某城區建筑物三級基坑支護設計

陳曉

(上海中星志成建筑設計有限公司，上海200092)

由于城市建設用地的局限性，周邊環境的嚴峻性以及深基坑在開挖過程中所涉及場地地質條件的復雜性和不確定性，城區建筑物基坑工程仍然是一項極具挑戰性、高風險性、高難度的巖土工程技術熱點課題。本文以某城區建筑物三級基坑支護工程為例，詳細闡述該基坑支護設計情況，以供同類工程設計參考。

1 工程概況

某城區建筑物基坑東面為錦馨苑，西側為錦江汽車服務有限公司，北鄰錦江汽車服務有限公司停車場，南面為吳中路，吳中路為本工程基坑圍護施工期間主要的進出市政道路，東側錦馨苑小區14層小高層住宅樓是基坑圍護中周邊環境相對比較復雜的部位，其它部位環境相對比較寬松，圍護施工期間主要控制鄰近吳中路及東側錦馨苑小區14層小高層住宅樓部位的基坑穩定及變形。該基坑總面積約4 855 m2，圍護總長度約281 m，呈梯形，基地范圍內場地比較平整，±0.000=5.100 m，自然地面絕對標高一般約3.6 m，地下室基礎面標高－6.300 m，板厚1.0 m，基坑坑底標高為－7.500 m，開挖深度為6.0 m，局部靠近基坑邊上的集水井落深1.5 m，其對應的落深區基坑開挖深度為7.5 m，基坑南側靠近基坑邊上的電梯井落深1.7 m，其對應的基坑開挖深度分別為7.7 m，基坑中部的電梯井落深1.6 m，集水井落深3.1 m，其對應的基坑開挖深度分別為7.60 m、9.10 m，基坑內的深坑距坑邊距離均超過8 m。基坑地質情況見表1。

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2 圍護體系設計

考慮到基坑場地內第③層灰色淤泥質粉質粘土砂性較重，易產生流砂、管涌等不良地質現象;第④層灰色淤泥質粘土物理力學性能較差，開挖后易發生蠕變變形，處于基坑開挖范圍內及坑底以下位置，厚度較大，是基坑圍護和開挖階段需要重點考慮的軟弱土層;基坑面積較大，地下室施工周期較長，如開挖流程控制不好，開挖后易發生蠕變變形。

坑形狀為梯形，近似長方形，需要可靠的支撐控制基坑的變形等特點以及SMW工法具有防滲性能好、結構強度可靠、對周邊環境影響小、施工周期短、污染少、且H型鋼可以回收，成本相對較低等優點。基坑靠近吳中路及錦馨苑側采用φ850SMW工法圍護，水泥攪拌樁采用φ850@600SMW三軸水泥攪拌機成樁，套接一孔法施工，形成水泥土攪拌墻，確保防滲可靠性。水泥攪拌樁水泥摻量20%，在水泥攪拌樁成樁完成30 min內插入H700×300×13×24型鋼，采用插一跳一的布置形式，即型鋼間距為1200 mm，型鋼插入坑底以下8.4 m。為確保H型鋼的有效插入，水泥攪拌樁較型鋼底落深0.5 m，有效樁長13.8 m。在考慮一道支撐的情況下，圍護樁插入坑底以下深度約為基坑挖深的1.4倍。

基坑西側及北側區域采用φ850@600SMW工法圍護，H700×300×13×24型鋼采用插一跳一的布置形式，即型鋼間距為1200mm，型鋼插入坑底以下7.8m，為確保H型鋼的有效插入，水泥攪拌樁較型鋼底落深0.5 m，有效樁長13.2 m，在考慮一道支撐的情況下，圍護樁插入坑底以下深度約為基坑挖深的1.3倍。

集水井靠邊區域型鋼間距為900 mm。所有坑底落深區周邊均采用雙軸水泥攪拌樁進行加固，同時采用水泥攪拌樁進行封底。為保護周邊環境及控制變形，坑內間隔一定距離設置雙軸水泥攪拌樁暗墩。

混凝土圍檁截面1200 mm×800 mm，混凝土設計強度C30，支撐采用φ609×16鋼管支撐控制圍護樁的變形;支撐立柱采用兩根φ850SMW工法攪拌樁作為立柱承載樁，坑底以上采用H400×400型鋼作為鋼立柱，攪拌樁插入坑底以下不少于15 m，定長12m型鋼作為鋼立柱，型鋼立柱在穿越底板的范圍內需設置止水片;混凝土支撐立柱采用4 L140×14型鋼格構立柱，截面為440mm×440mm，其下設置立柱樁，立柱樁為φ750鉆孔灌注樁，型鋼格構立柱在穿越底板的范圍內需設置止水片。

3 圍護樁計算

圍護樁計算是對圍護體的變形、內力和各項穩定性進行驗算，保證圍護體的安全。基坑圍護體的計算采用規范推薦的豎向彈性地基梁法，圍護樁變形、內力計算和各項穩定性驗算均采用水土分算原則。計算工況為:(1)施工坑內外圍護樁、加固樁及立柱樁;(2)開槽施工混凝土圍檁及鋼支撐;(3)待混凝土圍檁達到設計強度并在施加鋼支撐預應力后，分層開挖至坑底;(4)澆筑快硬混凝土墊層;(5)待墊層達到設計強度的80%以后，進行電梯井、集水井等局部落深區的開挖;(6)澆筑混凝土底板及傳力帶;(7)待底板及傳力帶達到設計強度的80%后，結合監測情況拆除支撐。計算模型見圖1～圖4，計算結果見表2。

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圖1 圍護結構計算

4 結論

考慮某城區建筑物基坑工程開挖面積大，地質條件較差，周圍環境保護要求高等特點，該基坑支護設計采用了SMW工法圍護體系;施工中基坑施工管線垂直、水平位移，建筑物沉降，圍護墻體測斜，圍護頂垂直、水平位移，立柱垂直位移，坑外水位，坑外地表土體位移，支撐軸力等監測結果及竣工后跟蹤觀測結果表明，該基坑支護設計是合理的，可供同類工程設計參考。

圖2 整體穩定性計算

圖3 基底抗隆起驗算

圖4 抗管涌驗算

［1］夏明耀，曾進倫．地下工程設計施工手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，1999

［2］劉建航，侯學淵．基坑工程手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，1997

［3］楊國祥．大型超深基坑工程信息化施工研究－上海外環隧道的浦西基坑工程［J］．巖土工程學報，2003，25(4):483－487