大型住宅小區(qū)大面積淺基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080

0 引言

在大型住宅小區(qū)工程建設(shè)中進(jìn)行地下空間的開(kāi)發(fā)利用已成為主流，但作為軟土地基城市，軟弱土層深厚，地下水位埋藏淺，環(huán)境條件敏感復(fù)雜，從而造成該類基坑工程設(shè)計(jì)與施工中有以下特點(diǎn)[1-6]：

（a）軟土地區(qū)的基坑設(shè)計(jì)應(yīng)以變形控制為主導(dǎo)，如何因地制宜采用適合的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，合理選用設(shè)計(jì)參數(shù)，不僅關(guān)系到工程的造價(jià)、工期，對(duì)基坑的變形控制更起到十分關(guān)鍵的作用。

（b）對(duì)面積巨大的基坑而言，空間效應(yīng)顯著，同時(shí)基坑施工周期長(zhǎng)，軟弱土體的流變特性將進(jìn)一步加大基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響，因此在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中均應(yīng)合理考慮時(shí)空效應(yīng)的影響，優(yōu)化施工參數(shù)，采取控制措施。

（c）與城市中獨(dú)立的地下建筑不同，住宅小區(qū)地下室的空間布局受地面上住宅建筑的影響較大，由于上部住宅須滿足建筑容積率、基礎(chǔ)埋深等技術(shù)和使用要求，基底開(kāi)挖面往往深淺不一，有時(shí)地下室的布局甚至對(duì)基坑圍護(hù)造成不利，只有將兩者合理匹配方可取得地下空間開(kāi)發(fā)的最佳效益。

（d）此類基坑越來(lái)越多地出現(xiàn)在場(chǎng)地嚴(yán)重受限的城市中心等地區(qū)，因而施工場(chǎng)地緊湊，有些地方甚至緊貼城市規(guī)劃紅線；基坑周邊環(huán)境復(fù)雜敏感，臨近大量管線、建筑與地鐵構(gòu)筑物等。這些都對(duì)基坑工程的圍護(hù)體系提出了更高的要求。

（e）基坑圍護(hù)作為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備系數(shù)相比永久性結(jié)構(gòu)本來(lái)就較小，而該類基坑工程由于挖深不大，在設(shè)計(jì)及施工中往往由于缺乏足夠的重視而加大了工程隱患。

綜上所述，綜合地質(zhì)條件，從安全、造價(jià)、施工工藝以及工期進(jìn)度角度綜合考量，開(kāi)展軟土地區(qū)大型淺基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，尋求最佳的圍護(hù)設(shè)計(jì)方案已成為一個(gè)迫切而重要的課題。

1 淺基坑圍護(hù)方案的比較與分析

在多年的城市建設(shè)實(shí)踐中，巖土工程界針對(duì)軟土地基不同的基坑開(kāi)挖深度、場(chǎng)地土質(zhì)及水文狀況、周邊環(huán)境等條件，形成了相對(duì)成熟的圍護(hù)形式、設(shè)計(jì)計(jì)算方法與配套施工技術(shù)，在淺基坑工程中常見(jiàn)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型主要有以下幾種：復(fù)合土釘支護(hù)、水泥土攪拌樁重力式擋墻、鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、鉆孔灌注樁；近年來(lái)還開(kāi)發(fā)了型鋼水泥土攪拌墻（SMW工法）等。這些圍護(hù)結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)范圍，見(jiàn)表1。

從表1中不難發(fā)現(xiàn)，各種類型的圍護(hù)形式在適用條件、施工便捷性、造價(jià)經(jīng)濟(jì)性等方面各有特點(diǎn)，因此需綜合考慮每個(gè)工程項(xiàng)目的規(guī)模、周邊環(huán)境、工程水文地質(zhì)條件等因素對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行合理選型。

2 基坑圍護(hù)方案選型影響因素分析

（a）工程地質(zhì)水文條件[7]。工程地質(zhì)勘察提供的場(chǎng)地土性指標(biāo)、不良地質(zhì)現(xiàn)象、地下水的埋藏條件及滲流特性等有關(guān)參數(shù)，是進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、坑內(nèi)地基加固設(shè)計(jì)、降水設(shè)計(jì)、土方開(kāi)挖等的重要依據(jù)。

