南京中山陵地下商場(chǎng)主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案探討

張雪燕

(甘肅省科學(xué)院地質(zhì)自然災(zāi)害防治研究所，甘肅蘭州 730000)

近年來(lái)，在改革開放大潮推動(dòng)下，我國(guó)建筑業(yè)蓬勃發(fā)展，建筑施工和管理亦步入信息化時(shí)代;同時(shí)高層、超高層建筑和城市地下空間的利用發(fā)展也促進(jìn)了基坑工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的進(jìn)步?；訃o(hù)體系的種類、各種圍護(hù)體系的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、施工技術(shù)、監(jiān)測(cè)手段以及基坑工程理論在我國(guó)都有了長(zhǎng)足的發(fā)展?；庸こ叹C合性較強(qiáng)，是系統(tǒng)工程，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選擇尤為重要，直接決定了基坑的安全性，同時(shí)決定了經(jīng)濟(jì)造價(jià)和施工工期［1］?，F(xiàn)結(jié)合南京市中山陵地下商場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)其采用的多種基坑支護(hù)方法逐一說(shuō)明。

1 工程概況

中山陵地下商場(chǎng)屬于鐘山風(fēng)景區(qū)南側(cè)外緣景區(qū)，總建筑面積約18 950 m2，位于滬寧高速公路高架橋(鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，埋深約30 m)的南側(cè)、寧杭公路中山門段北側(cè)空地處，南與地鐵二號(hào)線苜蓿園站相接，是旅客進(jìn)入鐘山風(fēng)景區(qū)的門戶地區(qū)。其主要建筑為地下2層，地上1層，地下2層為車庫(kù)和商業(yè)街，地上1層為餐廳和接待中心等。1層室內(nèi)地坪標(biāo)高20.796 m(吳淞高程)，基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高為9.196 m，基坑周長(zhǎng)約300 m，最大挖深約11.60 m。

本工程重要性等級(jí)為二級(jí)，場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí)(中等復(fù)雜)，地基復(fù)雜程度等級(jí)為二級(jí)地基(中等復(fù)雜)，抗震設(shè)防類別為丙類?；觽?cè)壁安全等級(jí)按二級(jí)設(shè)計(jì)，重要性系數(shù)按1.00取值［2］。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2.1 地形、地貌

擬建場(chǎng)地位于滬寧高速公路高架橋的南側(cè)、寧杭公路中山門段北側(cè)空地處，地形有起伏，標(biāo)高在20.00 m～25.00 m之間，呈北高南低態(tài)勢(shì)。場(chǎng)地地貌單元屬山前階地及丘陵地貌。

2.2 場(chǎng)地巖土工程性質(zhì)

在勘探深度內(nèi)根據(jù)野外鉆探，原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)綜合分析，場(chǎng)地巖土層可分為五大層，現(xiàn)自上而下分述如下:①-1層雜填土:雜色，松散～稍密，含較多碎磚、石，量大于30%，主要為水泥地坪及碎石墊層，土質(zhì)不均勻，堆齡不足2年，層厚0.30 m～2.50 m，層底埋深0.30 m～2.50 m。①-2層素填土:灰黃色，軟～可塑，含少量碎磚石屑、植物根莖，局部含少量淤泥質(zhì)填土，土質(zhì)不均勻，填齡大于10 年，層厚0.50 m ～2.80 m，層底埋深0.80 m ～3.30 m。②層粉質(zhì)粘土:黃褐色，可～硬塑，含少量鐵、錳氧化物，稍有光澤，韌性、干強(qiáng)度中 ～高，層厚0.70 m ～6.40 m，層底埋深1.80 m ～8.60 m。③層碎石土:黃褐色，中密，鉆孔所見粒徑10.0 cm ～30.0 cm，量約50%～80%，無(wú)分選性，稍有磨圓，礫石多呈次棱角狀，成分較雜，多為石英質(zhì)，其間充填砂土及黃色粘性土，難以鉆進(jìn)，層厚1.70 m～5.40 m，層底埋深 4.70 m ～12.70 m。④層殘坡積土:棕紅色，密實(shí)，呈砂土狀，含礫石及母巖碎塊，量約30%～50%，局部土質(zhì)較均一，主要為粉砂質(zhì)泥巖及砂巖風(fēng)化物，遇水易軟化，層厚0.30 m～7.00 m，層底埋深5.10 m ～17.00 m。⑤-1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖、砂巖:棕紅色、灰黃色，密實(shí)～堅(jiān)硬，砂土狀，風(fēng)化強(qiáng)烈，呈塊狀結(jié)構(gòu)，易于鉆進(jìn)，手易捏碎，屬較軟巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，遇水易軟化，層厚 0.50 m ～4.20 m，層底埋深 5.60 m ～14.30 m。⑤-2a層中風(fēng)化泥巖、粉砂質(zhì)泥巖:棕紅色，硬，結(jié)構(gòu)緊密，塊狀構(gòu)造，層厚0.7 m左右，局部地段夾有砂巖，多數(shù)砂巖呈灰黃、黃褐色，少量砂巖呈棕紅色，該巖層屬極軟巖，巖體完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)屬Ⅴ類。⑤-2b層中風(fēng)化細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖:灰黃色、黃褐色，局部棕紅色，堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)緊密，塊狀構(gòu)造，局部地段為夾少量泥質(zhì)粉砂巖，該巖層屬較軟巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)屬Ⅳ類，勘探未鉆穿。

