張麗麗
上海市建工設(shè)計研究總院有限公司 上海 200235
隨著當(dāng)前城市地下空間的開發(fā),基坑工程正向著大規(guī)模、大深度發(fā)展,由此帶來的基坑圍護(hù)體系也越來越復(fù)雜,單一的圍護(hù)形式不足以滿足基坑工程施工對安全、經(jīng)濟(jì)以及工期進(jìn)度等的需求。因此,針對不同的周邊環(huán)境進(jìn)行區(qū)別對待,采用多種組合式圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系[1-2],才是經(jīng)濟(jì)合理的選擇。
以湖南某一棚戶區(qū)改造項目基坑工程為例,介紹了在基坑圍護(hù)設(shè)計過程中,針對不同的周邊環(huán)境采取的不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并根據(jù)現(xiàn)場情況評價其實施效果,以期為類似工程施工提供參考。
本項目位于湖南省永州市冷水灘區(qū),中興路與湘江東路交會處東北角,永州市政府南側(cè)。該項目包括6棟17~33層住宅和1棟2~5層商業(yè)配套用房及2層地下室?;有螤畈灰?guī)則,開挖面積約39 800 m2,周長約886 m(東西向長約280 m,南北向?qū)捈s175 m)。至大地庫基礎(chǔ)承臺底挖深9.70 m,至坑邊號樓基礎(chǔ)梁底挖深10.2 m。地庫集水井相對地庫底板落深1.30 m,號樓內(nèi)集水井、電梯井等落深2.00~3.40 m。
因基坑大面積挖深9.70 m,根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定,基坑安全等級為二級。
本項目北側(cè)為永州市人民政府及已建建筑,東側(cè)為市政府宿舍區(qū)及在建民房,南側(cè)為市政道路中興路,西側(cè)為市政道路湘江東路。
東側(cè)環(huán)境詳述如下:東側(cè)北段為市政府宿舍區(qū)6層建筑,樁基礎(chǔ),開挖邊線距用地紅線最近6.71 m,紅線外最近5.68 m即為市政府宿舍區(qū)建筑(位于1倍基坑挖深范圍以內(nèi))。東側(cè)南段為在建5層民用建筑,樁基+承臺基礎(chǔ),φ400 mm長螺旋鉆孔灌注樁,樁長約14.00 m,開挖邊線距用地紅線最近4.84 m,紅線外最近2.50 m即為民用建筑(位于1倍基坑挖深范圍以內(nèi))。
綜上,本基坑位于市政府大樓前,其重點保護(hù)對象為東側(cè)已建市政府宿舍樓與在建民房、南側(cè)及西側(cè)市政管線等。
1.3.1 地層情況
擬建場地地貌屬湘江Ⅱ級階地沖洪積地貌。場地原為居民區(qū),現(xiàn)已拆遷平整。各勘探孔地面絕對高程在96.79~103.51 m之間,相對高差約為7.00 m。
本基坑開挖深度范圍內(nèi)涉及的地層主要有①1路面基礎(chǔ)、①人工填土、②粉質(zhì)黏土、③粉土、④卵石、⑤強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖等,基底主要位于④層。
1.3.2 地下水分布情況
擬建場地地下水主要為松散巖類孔隙水,主要賦存于④層中,具承壓性,水量豐富。地下水主要接受大氣降水和湘江側(cè)向補(bǔ)給,以側(cè)向補(bǔ)給鄰區(qū)、蒸發(fā)、民井等形式徑流、排泄。水位隨季節(jié)性變化較大??辈鞙y得其穩(wěn)定水位埋深為0.25~6.72 m,相當(dāng)于絕對高程96.408~97.960 m,水位年變化幅度為2~3 m。
此外,強(qiáng)-中風(fēng)化基巖風(fēng)化裂隙中可能存在基巖裂隙水,多具承壓性,主要由第四系層中的地下水、區(qū)域地下水通過上覆土層、巖層裂隙下滲補(bǔ)給,其水量大小受巖體內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育程度、連通性影響,未形成連續(xù)水位面,地下水賦存不均一。
1)基坑開挖深度較深(大面積開挖深度8.9~10.2 m),開挖面積較大(約4.0萬 m2)。
2)基坑北側(cè)為市政府大樓,基坑?xùn)|側(cè)為已建市政府宿舍區(qū)和民用建筑(在1倍的開挖深度范圍內(nèi)),西側(cè)和南側(cè)為市政道路和管線(在1~2倍的開挖深度范圍內(nèi)),對位移要求嚴(yán)格,總體保護(hù)要求較高。
3)場地內(nèi)①層狀態(tài)松散,組成較雜,基礎(chǔ)開挖時需清除?;娱_挖的坑底為滲透性系數(shù)較大的粉土、卵石層,圍護(hù)設(shè)計需采取合理的止水和坑內(nèi)降水措施[3-5]。
2.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型分析
基坑西北、東北及東南三側(cè)基坑挖深9.70~10.20 m,用地紅線與基坑邊線距離5.50~9.40 m,坑外為道路或建筑,結(jié)合基坑形狀,采用φ1 000 mm灌注樁+鋼筋混凝土角撐進(jìn)行支護(hù),灌注樁間距1 400 mm,有效樁長16.0 m,樁底進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖至少0.5 m。
東側(cè)中段坑外約4.8 m為在建6層民房[6-7],基礎(chǔ)形式為φ400 mm長螺旋鉆孔灌注樁。為控制民房變形,常規(guī)做法為灌注樁+鋼筋混凝土對撐,但本基坑形狀不規(guī)則,東西向長約280 m,支撐下須設(shè)置較多立柱樁,工期長且造價高。通過與業(yè)主及施工單位溝通,結(jié)合現(xiàn)場實際情況及當(dāng)?shù)氐貙犹攸c,采用雙排灌注樁門架+坑內(nèi)鋼斜撐的支護(hù)形式。一般斜拋撐為直接撐在先期澆筑的底板上,考慮本項目環(huán)境的特殊性及斜撐下土方開挖的方便性,設(shè)計將斜拋撐撐至先期施工的結(jié)構(gòu)柱及樓板上。雙排樁采用φ1 000 mm灌注樁,間距1 400 mm,排距3 000 mm,有效樁長16.0 m。
