緊鄰建筑物某深基坑支護設計與評價

李凌峰 劉煥存 魏海濤

（中航勘察設計研究院有限公司，北京 100098）

0 引言

近年來，隨著我國城市建設迅猛發(fā)展，各大中城市建設用地突顯緊張，基坑設計受周邊環(huán)境條件制約明顯?；泳嚯x周邊建（構）筑物距離越來越近，如何有效解決這一問題已成為了基坑設計的難點[1]。

一般擬建建筑距離已建建筑較近情況下，規(guī)劃期間會提前征求基坑設計單位意見，考慮預留支護空間，盡可能采用成熟、主流工藝。但是在地下空間極其緊張，留給支護結構極小空間的現(xiàn)象也不可避免，針對此問題，業(yè)界前輩們也根據(jù)既有建筑變形要求及與基坑距離，采取了多種不同的支護與止水型式，并均取得了較好的效果。本文總結了北京某基坑局部距離既有建筑僅約26 cm且基坑側壁土層止水的處理措施，以供類似工程參考。

1 工程概況

擬建工程為地下3層，地上15層單體建筑?；由疃?6.3～16.5 m（局部集水坑位置16.75 m），基坑長約52.5 m，寬約62.0 m。基坑支護設計采用北京地區(qū)常用的灌注樁+錨索結構體系[2]。其中基坑西側既有建筑東南側獨立基礎距離待施建筑結構外墻最小距離僅約26 cm，傳統(tǒng)樁錨支護難以實施，故需要考慮進行特殊處理措施?；泳唧w位置及與已建建筑相對關系如圖1。

其中既有建筑為八層框架結構，基礎形式為獨立柱基，無地下室，基礎埋深為2.0 m。且該建筑為20世紀50年代建造，對變形要求極為嚴格。

2 場地工程地質(zhì)情況

圖1 已建建筑與基坑相對關系平面圖

場地按沉積年代及工程性質(zhì)分為人工堆積層及一般第四紀沉積層，基坑支護影響深度范圍內(nèi)主要由黏性土及粉細砂組成。土層主要設計參數(shù)如表1所示。

表1 基坑圍護設計主要參數(shù)一覽表

基坑深度范圍內(nèi)存在一層地下水，主要含水層為黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土②層、粉質(zhì)黏土②1層。地層及水位見圖2。

圖2 地層及水位剖面示意圖

3 緊鄰建筑物區(qū)域支護及止水方式機理分析

3.1 支護結構

由于需處理區(qū)域距離已建建筑獨立基礎最小距離僅為26 cm，滿足鉆孔灌注樁施工要求前提下獨立基礎兩側護坡樁凈距約3 m，經(jīng)計算不能滿足建筑物變形及基坑穩(wěn)定性要求，故需對該3 m范圍內(nèi)土體進行加固處理。綜合考慮以上工程難點，加固方案選用復合鋼管樁體系。支護體系中鋼管排樁與錨桿/錨索組成拉錨式結構，鋼管樁通過樁頂冠梁、嵌固段鋼管、中部錨桿/錨索均勻分配了土壓力產(chǎn)生彎矩作用，分段對基坑側壁變形進行控制[3]，位移控制如圖3所示。

圖3 鋼管樁支護位移示意圖

3.2 止水結構

傳統(tǒng)旋噴樁、攪拌樁止水帷幕[4-5]，受空間限制難以施工，且大壓力切削、攪拌土體會造成獨立基礎下持力層土體的擾動，從而引起已建建筑變形開裂?？紤]到以上問題，本工程采用了高壓注漿的方式，此前注漿止水方式在殘積土層、風化和未風化基巖層中已經(jīng)有成功應用案例[6]。針對該工程預留止水結構空間過小情況，注漿孔布置在肥槽區(qū)域，利用壓力注漿對注漿孔一定范圍內(nèi)土層的有效影響，降低該范圍樁間土一定厚度土層的滲透系數(shù)從而起到止水的作用。

為驗證注漿對土體的影響，對場地注漿后土體進行現(xiàn)場抽樣試驗，所得試驗結果如表2。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)顯示，注漿后的土體滲透系數(shù)雖然略大于相對隔水層要求0.001 m/d，但相較與注漿前土體滲透系數(shù)大幅度減小，注漿后土體滲透性基本能夠滿足止水要求。黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土②層注漿后滲透系數(shù)從0.1 m/d降低至0.001～0.0015 m/d，粉質(zhì)黏土②1層注漿后滲透系數(shù)從0.02 m/d降低至0.002～0.003 m/d，粉土止水效果好于黏性土，這是由于粉粒粒徑大于黏粒，孔隙率較大，且粉粒間無膠結作用，容易被擾動，注漿效果要好于黏性土。試驗證明注漿方式可以有效的降低土體的滲透性，能夠起到止水作用。

