南京雙門(mén)樓綜合樓基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與實(shí)測(cè)研究

劉 峰，彭朝國(guó)

(1．南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210093;2．江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

南京雙門(mén)樓綜合樓基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與實(shí)測(cè)研究

劉 峰1，2，彭朝國(guó)2

(1．南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210093;2．江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

在城市深基坑開(kāi)挖施工中，鉆孔灌注樁和鋼筋混凝土支撐具有良好的擋土和支護(hù)作用，而深層攪拌樁和樁間旋噴樁形成的雙層止水帷幕則具有良好的止水作用。結(jié)合南京某工程實(shí)例，利用上述關(guān)鍵技術(shù)解決了城市中心超深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)及施工問(wèn)題，取得了較好的安全和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)類似工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下的深基坑工程有很好的借鑒意義。

砂土深基坑;雙層止水帷幕;基坑監(jiān)測(cè);江蘇南京

0 引言

隨著城市高層建筑、地鐵和重大市政工程建設(shè)的發(fā)展，深基坑工程越來(lái)越多，深基坑圍護(hù)工程面臨周圍環(huán)境條件復(fù)雜、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式多樣化等問(wèn)題已成為當(dāng)前地基和基礎(chǔ)工程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。而基坑支護(hù)往往又是工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，具有復(fù)雜性、可變性和臨時(shí)性的特點(diǎn)(易曉勇，2010)。因此，如何保證支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的穩(wěn)定就成為深基坑研究的首要問(wèn)題(趙洪波等，2006)，研究深基坑開(kāi)挖過(guò)程中周圍土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)隨時(shí)空效應(yīng)、地下水位變化而產(chǎn)生的變形特性也顯得日益迫切和重要。筆者根據(jù)基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中獲得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)超深基坑工程支護(hù)以及止水帷幕的設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行了可行性驗(yàn)證，并分析和研究了支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、基坑周圍土壓力以地下水位的變化。

1 工程概況

南京某公司雙門(mén)樓綜合樓基坑工程位于虎踞路以東、中山北路以南、雙門(mén)樓路以北的三角地塊。擬建綜合樓地上29層，地下3層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深約－16.00m。

1．1 工程地質(zhì)條件

本工程基坑部分影響范圍內(nèi)的土層自上而下依次為：①-1雜填土，①-2素填土，②-1粉土，②-2粉砂，②-3粉土，②-4粉砂，②-5粉砂，③粉質(zhì)黏土。各層土的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

1.2 水文地質(zhì)條件

與本工程有關(guān)的地下水類型屬孔隙潛水，主要賦存于①、②土層中。施工期間測(cè)得初見(jiàn)地下水位埋深為1.80m～2.30m，穩(wěn)定地下水位埋深為1.50m～2.00m，年變幅為1.00m左右，建設(shè)最高水位按場(chǎng)區(qū)整平后地表下0.5m考慮。

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)周邊環(huán)境要求、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及基坑挖深，綜合確定本工程側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)。沿基坑周邊采用φ1000@1200鉆孔灌注樁加3層鋼筋混凝土支撐作為支護(hù)結(jié)構(gòu);采用三軸深攪樁和樁間旋噴樁形成的雙層止水帷幕止水，坑內(nèi)采用管井降水，并對(duì)施工過(guò)程中多種質(zhì)量保證措施提出了嚴(yán)格的要求(圖1)。

2.2 理論計(jì)算

本工程采用理正深基坑設(shè)計(jì)軟件，對(duì)不同剖面進(jìn)行了計(jì)算設(shè)計(jì)：基坑各區(qū)段均采用3層錨桿支護(hù)，bcd區(qū)段和def區(qū)段采用一級(jí)放坡，各區(qū)段的垂直高度和嵌固深度如表2所示。通過(guò)計(jì)算可知，混凝土支撐的土壓力主要集中在中下部，第2層和第3層支撐軸力分別為7 264.84kN和7 206.76kN，第1層支撐軸力只有1 474.40kN(表3)。

表1 土的物理力學(xué)指標(biāo)

圖1 基坑支撐體系平面與監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

表2 基坑理論計(jì)算結(jié)果匯總表

表3 基坑內(nèi)支撐軸力計(jì)算結(jié)果

3 基坑開(kāi)挖過(guò)程實(shí)測(cè)與研究

深基坑開(kāi)挖會(huì)引起周邊土體變形，對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和環(huán)境產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)將影響結(jié)構(gòu)的正常使用，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身或周邊環(huán)境破壞等事故。造成資金的重大損失和人員傷亡，在深基坑工程建設(shè)中不乏這方面的慘重教訓(xùn)(王浩等，2006;二灘水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，1999)。在施工過(guò)程中，可以利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集支撐軸力、坑外地下水位、基坑深層土體位移和路面沉降等相關(guān)信息，通過(guò)分析這些信息，可以從中找出事故隱患，進(jìn)而開(kāi)挖前采取措施避免事故的發(fā)生。

