軟土地區(qū)鄰近大直徑原水管的深基坑支護(hù)變形控制

陳 皞 （中建港務(wù)建設(shè)有限公司，上海 200433）

1 概況

1.1 工程概況

上海市某商品住宅擴(kuò)建工程位于松江區(qū)九亭鎮(zhèn)，由3幢18層住宅樓及2層地下車庫(kù)組成，主體結(jié)構(gòu)采用剪力墻結(jié)合樁筏基礎(chǔ)的形式。基坑形狀呈規(guī)則L型，圍護(hù)周長(zhǎng)約450m，開(kāi)挖面積約7135m2。普遍區(qū)域開(kāi)挖深度10.50m，集水井、電梯井等局部落深1.25～2.65m。

1.2 周邊環(huán)境

工程場(chǎng)地東側(cè)北段為項(xiàng)目6-4期規(guī)劃用地，基坑開(kāi)挖邊線距離2、4期分界線最近約1.5m，分界線外分布有一條市政道路，道路外為多棟待拆遷兩層住宅樓（淺基礎(chǔ)），距離邊線最近約14.5m；東側(cè)南段緊鄰九亭公交站，距離邊線最近處約2.5m；南側(cè)鄰近一條直徑1.4m的原水管，埋深約5.9m，距離開(kāi)挖邊線約5.0m～8.0m；西側(cè)為6-2期用地，已建成地上2～3層聯(lián)排別墅（樁基），距離開(kāi)挖邊線最近約6.8m；北側(cè)鄰近港欣小區(qū)6層住宅樓（淺基礎(chǔ)），距離開(kāi)挖邊線最近約10.8m。基坑周邊緊鄰建（構(gòu)）筑物、道路及市政管線，環(huán)境保護(hù)要求相對(duì)較高，尤其是對(duì)南側(cè)原水管線以及北側(cè)6層住宅樓的保護(hù)。場(chǎng)地周邊環(huán)境如圖1所示。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

圖1 周邊環(huán)境圖

2.1 工程地質(zhì)

工程場(chǎng)地地貌類型屬濱海平原，地基土屬軟弱場(chǎng)地土，基坑開(kāi)挖深度影響范圍內(nèi)土層以粘性土、粉性土和砂土為主。第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層具有高壓縮性、高觸變及流變特性，土層力學(xué)性質(zhì)差，并且厚度達(dá)到12.0m。場(chǎng)地土的物理力學(xué)指標(biāo)如表1 所示。

場(chǎng)地土的物理力學(xué)指標(biāo) 表1

2.2 水文地質(zhì)

本場(chǎng)地的地下潛水主要接受大氣降水的豎向入滲補(bǔ)給，水位隨季節(jié)變化而變化，水位埋深為1.0～2.0m。圍護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，地下水位按室外自然地坪下0.5m進(jìn)行選取。另外，場(chǎng)地內(nèi)⑦層為微承壓含水層，易產(chǎn)生流砂、管涌等不良地質(zhì)條件。本基坑主要開(kāi)挖深度為10.5m，按最不利考慮C7孔第⑦層層面埋深28.0m，承壓含水層埋深水頭按照3.0m計(jì)算，根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《巖土工程勘察規(guī)范》（DGJ08-37-2012） 第 12.3.3 條 驗(yàn) 算：PCZ/PWY=（5.48 ×17.8+5 ×17.4+5 ×18.0+2.02 ×19.4）/[（28.0-3.0）×10.0]=1.26＞1.05，不存在承壓水突涌問(wèn)題。

3 基坑工程設(shè)計(jì)

3.1 總體方案設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是個(gè)系統(tǒng)工程，在保證受力合理的同時(shí)需盡可能達(dá)到施工方便、工期節(jié)省的要求。本基坑鄰近已有建（構(gòu)）筑物及市政管線。在保證基坑安全的前提下，變形控制為本工程總體方案的主要準(zhǔn)則。根據(jù)基坑開(kāi)挖深度及規(guī)模，結(jié)合周邊環(huán)境、地質(zhì)條件等，從安全、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，結(jié)合施工工藝、施工周期等因素，本工程采用鉆孔灌注樁結(jié)合混凝土水平支撐的支護(hù)形式，排樁外側(cè)采用水泥土攪拌樁止水。鉆孔灌注樁排樁具有側(cè)向剛度大，抵抗變形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能盡可能的減小對(duì)周邊重要保護(hù)建（構(gòu)）筑物的影響。

基坑南側(cè)近原水管區(qū)域，設(shè)計(jì)從以下幾點(diǎn)考慮。

①會(huì)同業(yè)主及結(jié)構(gòu)協(xié)商主體結(jié)構(gòu)邊線距原水管后退1.5m；②以環(huán)境保護(hù)等級(jí)一級(jí)控制該側(cè)變形；③增大原水管側(cè)圍護(hù)樁樁徑和樁長(zhǎng)；④增設(shè)一排止水?dāng)嚢铇叮虎莼幽蟼?cè)采用裙邊加固，加固體加寬加長(zhǎng)；⑥支撐以對(duì)撐為主。

圖2 圍護(hù)剖面圖

一般區(qū)域位移采用Φ900@1100鉆孔灌注樁，基坑北側(cè)鄰近6層住宅樓區(qū)域采用Φ950@1150鉆孔灌注樁，基坑南側(cè)緊鄰原水管區(qū)域采用Φ1000@1200鉆孔灌注樁，有效樁長(zhǎng)21.5m～24.0m，三軸水泥土攪拌樁止水帷幕有效樁長(zhǎng)17.5m/18.5m，可滿足強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性要求。圍護(hù)剖面圖如圖2所示。