表2 土層注漿前后滲透系數(shù)統(tǒng)計表

4 基坑支護方案設計

基坑一般區(qū)域采用灌注樁+3道錨索支護型式，灌注樁樁徑0.8 m，間隔1.6 m布置，根據(jù)計算滿足穩(wěn)定性要求樁長取用22.5 m，三道錨索長度分別為23 m、25 m、27 m。止水帷幕采用高壓旋噴樁型式，樁徑0.8 m，間距0.5 m，咬合0.3 m，護坡樁樁間布置，具體支護型式如圖4所示。

圖4 一般區(qū)域支護結構剖面圖（單位：mm）

基坑西北側距離既有建筑物最小距離為26 cm，在樁間間距300 mm設置φ108注漿鋼管樁，并沿豎向間隔1.5 m設置短錨索及短鋼管土釘。同時控制錨索及土釘注漿壓力及注漿量，避免由于注漿壓力過大造成地表的隆起。鋼管樁直徑150 mm，鋼管采用φ108 mm×4 mm型號無縫鋼管，并間隔500 mm全長開孔，孔頂部1 m范圍采用水泥土進行封孔。注漿壓力為0.8～1.0 MPa，灌注水泥漿水灰比為0.6～1.0 MPa。

具體支護方式如圖5。

圖5 支護結構剖面圖（單位：mm）

止水注漿孔布置在肥槽區(qū)域，距離基坑內(nèi)邊線100 mm布置，注漿孔間距300 mm，采用袖閥管分段注漿方式[7]。注漿體采用跳打方式施工，相鄰注漿體間隔施工時間不少于24 h。注漿壓力為1.0～1.5 MPa。水泥漿水灰質(zhì)量比為0.8～1.0，每米注漿量為0.04～0.06 m3。套殼料采用低強度水泥黏土漿，漿液配比為m（水泥）：m（黏土）=1.2～1.3，m（干料）：m（水）=1：1～1：1.5。

具體注漿孔布置方式如圖6、圖7所示。

圖6 止水設計平面圖

圖7 止水設計剖面圖

5 緊鄰建筑區(qū)域支護及止水效果評價

基坑開挖后，雖肥槽內(nèi)部分注漿體已被挖除，但需處理區(qū)域基坑側壁土體表層一定厚度內(nèi)受水泥漿影響明顯，開挖過程中未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，處理后效果如圖8，證明注漿止水方式達到了預期效果。

圖8 注漿止水效果圖

為了更為直觀地評價支護結構的有效性，對施工過程中從基坑開挖至結構底板澆筑完成基坑達穩(wěn)定狀態(tài)階段的基坑頂部豎向沉降、水平位移及支護結構深部水平位移監(jiān)測結果進行統(tǒng)計分析，結果如圖9—圖11所示。

圖9 坡頂豎向位移曲線圖

圖10 坡頂水平位移曲線圖

圖11 支護結構深度水平位移包絡圖

根據(jù)圖9、圖10可知，樁頂部豎向位移、水平位移均呈曲線變化，但無明顯峰值，均維持在10 mm以內(nèi)，遠小于基坑及坡頂建筑的變形要求，說明支護結構對基坑頂起到了一定的約束作用，能夠保證基坑及坑頂建筑物的安全。

圖11可知，支護結構基坑深度范圍內(nèi)變形在5 mm以內(nèi)，而且根據(jù)位移曲線圖可以看出支護結構深度范圍內(nèi)每一次位移的增加都被有效措施控制，證明錨索及錨桿的設置明顯控制了基坑變形，解決了鋼管樁剛度小而造成的變形大的問題[8]。

以上數(shù)據(jù)顯示，支護形式經(jīng)受住了實踐考驗，方案是合理、可行的。

6 結論

（1）“鋼管樁+錨桿/錨索”支護結構可以有效的解決基坑局部支護空間小、控制變形嚴格的問題。

（2）在鋼管樁支護結構中，采用間隔設置錨桿/錨索的方式可有效的解決鋼管樁剛度小而造成的支護體深部位移過大問題。

（3）對于空間過小而難以滿足高壓旋噴樁或攪拌樁等主流止水結構施工的情況，可采用高壓注漿方式。注漿工藝對注漿孔一定范圍內(nèi)土體均有加固作用，將影響范圍內(nèi)的土體顆?？紫短畛渌酀{液，從而降低土體滲透系數(shù)。本文分析了該場地狀態(tài)下的粉土、粉質(zhì)黏土加固止水效果，可作為類似工程參考。但針對不同土體性質(zhì)，止水設計相關參數(shù)還需由現(xiàn)場試驗確定。