久性结构外墙使用。地下室结构采用逆作法施工，逆作施工阶段利用地下室结构梁板作为水平支撑，采用支承立柱和立柱桩作为竖向承重构件。

项目基坑围护结构方案：竖向挡土结构桩墙合一，基坑周边采用双排～三排三轴深搅桩内插支护排桩作为围护体，既作为基坑开挖阶段的挡土隔水围护体，又作为永久使用阶段的地下室外墙一部分，永久使用阶段在支护排桩内侧设置内衬墙，形成排桩与内衬墙复合外墙；地下结构楼板作为基坑开挖阶段的水平支撑系统，支撑系统刚度大，对水平变形的控制极为有效，对周边环境保护非常有利；竖向支承系统采用一柱一桩，钢管混凝土柱与钻孔灌注桩相结合作为基坑开挖阶段的竖向支承系统，立柱桩利用主体结构工程桩；坑内设置管井井点进行降水。

2.3典型围护结构剖面计算分析

取基坑北侧控制要求最高的AB段作为典型剖面进行分析。根据相关规范监测指标取值如下：围护结构水平位移取30.00mm，深层位移取38.00mm，道路沉降取30.00mm，房屋沉降取12.50mm。

AB段基坑顶标高取+8.20m，基坑开挖底部标高取-6.40m，基坑挖深取14.60m。

基坑顶取满布面荷载20kPa，北侧基坑边线距离七层住宅14.86m，该住宅为砖混结构，砖砌条形基础，天然地基，考虑局部附加荷载85kPa。围护结构采用钻孔灌注桩φ1200@1400加三层楼板逆作法，止水帷幕采用三排三轴深搅桩φ850@1200，坑内降水采用管井降水。

2.3.1理正软件计算

取基坑开挖到底的最不利工况进行分析，结果如下。

由图2可知，围护结构顶部最大水平位移为4.2mm，深层位移为20.57mm，满足监测指标要求。

由图3可知，周边道路最大沉降值为20.0mm，满足监测指标要求。

2.3.2有限元分析

基坑建模分析采用专业有限元软件PLAXIS 2D。分析模型尺寸：宽180m，高60m；本构模型选HS-small。

由图4可知，围护结构顶部最大水平位移0.7978mm，最大深层位移12.10mm，满足监测指标要求。

由图5可知，周边道路最大沉降7.343mm，满足监测指标要求。