3.1 施工監(jiān)測(cè)的目的(楊淑娟等，2006)

(1)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值比較，以判斷前一步施工工藝和施工參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定和優(yōu)化下一步的施工參數(shù)，做好信息化施工。

(2)將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果用于信息化反饋優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工快捷的目的。

(3)將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)與理論預(yù)測(cè)值比較，然后采用反分析法導(dǎo)出更接近實(shí)際的理論公式，用以指導(dǎo)其他工程。

3.2 監(jiān)測(cè)布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置按照監(jiān)測(cè)方案和現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況進(jìn)行布置，主要圍繞工程支護(hù)結(jié)構(gòu)(基坑開(kāi)挖會(huì)引起的變形和內(nèi)力)進(jìn)行，觀測(cè)點(diǎn)主要布置在支護(hù)結(jié)構(gòu)受力大、相對(duì)薄弱的位置。由于本工程位于南京市中心，基坑條件及周邊環(huán)境均比較復(fù)雜，為確保基坑工程施工中支護(hù)結(jié)構(gòu)自身與鄰近建筑及周圍地下設(shè)施的安全，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)布置了完整的監(jiān)測(cè)體系，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置如圖1所示，并提出了具體的監(jiān)測(cè)要求和各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表4所示，監(jiān)測(cè)與測(cè)試的控制允許值如表5所示。

表4 主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

3.3 監(jiān)測(cè)時(shí)間及頻次

通常情況下，基坑監(jiān)測(cè)的周期為2d。當(dāng)變形超過(guò)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場(chǎng)地變化較大時(shí)，應(yīng)加密監(jiān)測(cè)次數(shù);當(dāng)大雨、暴雨或基坑荷載條件改變時(shí)應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè);當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)應(yīng)連續(xù)觀測(cè)。根據(jù)該工程的工期進(jìn)度安排，基坑監(jiān)測(cè)時(shí)間與基坑施工保持同步。在開(kāi)挖卸載急劇期間監(jiān)測(cè)頻次大約2d 1次，其余時(shí)間為3d～5d 1次，間隔時(shí)間需要根據(jù)工程實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

3.4 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.4.1 支撐軸力監(jiān)測(cè) 部分支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果(ZC3、ZC8、ZC15)如圖2所示。第1層支撐隨著土方開(kāi)挖軸力逐漸增大，至第2層支撐完成后軸力明顯減弱，隨著基坑開(kāi)挖軸力又逐漸增大。第2層支撐軸力隨著基坑開(kāi)挖的加深，由于深層土體向基坑位移逐漸加大，第2層支撐受力逐漸加大，并明顯大于第1層支撐。第3層支撐完成后，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，軸力逐漸加大，砼墊層澆筑完成后，3層軸力逐漸穩(wěn)定，其中累計(jì)變化量最大值為ZC7，其值為5 451.3kN＜6 104.47kN(報(bào)警值)。

表5 監(jiān)測(cè)與測(cè)試的控制允許值

圖2 部分支撐軸力變化－時(shí)間曲線

3.4.2 坑外地下水位監(jiān)測(cè) 部分觀察井地下水位變化(SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6)如圖 3 所示。從圖3可以看出，隨著基坑開(kāi)挖深度的加深，坑外水位也隨著下降，并逐漸趨于穩(wěn)定。根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，累計(jì)變化量最大點(diǎn)為 SW3，這主要是由于SW3抽水量較大導(dǎo)致的，所以后期采用小功率的抽水設(shè)備進(jìn)行抽水，最后各觀測(cè)井的地下水位逐步趨于穩(wěn)定。

3.4.3 基坑深層土體位移監(jiān)測(cè) 基坑深層土體位移監(jiān)測(cè)CX1處的位移隨時(shí)間變化曲線如圖4所示。從圖4可以看出，土體在基坑頂部和底部的位移累計(jì)值相對(duì)較小，中間部分的位移累計(jì)值大，并且最大值在距基坑頂部為8.0m左右，即第2層支撐所在位置，這與支撐軸力計(jì)算結(jié)果相符合，并且最大累計(jì)位移為D7，其累計(jì)位移值為18.2mm＜25mm(報(bào)警值)，能夠保證基坑的正常開(kāi)挖。

圖3 觀察井地下水位變化量－時(shí)間曲線(+為下降，－為上升)