2.3 場(chǎng)地穩(wěn)定性及不良地質(zhì)作用

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料判定:擬建場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)不良地質(zhì)作用。根據(jù)鉆探資料擬建場(chǎng)區(qū)無(wú)液化地層，無(wú)巖土地震穩(wěn)定性問(wèn)題，擬建場(chǎng)地是穩(wěn)定的，適宜工程建設(shè)。

2.4 場(chǎng)地地下水及水、土腐蝕性評(píng)價(jià)

擬建場(chǎng)地屬山前階地及丘陵地貌，地下水類型屬孔隙潛水及孔隙承壓水，潛水主要賦存于①層填土中，主要受大氣降水及地表水補(bǔ)給;承壓水賦存于③層碎石中，承壓水位埋深1.60 m～5.40 m，標(biāo)高為 16.60 m ～19.50 m。地下水賦存量小，滲水少。地下水、土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

2.5 地震烈度及分組

本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，屬設(shè)計(jì)地震第一組。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算原則

基坑側(cè)壁安全等級(jí)按二級(jí)考慮，重要性系數(shù)取1.00。除放坡開挖方案未考慮基坑水平變形及基坑周圍地表沉降外，其他兩個(gè)方案基坑水平變形均不大于0.2%H且小于30 mm，而基坑周圍地表沉降不大于0.15%H(其中H為基坑開挖深度)［3］。對(duì)基坑工程進(jìn)行抗滑移和抗傾覆的整體穩(wěn)定性檢算;樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)亦進(jìn)行基坑底部土體的抗隆起穩(wěn)定性和抗?jié)B流或抗管涌穩(wěn)定性檢算?；臃€(wěn)定性檢算遵照YB 9258-97建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范，JGJ 120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程及DB 32/112-95南京地區(qū)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。地面超載按20 kPa考慮，并考慮了鄰近建筑物的影響［4］。

3.2 降排水設(shè)計(jì)

首先清除地表雜填土至地坪標(biāo)高(20.796 m)，然后在基坑四周設(shè)置截水溝截排地面水，基坑周邊地表須做成10 cm厚硬化地面，并設(shè)2%坡向的排水溝，防止地表水滲入基坑。

基坑內(nèi)采用明溝排水，在坑底縱橫向每隔20 m設(shè)一集水坑，基坑滲水沿排水明溝匯入集水坑，由水泵排至地面經(jīng)處理后排入市政排水系統(tǒng)。

根據(jù)南京市基坑工程以往經(jīng)驗(yàn)，本基坑開挖前采用降水井降水，降水井井距為20 m，將水降至基坑底面或中風(fēng)化泥巖、砂巖之下。

對(duì)于周圍對(duì)沉降敏感的建筑物、構(gòu)筑物，應(yīng)做好地下水的回灌工作。

3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)共擬定三個(gè)設(shè)計(jì)方案:

方案一:放坡開挖方案。本基坑除靠近滬寧高速公路橋橋臺(tái)的35 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)采用土釘墻+錨桿方案支護(hù)外，其他各邊均采用放坡開挖。開挖的邊坡坡率為1∶0.75，隨挖隨于邊坡上施作打錨桿掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)以止水。鐵絲網(wǎng)用錨桿錨固;錨桿采用Φ18圓鋼筋，其深入邊坡內(nèi)100 cm～500 cm，根據(jù)巖石破碎程度及防護(hù)情況確定;所噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C20，厚度宜為10 cm，在噴射前拌和混凝土?xí)r應(yīng)添加速凝劑，摻入量為水泥重量的2%～3%。該方案剖面布置如圖1所示。