（b）周邊環(huán)境條件。在建筑物密集、管線眾多的地區(qū)，環(huán)境保護(hù)是基坑工程的重要任務(wù)之一。了解受影響區(qū)內(nèi)的紅線、道路、市政管線、建（構(gòu)）筑物的詳細(xì)資料，從而合理選擇圍護(hù)寬度，留設(shè)施工空間，確定基坑變形敏感程度，評(píng)估基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境可能產(chǎn)生的影響，為采取針對(duì)性的保護(hù)措施提供依據(jù)。

（c）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[8]。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料是基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)必不可少的依據(jù)，它決定了基坑的挖深、規(guī)模、開(kāi)挖面各區(qū)域的高差情況以及基坑與周邊環(huán)境之間的平面關(guān)系等。

表1 常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較

3 大面積淺基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

在影響基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型的三大主要因素中，工程地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件都是客觀條件，在工程建設(shè)地點(diǎn)確定以后是不可改變的，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是主觀條件，是可以優(yōu)化的。因此在基坑圍護(hù)方案設(shè)計(jì)中除了關(guān)注工程地質(zhì)和周邊環(huán)境條件外，還應(yīng)注重建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。筆者在一些大型住宅小區(qū)基坑圍護(hù)方案設(shè)計(jì)中，通過(guò)與設(shè)計(jì)單位的協(xié)商和溝通，以建筑總體布局優(yōu)化和大型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)降低基坑工程造價(jià)，縮短施工工期，取得了良好效果。

3.1 建筑總體布局優(yōu)化

不少大型住宅小區(qū)傳統(tǒng)的建筑總體布局為利于居民出行，多采用號(hào)房居中、地庫(kù)環(huán)繞周邊的形式。但這種建筑布局存在明顯缺陷：形成基坑的中間淺、周邊深，使基坑圍護(hù)方案只能按照較大挖深選型，導(dǎo)致成本增加，工期延長(zhǎng)。

如上海浦江鎮(zhèn)125-1地塊住宅小區(qū)就采用了這種建筑總體布局，如圖1所示。該工程基坑總面積約7.9 萬(wàn)m2，周長(zhǎng)約1 113 m，總體呈較規(guī)則的正方形?；泳o鄰市政道路，周邊市政管線密集，尤其在臨近基坑?xùn)|北側(cè)分布有一煤氣管線，與基坑邊最近距離僅6 m。盡管居于小區(qū)中央的號(hào)房基坑開(kāi)挖深度只有3.45 m，但是分布在外圍的地庫(kù)區(qū)域的普遍挖深為5.40～5.80 m。經(jīng)過(guò)綜合比選，采用了板式圍護(hù)結(jié)合豎向斜撐的支護(hù)方案，如圖2所示。這樣不但圍護(hù)結(jié)構(gòu)成本比較高，而且地下工程需要分2 期先后施工，施工工期比較長(zhǎng)。

圖1 浦江鎮(zhèn)125-1地塊住宅小區(qū)地下室方案

圖2 浦江鎮(zhèn)125-1地塊基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面

針對(duì)傳統(tǒng)住宅小區(qū)建筑總體布局存在的缺陷，我們?cè)诤罄m(xù)浦江鎮(zhèn)128-2地塊中對(duì)建筑總體布局進(jìn)行了優(yōu)化：即采用地庫(kù)居中、號(hào)房環(huán)繞周邊布置的形式，如圖3所示。這種建筑布局具有明顯優(yōu)勢(shì)：基坑中間深、周邊淺；基坑圍護(hù)方案按周邊號(hào)房較淺的挖深選型即可，圍護(hù)方案選擇范圍大；內(nèi)部地庫(kù)深坑開(kāi)挖時(shí)僅需在高差較大處進(jìn)行局部加固即可，相對(duì)施工成本可大幅度降低、且工期也大大縮短。

