復雜環境下大面積基坑開挖支護技術研究

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京 101400）

基坑工程涉及土力學中強度、變形、穩定性及巖土與支護的相互作用等問題，是一個綜合性的巖土工程難題[1～3]。在當前的城市布局中，城市道路、建筑、管線等分布集中，基坑的開挖伴隨著管線保護、周邊建筑物保護等問題[4]。而施工現場往往不具備大面積放坡支護，因此，如何在有限的空間內，在保證基坑的穩定性的前提下，盡量減少對周邊環境的擾動，成為業內的熱點問題之一[5]。

1 工程概況

宜春市東方紅小區（C21）建設工程項目位于江西省宜春市，其基坑周長約950m，開挖面積約54 621m2，為不規則多邊形，開挖深度4.50～5.30m，基坑內部局部高差0.8m。基坑位置及平面形狀見圖1。

圖1 基坑位置及平面形狀示意圖

擬建場地根據鉆探揭露，按其成因類型及地層時代，地層可分為第四系全新統人工填土層Q4ml、第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）、第四系中更新統坡洪積層（Q4dl+pl）、二疊系下統茅口組（P1m）。中等風化灰巖呈無規律隨機分布。基坑范圍內地下水類型主要為3 種類型，分別是上層滯水、松散巖類孔隙水和巖溶裂隙水。

結合現場踏勘結果，自地下室邊線至3 倍基坑開挖深度范圍內，場地東側道路為平安東路，城市次干道，路寬10m，道路兩側分布雨水、污水管網，污水管管徑500mm，距地下室邊線10.5m，雨水管管徑800～1 500mm，距離擬建地下室邊線20.5m。管線埋深2.5～3.9m。場地西側為在建磡上小區。場地北側道路為袁州大道（宜新路），城市主干道，道路寬42.0m。道路路緣石距離擬建地下室邊線10.40m。袁州大道道路兩側路面下埋設雨水、污水管網。污水管管徑500mm，距離擬建地下室邊線13.8m，雨水管管徑1 500mm，距離擬建地下室邊線17.0～18.0m，管線埋深3.7～4.5m，沿擬建場地圍墻分布電力電纜，距離擬建地下室邊線4.0～5.0m，埋深約2.5m。

2 工程難點分析

1）本工程基坑局部開挖深度較大 最大開挖深度達5.3m，屬深基坑二級危險源[6]，支護結構本身的穩定性及強度要求較高。

2）環境保護要求高 擬建場地東、南、北側周邊管線距離較近。管線較多，支護難度較大。

3）基坑開挖深度 影響深度內主要有孔隙潛水，賦存在卵石層中的第四系孔隙水，距坑底較近，對基坑開挖影響較大[7]。

3 基坑開挖支護方案研究

3.1 方案設計原則

基坑施工，不僅要確保基坑的開挖支護安全以及周邊構建筑物、管線的安全，還要考慮施工便利性及經濟型及工期，如何在業主規定的工期內，保質保量地完成工程，同時還要提高工程的經濟性，是一個完整的系統工程。

因此，在設計時，要根據工程的客觀條件，采用合適的支護形式，完成對基坑的開挖與支護。設計原則如下。

1）安全可靠 安全是前提，必須保證。

2）技術可行 安全可靠的技術措施有多種，但在實際工程中，要根據工程的特點，因地制宜、因人制宜、因材制宜，采用成熟的技術措施，保證工程的質量。

3）經濟合理、方便施工 基坑開挖不僅需要考慮安全可靠，技術可行，同時也要考慮經濟性、便利性，因從整個工程建設的角度出發，綜合各方面因素，物盡其用，人盡其才，綜合各種因素，擇優而定。