圖1 放坡開挖方案剖面圖（單位：mm）

經(jīng)檢算，該方案最不利工況下穩(wěn)定安全系數(shù)為1.44。

該方案概算總投資最低，為1 092.12萬(wàn)元，這也是該方案最突出的優(yōu)點(diǎn)。另外該方案為無(wú)支撐施工，施工主體工程時(shí)作業(yè)空間寬余、工期短。該方案邊坡雖穩(wěn)定，但是其基坑水平變形及基坑周圍地表沉降均較大。該方案按照1∶0.75放坡后，邊坡坡腳距滬寧高速公路橋水平距離僅為7 m。該邊坡的開挖可能會(huì)危及橋基。

方案二:土釘墻+錨桿方案。結(jié)構(gòu)形式:邊坡開挖坡度為1∶0.1，在基坑開挖深度范圍內(nèi)，自上而下共設(shè)置2道錨桿和6道成孔注漿型土釘，孔徑均為150 mm，傾角均為向下傾斜15°。錨桿長(zhǎng)18 m～19.5 m，土釘長(zhǎng)15.5 m～21 m。土釘與錨桿呈梅花形布設(shè)，縱橫間距均為1.5 m。錨桿應(yīng)通過(guò)張拉或擰緊螺母的辦法施加預(yù)應(yīng)力，其大小為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值的55%。錨桿、土釘材料均采用25SiMn熱軋螺紋鋼筋。在錨桿與土釘上布置縱橫間距均為200 mm的Φ8鋼筋網(wǎng)，然后噴射200 mm厚C20混凝土。該方案剖面布置如圖2所示。

圖2 土釘墻+錨桿方案剖面圖（單位：mm）

經(jīng)檢算，該方案最不利工況下土釘墻整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.19，抗滑移安全系數(shù)為 1.71，抗傾覆安全系數(shù)為 4.17。

該方案概算總投資為2 319.39萬(wàn)元。該方案具有邊坡設(shè)置較陡、施工方便、造價(jià)較低廉、施工主體工程時(shí)作業(yè)空間寬余等優(yōu)點(diǎn)。該方案與挖孔灌注樁+錨桿方案相比，二者總造價(jià)相差不多，但其不能豎直開挖，占用空間較大，引起拆遷較多，另外由于土釘墻在變形方面的計(jì)算理論尚不成熟，可能導(dǎo)致基坑本身變形及周圍地表沉降均較大。

方案三:人工挖孔灌注樁+錨桿方案。結(jié)構(gòu)形式:采用人工挖孔灌注樁+錨桿支護(hù)體系。樁直徑采用1.2 m，樁間距一般為1.7 m，局部根據(jù)排樁情況調(diào)整。樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，截面尺寸為:b×h=1.2 m×0.8 m。沿挖孔灌注樁豎向設(shè)置2道錨桿，其豎向間距3.0 m，錨桿設(shè)計(jì)拉力為200 kN。錨桿向下傾角18°，長(zhǎng)度18 m，孔徑150 mm。其剖面布置如圖3所示。

止水措施:從冠梁底止入強(qiáng)風(fēng)化巖2 m范圍兩樁護(hù)壁間搭接400 mm厚混凝土;在基坑土方開挖時(shí)，隨挖隨于樁間施作掛網(wǎng)噴混凝土等止水措施。

挖孔灌注樁在各地層中嵌固深度應(yīng)不小于表1中數(shù)字。

圖3 人工挖孔灌注樁+錨桿支護(hù)方案剖面圖（單位：mm）

表1 挖孔灌注樁嵌固深度

經(jīng)檢算，該方案最不利工況下整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.74，坑底抗隆起安全系數(shù)為2.25，坑底抗管涌安全系數(shù)為1.61。

該方案概算總投資為2 502.29萬(wàn)元，與土釘墻+錨桿方案相差不多。該方案具有可以豎直開挖、基坑側(cè)壁安全性高、基坑本身變形及對(duì)周圍建筑物的影響均較小、施工方便、造價(jià)較低廉、成樁質(zhì)量容易保證等優(yōu)點(diǎn)，加之該方案與南京地鐵二號(hào)線苜蓿園站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一致，故本基坑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議采用本方案。

4 環(huán)境監(jiān)測(cè)及保護(hù)

1)場(chǎng)區(qū)內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍建筑物、構(gòu)筑物、土體、管線均為監(jiān)測(cè)對(duì)象。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫及滲漏水觀察、基坑周圍地表沉降、基坑周圍建筑物沉降及傾斜、基坑周圍地下管線沉降、圍護(hù)樁樁頂水平位移及垂直位移、地下水位量測(cè)、孔隙水壓力、樁背土體土壓力等。

2)沿基坑頂面設(shè)點(diǎn)進(jìn)行沉降和水平位移檢測(cè)。設(shè)點(diǎn)原則為:圍護(hù)結(jié)構(gòu)每個(gè)拐角處必須布點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段按15 m間距對(duì)稱布點(diǎn)。