基坑其余部位距離紅線較遠(yuǎn),坑外為道路或空地,采用φ1 000 mm灌注樁+2道預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式。灌注樁間距1 400 mm,有效樁長16.0 m;錨索長度18.0~25.0 m,成孔直徑150 mm,傾角30°,水平間距2.80 m,豎向間距3.90 m,采用3φ15.2 mm的1×7高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。
2.2.2 止水帷幕選型分析
考慮湖南當(dāng)?shù)厮奶攸c,場地內(nèi)④層土含水量豐富,設(shè)計采用長16.0 m的φ1 000 mm高壓旋噴樁進(jìn)行灌注樁樁間止水,同時灌注樁進(jìn)入⑤層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖不少于0.5 m,樁端2.0 m為素混凝土段,與高壓旋噴樁底標(biāo)高一致,樁長為16.0 m,保證止水的連續(xù)性與有效性。
為減小基坑開挖對民房的不利影響,考慮基坑開挖的時空效應(yīng),分2區(qū)先后施工(圖1),先進(jìn)行1區(qū)土方開挖,待1區(qū)樓板、結(jié)構(gòu)柱施工完成且架設(shè)好鋼斜撐后,再開挖2區(qū)[8]。
圖1 東側(cè)民房處基坑分區(qū)示意
施工順序為:施工灌注樁、高壓旋噴樁等→采用深井降水,降至基底下0.5~1.0 m→開挖第1皮土方,施工鋼筋混凝土圈梁及連梁,養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%后進(jìn)行下一層土方開挖→坑內(nèi)留土放坡至斜拋撐撐角部位,施工斜撐撐角以西的底板→先期施工的底板區(qū)域繼續(xù)向上施工至B1板(-5.90 m)標(biāo)高處,完成B1板及混凝土牛腿的施工→待B1板及混凝土牛腿達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%后,架設(shè)φ609 mm×16 mm鋼管斜撐→開挖斜撐下坑邊預(yù)留土坡→施工斜拋撐區(qū)域墊層、底板及傳力帶1→繼續(xù)向上施工地下室外墻、柱、中樓板和傳力帶2,并與先施工區(qū)域的樓板連成整體→待中板和傳力帶2混凝土達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后,拆除斜拋撐→施工地下室結(jié)構(gòu)至±0 m。
考慮到分析問題的合理性和計算速度,采用巖土工程專業(yè)二維平面應(yīng)變有限元模型進(jìn)行基坑開挖過程的有限元數(shù)值模擬[9-10]。
在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析過程中,對不同分析對象采用不同的單元類型和本構(gòu)關(guān)系,詳見表1,由于基坑周邊行走土方車輛,采用均布面荷載來模擬基坑周邊超載,荷載為20 kPa。
表1 分析單元類型與本構(gòu)模型
有限元分析結(jié)果顯示,基坑圍護(hù)墻側(cè)向變形值23.9 mm,引起的地面沉降為13.5 mm(表2),根據(jù)GB 50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移限值為30 mm,地面沉降限值為25 mm,基坑開挖安全性得到了保證。
表2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算變形值
基坑距民房基礎(chǔ)邊線最近4.8 m(位于2倍基坑挖深范圍以內(nèi)),由于開挖引起的民房水平與豎向變形均在20 mm以內(nèi),整體最大傾斜在0.3%以內(nèi),基坑開挖對民房的影響可控。
根據(jù)最終監(jiān)測數(shù)據(jù),圍護(hù)墻體最大深層水平位移為22.5 mm,民房沉降累計值為12.5 mm,符合民房保護(hù)要求,達(dá)到了預(yù)期的保護(hù)目標(biāo)。
以湖南永州某鄰近市政府大樓及在建民房的深基坑為背景,圍護(hù)設(shè)計選用了樁+錨、樁+混凝土支撐(局部斜拋撐)的多種組合支護(hù)形式。經(jīng)實施,本工程較好地確保了基坑?xùn)|側(cè)民房建筑的結(jié)構(gòu)安全,且保證了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。主要結(jié)論如下:
1)在緊鄰保護(hù)建筑的場地內(nèi)進(jìn)行基坑施工,應(yīng)提前對已有建筑進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研,收集了解其結(jié)構(gòu)形式及變形控制要求等,制訂相應(yīng)的保護(hù)措施。
2)通過前期策劃和溝通,針對不同的周邊環(huán)境,結(jié)合基坑自身形狀,從圍護(hù)源頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,使得圍護(hù)設(shè)計本身適用于本工程,且滿足了業(yè)主對施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益的需求。
3)本工程施工工序與設(shè)計相符合,保證了基坑開挖施工的安全性,保護(hù)了周邊環(huán)境,可為今后類似工程項目的實施提供一定的參考。