3.2 方案比選

通過綜合考慮本工程的特點，并根據業主的具體要求，本著“安全可靠，經濟合理，技術可行，方便施工”的原則，經過細致分析、計算和方案比較，本基坑分段設計方案確定如下。

1）圍護結構 根據基坑開挖深度、工程地質以及周圍環境條件，結合地區基坑支護經驗，可選擇的圍護結構有：排樁、SMW 工法樁、土釘墻，比選結果如表1 所示。

表1 維護結構比選表

2）地下水控制系統 本工程基坑開挖深度最大5.3m，地下水位高于基坑底、水位降深約2～3m，如采取密閉止水帷幕，造價太高不經濟。由于基坑揭露含水層主要為卵石層，地下水位降低對該土層沉降影響較小。故可以不考慮密閉止水帷幕。但由于地下水為高于基坑底，可采用管徑降水降低基坑內地下水位，保證土方開挖時坑底干燥。另外需在坑內、坑頂設置排水溝，組織地表水。

3）支護方案比選結果 經過上述比選，結果如下：①本工程北側東側、南側段支護深度4.50～5.30m，采用“單排懸臂排樁”支護；②本工程南側西側段支護深度4.50m，周邊環境簡單，經技術、經濟對比，該段采用“土釘墻”支護；③地下水控制系統：坑內采用管井井點降水，另外坑頂、坑底設置排水溝組織地表明水。

4 基坑支護結構設計

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012)有關規定，本基坑采用理正基坑支護設計軟件F-SPW7.0 進行設計計算。

4.1 “單排懸臂排樁”支護結構設計

圖2 基坑計算模型示意圖（單位：m）

根據已往工程經驗，“懸臂排樁支護”參數擬采用前后排樁徑0.9m，樁間距1.2m，排樁頂設置冠梁，尺寸1.0m×0.8m。取基坑開挖深度最大處（5.3m）進行設計驗算（圖2）。土層具體參數如表2 所示。

表2 土層參數表

根據理正基坑支護設計軟件計算結果，對基坑支護結構內力位移、地表沉降、整體穩定性等進行分析，結果如圖3～圖7 所示。

通過計算可得出以下結論。

1）基坑整體穩定安全系數Ks=1.549＞1.30，滿足規范要求。

2）基坑Kov=1.237＞=1.200，滿足規范抗傾覆要求。

3）支護底部Ks=2.664 ≥1.600，抗隆起穩定性滿足，基坑深度25.320 處Ks=4.333 ≥1.600，抗隆起穩定性滿足。

4）基坑突涌穩定安全系數K=1.399＞Kh=1.10，基坑底部土抗承壓水頭穩定。

5）嵌固深度Ld=7.5m，滿足構造要求、抗傾覆要求、整體滑動穩定性要求及抗隆起穩定性要求。

圖3 內力位移包絡圖

圖4 地表沉降圖

圖5 整體穩定驗算圖

圖6 抗隆起驗算圖（單位：m）

4.2 地下水控制系統研究

場地地下水位埋深較淺且水量較小，水位降深較小，不考慮采用密閉式止水帷幕，基坑內以管井降水井，保證作業面滿足要求。

圖7 突涌穩定性驗算圖

1）管井降水井 在基坑內部，按照間距35～40m 布置降水井，以降低地下水位，滿足土石方施工和主體結構施工要求，降水井孔徑500mm，濾管為直徑300mm 的PVC 管，井底入基巖面不少于1.0m，要求降水至基坑底以下1m。

2）截、排水系統 在基坑坡頂外側約1m 處設置截水溝，攔截地表雨水，排入附近排水系統；坡底設置集水井，間距25～30m，用于收集坡腳排水溝內的積水，再利用水泵抽排，排入市政排水系統。

5 結語

本文依托宜春市東方紅小區深大基坑工程，通過充分考慮周圍環境及地質條件后，采用“單排懸臂排樁”支護與土釘墻支護組合支護技術及管井降水與排水溝組合排水方式，主要結論如下。

1）通過理正基坑支護設計軟件F-SPW7.0計算，當采用前后排樁徑0.9m，樁間距1.2m，排樁頂設置1.0m×0.8m 冠梁時，基坑樁身位移、地表沉降、整體穩定、抗傾覆、抗隆起均滿足設計要求。

2）基坑內采用管井降水井，坑頂、坑底設置排水溝組織地表明水，既可保證施工安全，又可為施工提供足夠的作業面。