圖3 浦江鎮(zhèn)128-2地塊住宅小區(qū)地下室方案

浦江鎮(zhèn)128-2地塊基坑總面積約7.5 萬(wàn)m2，周長(zhǎng)約1 124 m，總體呈較規(guī)則矩形。盡管居于小區(qū)中央的地庫(kù)區(qū)域的開(kāi)挖深度也有5.2 m，但是位于周邊的號(hào)房開(kāi)挖深度只有3 m左右。經(jīng)過(guò)綜合比選，采用了放坡開(kāi)挖結(jié)合輕型井點(diǎn)降水的圍護(hù)方案，其內(nèi)部坑中坑高差區(qū)域則采用土釘墻支護(hù)，不單獨(dú)占用空間，能貼近已有建筑物開(kāi)挖，如圖4所示。相對(duì)浦江鎮(zhèn)125-1地塊，優(yōu)化了建筑總體布局的浦江鎮(zhèn)128-2地塊基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)成本大大降低，施工環(huán)境明顯改善，施工工期顯著縮短。

圖4 浦江鎮(zhèn)128-2地塊基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面

3.2 內(nèi)部高差處結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化

由于功能需求的不同，不少住宅小區(qū)內(nèi)部的號(hào)房地下室和地下車(chē)庫(kù)緊鄰區(qū)域往往存在較大的高差，倘若對(duì)高差處的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式和基坑的圍護(hù)設(shè)計(jì)能統(tǒng)籌考慮，將對(duì)工程經(jīng)濟(jì)合理性的實(shí)現(xiàn)有重要意義?，F(xiàn)以浦江鎮(zhèn)128-3地塊住宅小區(qū)工程實(shí)例解析如下。

浦江鎮(zhèn)128-3地塊住宅小區(qū)項(xiàng)目擬建37 棟小高層、2 棟多層商業(yè)建筑，均為單層地下室，并與地下車(chē)庫(kù)連接成一個(gè)整體。由于地下車(chē)庫(kù)上有覆土要求，其頂板標(biāo)高與小高層地下室頂板有1.8 m左右的高差，另外，地下車(chē)庫(kù)層高為3.6 m，小高層地下室層高為2.8 m，兩者地下室底板也存在2.5 m左右的高差，有較大的錯(cuò)層，使得結(jié)構(gòu)水平力傳遞復(fù)雜。為了在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中尋求合理且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案，我們采用了3 種基礎(chǔ)方案進(jìn)行對(duì)比分析：

方案一，小高層設(shè)置2 層地下室，地下室底板標(biāo)高與地下車(chē)庫(kù)底板標(biāo)高拉齊，此方案施工簡(jiǎn)單，受力合理，傳力明確，但也將帶來(lái)內(nèi)部號(hào)房挖深的增加，導(dǎo)致工程造價(jià)也較高。

方案二，因?yàn)榈叵率翼敯鍩o(wú)法作為小高層的嵌固層，所以將基礎(chǔ)梁做高，以達(dá)到滿足小高層的嵌固要求，此方案結(jié)構(gòu)材料費(fèi)用較省，但要保證小高層的水平力合理傳遞至基礎(chǔ)，使得坑底加固成本較高，另外由于梁高較大，施工也非常麻煩。

方案三，將住宅地下1層的墻體落至地下車(chē)庫(kù)底板標(biāo)高，但結(jié)構(gòu)底板仍在地下1層底標(biāo)高，使得基礎(chǔ)底板與基礎(chǔ)梁錯(cuò)開(kāi)1 層（圖5），此種方案使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，號(hào)房挖深增大，但施工相對(duì)簡(jiǎn)單，且工程造價(jià)較低。

圖5 內(nèi)部高差處基礎(chǔ)方案3示意

綜合考量施工及造價(jià)的影響，本項(xiàng)目最終選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最難的方案3，但大大節(jié)約了工程造價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)于軟土地區(qū)大型住宅小區(qū)基坑工程存在的面積巨大、基礎(chǔ)底板深淺不一、環(huán)境敏感復(fù)雜等特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)適用圍護(hù)類型的優(yōu)缺點(diǎn)及選型影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的研究、分析和歸納，結(jié)合近年來(lái)開(kāi)發(fā)的上海軟土地區(qū)多個(gè)大面積住宅小區(qū)基坑的工程實(shí)踐，針對(duì)性地提出能有效降低項(xiàng)目成本，縮短施工工期的2 個(gè)優(yōu)化措施，可為同類住宅小區(qū)大面積基坑工程的設(shè)計(jì)與施工提供有益的借鑒和參考。