3.2 支撐體系

基坑規(guī)模較大，開(kāi)挖較深，且環(huán)境保護(hù)要求較高，對(duì)支撐的安全性、穩(wěn)定性提出了較高的要求。結(jié)合基坑形狀，支撐體系采用“角撐+對(duì)撐+邊桁架”的平面布置形式。該形式安全可靠，經(jīng)濟(jì)性較好，且有較大的出土空間，便于施工。基坑南北向跨度較大，東側(cè)北段以及北側(cè)東段設(shè)有場(chǎng)地出入口。支撐平面布置圖如圖3所示，陰影區(qū)域?yàn)闂騾^(qū)域，以滿足挖土機(jī)、運(yùn)土車、混凝土泵車、運(yùn)輸車等施工設(shè)備運(yùn)作，也可作為施工堆場(chǎng)，以解決場(chǎng)地狹小用地空間的問(wèn)題。

圖3 支撐平面布置圖

3.3 降水設(shè)計(jì)

本工程坑底位于③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中，開(kāi)挖深度影響范圍內(nèi)土層含水量較大，處于飽和狀態(tài)，需有一定時(shí)段的預(yù)降水方可保證土體達(dá)到基坑開(kāi)挖要求。本降水設(shè)計(jì)采用真空管井進(jìn)行疏干及深層降水。

4 環(huán)境影響分析

工程南側(cè)緊鄰直徑為1.4m的原水管，北側(cè)鄰近6層住宅樓，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，易受到開(kāi)挖引起土體位移產(chǎn)生的附加內(nèi)力與變形。因此，為確保建（構(gòu)）筑物的安全，對(duì)建（構(gòu)）筑物在基坑開(kāi)挖工況下位移變化分析具有重要意義。

4.1 計(jì)算模型及工況模擬

采用平面應(yīng)變有限元法，土體本構(gòu)模型采用摩爾-庫(kù)倫模型，采用15節(jié)點(diǎn)三角形單元模擬；圍護(hù)樁采用梁?jiǎn)卧尾捎命c(diǎn)錨式桿件單元模擬；結(jié)構(gòu)與土體的相互作用采用接觸面來(lái)模擬。豎直向影響深度一般≥2H（H為基坑開(kāi)挖深度），本模型取為地表以下40m；水平向影響范圍一般大于≥3H，本模型水平向距離取為距基坑邊為60m。左右兩側(cè)邊界約束水平位移，底邊界約束水平和豎向位移。土體參數(shù)根據(jù)巖土工程勘察資料和類似工程取值。圍護(hù)樁的計(jì)算參數(shù)根據(jù)實(shí)際選取，支撐計(jì)算參數(shù)抗壓剛度根據(jù)混凝土支撐的實(shí)際剛度計(jì)算。北側(cè)住宅樓區(qū)域以及南側(cè)原水管區(qū)域的計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分如圖4、圖5所示。

對(duì)基坑開(kāi)挖各施工工況進(jìn)行模擬，分析整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的整體變形情況。

①計(jì)算初始地應(yīng)力場(chǎng)；

②施工圍護(hù)樁、施加地面超載；

③降水至基底以下0.5m；

④開(kāi)挖第一層土至第一道支撐底面；

⑤施工第一道支撐，后開(kāi)挖土層至第二道支撐底面；

⑥施工第二道支撐，后開(kāi)挖土層至坑底；

⑦施工底板，后拆除第二道支撐；

⑧施工地下一層樓板，后拆除第一道支撐；

圖4 計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分圖（6層住宅樓）

圖5 計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分圖（原水管）

4.2 數(shù)值計(jì)算分析

圖6、圖7分別為第二道支撐施工完成后開(kāi)挖至坑底時(shí)北側(cè)住宅樓區(qū)域與南側(cè)原水管區(qū)域的水平位移圖，該工況為開(kāi)挖過(guò)程最不利工況。圖中橙色區(qū)域顯示水平位移值較大區(qū)域，可以看出該區(qū)域主要分布在坑底附近。圖8、圖9為南北兩側(cè)建筑物樁身水平位移變化圖。具體數(shù)值見(jiàn)表2。

圖6 水平位移云圖（6層住宅樓）

圖7 水平位移云圖 （原水管）

圖8 建筑物樁身水平位移變化圖（6層住宅樓）

圖9 建筑物樁身水平位移變化圖（原水管）

計(jì)算結(jié)果匯總 表2

通過(guò)數(shù)值模擬手段的分析，可見(jiàn)圍護(hù)樁的水平變形越大，導(dǎo)致的建（構(gòu)）筑物的變形也越大。該工程基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近住宅樓以及原水管有一定的影響，但變形仍處于工程允許的范圍內(nèi)。及科學(xué)的信息化監(jiān)測(cè)，是保證工程順利進(jìn)行的重要因素，降低攪拌樁的施工速率，降低攪拌樁下沉抬升速率，合理定制土方分區(qū)分塊分層開(kāi)挖組織設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

上海市某商品住宅擴(kuò)建工程基坑規(guī)模較大，開(kāi)挖深度較深，且周邊環(huán)境較為復(fù)雜。通過(guò)選取合理的支護(hù)方式和受力良好的支撐布置形式，可以保證基坑在開(kāi)挖期間的安全性及周邊環(huán)境的變形控制要求。

通過(guò)數(shù)值模擬手段的分析，可以發(fā)現(xiàn)控制圍護(hù)墻的側(cè)向變形可間接減少基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑的影響，將變形控制在工程允許的范圍內(nèi)。

基坑施工期間嚴(yán)格的施工工藝、合理施工工序以