圖4 基坑深層土體位移變化圖

圖5 周圍建筑物的沉降－時(shí)間曲線

3.4.4 沉降監(jiān)測(cè) 本工程的沉降監(jiān)測(cè)主要是指周圍道路、地下管線、建筑物等的沉降監(jiān)測(cè)。周圍建筑物的沉降變化如圖5所示。從圖5可以看出，由于基坑的開(kāi)挖，周圍的建筑物都出現(xiàn)了不同程度的沉降。剛開(kāi)始時(shí)的沉降量很小，隨著基坑的開(kāi)挖，周圍建筑的沉降量也隨之增加，但在基坑開(kāi)挖完成之后可以明顯地看出周圍建筑物的累計(jì)沉降量已趨于穩(wěn)定。其中H12監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量最大，其值為8.9mm＜15mm(報(bào)警值)。結(jié)果顯示，基坑的開(kāi)挖對(duì)周圍建筑物沉降的影響處于安全狀態(tài)。

基坑開(kāi)挖對(duì)于周圍道路、地下管線的影響與對(duì)周圍建筑物的影響是一致的，并且都控制在報(bào)警值之內(nèi)。

3.4.5 基坑止水帷幕實(shí)施效果 本工程場(chǎng)地內(nèi)以砂性土為主，開(kāi)挖深度大，止水和降水的有效性是保證基坑工程成功的關(guān)鍵，基坑支護(hù)采用三軸深攪樁和樁間旋噴樁形成的雙層止水帷幕止水，坑內(nèi)采用管井降水，并在施工過(guò)程中采取多種措施保證施工質(zhì)量，所以基坑開(kāi)挖過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)滲透情況。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了南京某公司雙門(mén)樓綜合樓基坑設(shè)計(jì)及施工監(jiān)測(cè)。開(kāi)挖過(guò)程和監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，本工程支護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕和降水體系的設(shè)計(jì)較為合理，對(duì)類似工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的基坑工程有一定的借鑒意義。

(1)砼灌注樁加3層鋼筋混凝土支撐組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度大，能很好地控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，保證基坑和外圍環(huán)境的安全。

(2)雖然支撐軸力實(shí)測(cè)值接近、甚至超過(guò)計(jì)算值，但未達(dá)到報(bào)警值，所以，支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的安全儲(chǔ)備。

(3)在特定條件下，實(shí)行有效的坑外控制性降水，可以減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力，增加安全度并降低造價(jià)，同時(shí)，產(chǎn)生的附加沉降是可控的，不會(huì)影響環(huán)境的安全。

(4)以砂性土為主的超深基坑，止水和降水的有效性是保證基坑工程成功的關(guān)鍵，本工程首次在南京地區(qū)采用三軸深攪樁和樁間旋噴樁形成的雙層止水帷幕止水獲得了成功，表明這是一種較好的止水方式。

二灘水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司.1999.巖土工程安全監(jiān)測(cè)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社.

王浩，覃衛(wèi)民，湯華.2006.關(guān)于深基坑施工期監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀的一些探討［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，28(B11)：1789－1793.

楊淑娟，張明義，宮月竹.2006.基坑支護(hù)工程的若干問(wèn)題探討［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，27(4)：23－26.

易曉勇.2010.基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的探討研究［J］.城市建設(shè)，(6)：185.

趙洪波，茹忠亮.2006.基坑支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，28(B11)：1525 －1528.

Deep foundation timbering design and monitoring for Shuangmenlou Building in Nanjing

LIU Feng1，2，PENG Chao-guo2

(1．School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing 210093，China;2．East China Geological Exploration Bureau of Nonferrous Metals，Jiangsu Province，Nanjing 210007，China)

During the construction of deep foundation excavation in urban area，cast-in-situ bored pile and reinforcement concrete were provided with retaining and supporting function and deep stir pile and meso-pile rotary jet grouting pile formed a dual water-proof curtain，the curtain possessed a fine water-proof effect．Based on the case study in Nanjing，the authors generated solutions on the supporting design and site construction for deep foundation pit by using cast-in-situ bored pile and reinforcement concrete as well as deep stir pile and meso-pile rotary jet grouting pile technologies．

Sandy clay deep foundation pit;Double waterproof curtain;Foundation pit monitoring;Nanjing，Jiangsu

TU473.2

A

1674－3636(2011)03－0322－06

10．3969/j．issn．1674-3636．2011．03．322

2011－05－27;編輯：蔣艷

劉峰(1966—)，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事巖土工程、勘察工程領(lǐng)域技術(shù)及管理研究，E-mail：liufeng0070@126．com