3)基坑范圍內(nèi)取三個(gè)主斷面，分別對(duì)梁、板、邊樁、鋼管樁進(jìn)行內(nèi)力監(jiān)測(cè)，除挖孔樁內(nèi)力監(jiān)測(cè)采用鋼筋計(jì)串聯(lián)焊接到受力主筋上量測(cè)外，其余采用貼應(yīng)變片量測(cè)。

4)為監(jiān)測(cè)擋土結(jié)構(gòu)在各種施工工況下的不穩(wěn)定因素，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施保證施工安全，沿基坑深度方向在挖孔樁表面布設(shè)土壓力盒，設(shè)點(diǎn)樁位與主量測(cè)斷面相對(duì)應(yīng)。孔隙壓力計(jì)應(yīng)與土壓力計(jì)對(duì)應(yīng)設(shè)置。

5)土壓力盒與鋼筋計(jì)按相同的標(biāo)高一一對(duì)應(yīng)布置。土壓力盒埋設(shè)在護(hù)壁外側(cè)，鋼筋計(jì)焊在外側(cè)的主筋上。

6)在樁心處預(yù)埋測(cè)斜導(dǎo)管，深度要求達(dá)到底板頂面，預(yù)留至樁頂冠梁頂面，澆筑混凝土?xí)r，須注意對(duì)測(cè)斜管的保護(hù)，保證測(cè)斜管鉛垂向下。

5 一點(diǎn)看法

深基坑采用何種支護(hù)形式，一方面要深刻認(rèn)識(shí)各種支護(hù)形式的特點(diǎn)，包括其合理性、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，另一方面要根據(jù)工程周圍環(huán)境、主體工程地下結(jié)構(gòu)形式、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，本著經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的原則進(jìn)行選擇［5］。

5.1 基礎(chǔ)資料收集

為了選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)和合理地組織施工，需要對(duì)影響基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)資料，全面地進(jìn)行收集，并加以深入了解和分析。主要是收集三方面的資料:工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料;場(chǎng)地周圍環(huán)境及地下管線狀況;地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料。

5.2 支護(hù)方案的選擇

收集資料完成后，就根據(jù)各種支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇支護(hù)方案。一般初選兩個(gè)以上方案進(jìn)行費(fèi)用估算，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮，最終選定安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)形式。由于深基坑施工的特殊性，施工過(guò)程中存在大量的不可預(yù)見因素，這些因素都從不同的角度對(duì)基坑的施工設(shè)計(jì)提出較高的要求，從而增加基坑工程的施工難度，影響基坑工程的費(fèi)用，因此選擇支護(hù)形式時(shí)應(yīng)綜合考慮以下幾個(gè)方面:

1)基坑工程的設(shè)計(jì)首先要求確保安全，方便施工，同時(shí)應(yīng)盡可能地降低工程費(fèi)用?；又ёo(hù)是基礎(chǔ)施工中一項(xiàng)臨時(shí)措施，不是永久性設(shè)施，因此設(shè)計(jì)的安全度不同于永久工程。但是另一方面，深基坑工程和土方開挖，其難度和風(fēng)險(xiǎn)都很大，如果無(wú)足夠的安全保證，其后果較為復(fù)雜和嚴(yán)重。因此設(shè)計(jì)安全度的選用對(duì)基坑工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果有很重要的影響。設(shè)計(jì)中應(yīng)按基坑工程的安全等級(jí)，選用相應(yīng)的重要性參數(shù)，使基坑安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

2)設(shè)計(jì)支護(hù)時(shí)要十分重視合理選用土層的粘聚力C，內(nèi)摩擦角φ指標(biāo)。實(shí)踐證明，土層C，φ值選擇合理與否對(duì)基坑支護(hù)的安全性和經(jīng)濟(jì)性有很大影響［6］。因此設(shè)計(jì)時(shí)要查清勘察報(bào)告中C，φ值的取值標(biāo)準(zhǔn)，并與鄰近工程的勘察資料相比較，按照有關(guān)規(guī)范的規(guī)定合理確定基礎(chǔ)工程土體的C，φ取值。

［1］宋 喆，孫龍權(quán).基坑支護(hù)方案的選擇［J］.黑龍江科技信息，2009(21)：20-22.

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

［4］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］鄒鐘輝.淺談深基坑支護(hù)方案選擇及注意問(wèn)題［J］.中小企業(yè)管理與科技(上旬刊)，2010(3)：12-13.

［6］朱 俠.淺談深基坑支護(hù)方案選擇［J］.知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2011(11)：46-47.