城市復雜環境下大尺寸深基坑設計分析

楊開彪

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著我國城市化的不斷進行，大城市的工程建設面臨的工程環境條件日益復雜，工程建設時經常面臨軌道交通、周邊高層建筑物、市政道路及管線等復雜環境。而隨著地下空間的不斷開發及利用，基坑趨向于更深、更大發展[1-3]。

本文依據廣州某大尺寸深基坑工程，分析了城市復雜環境下基坑支護形式的選型及應用，并對設計過程中的關鍵要點進行相關探討。

1 工程概況

某項目由30 幅地塊以及地塊之間的公共空間組成，建設范圍內地塊密集、地下室樓層差異大，不利于地下空間資源的均衡、有效的開發、利用。本工程以地下室大空間建設、聯合開發的原則，以聯合基坑建設模式開發地下空間。聯合基坑長約460m、寬約370m，基坑深度約10.5m，面積約17 萬平方米。擬建場地地層按地質成因及力學性質依次分為：人工填土、沖積-洪積層、殘積層及下覆基巖二疊系的泥巖、炭質灰巖等。

圖1 基坑總平面

基坑北側、東側及南側為現狀市政路，基坑西北角為保留的現狀A8 層建筑（距支護結構最近距離約10m），東北角為現狀地鐵站（距基坑支護結構約10m），基坑東側市政路下方為現狀地鐵區間隧道，區間隧道距基坑支護結構14～30m。

2 基坑設計原則

由于本工程各地塊需相繼出讓及建設，整體工期長，基坑支護使用年限大于2 年且存在不確定性，為確保基坑使用期間的安全，本工程提高基坑支護設計標準：

（1）基坑支護安全等級比現行規范一級提高，結構重要性系數取1.25；

（2）基坑周邊施工荷載20kPa，建筑每層荷載15～18kPa；

（3）基坑設計使用年限：5 年；

（4）基坑環境等級：地鐵保護范圍內屬特殊要求，基坑設計、施工、監測方案需得到地鐵保護部門同意；其他范圍暫按一級考慮。

3 支護結構選型

由于聯合基坑范圍大、深度較深，基坑臨近建構筑物、地鐵、市政道路等，周邊環境復雜。根據不同條件，因地制宜采用地下連續墻+不同的支錨體系。

（1）基坑四個角部具備內支撐條件，且臨近現狀建筑物、地鐵車站或區間隧道、道路等，為保證基坑安全，采用鋼筋混凝土桁架支撐+地連墻體系；

（2）基坑東側中部臨近地鐵區間隧道，受地鐵保護限制不具備內支撐或錨索條件，且基坑僅開挖至聯合基坑基底、地塊不需要繼續下挖的范圍，故采用格柵式地下連續墻+鋼筋混凝土斜撐體系；

圖2 格柵式地下連續墻+斜撐體系

（3）其余臨近市政道路的基坑采用預應力錨索+地連墻體系。

4 地鐵保護措施

根據《城市軌道交通既有結構保護技術規范》（DBJ/T 15-120—2017）有關規定，外部作業影響等級為一級。因此，在本基坑設計時做出如下保護措施：

（1）基坑東南角及東北角采用地下連續墻+鋼筋混凝土桁架支撐；

（2）基坑中部懸臂段采用剛度較大的格柵式地下連續墻+鋼筋混凝土斜撐支護，并采用剛性十字鋼板接頭；

（3）支護結構范圍內發現的溶洞區域在基坑支護施工前采用雙液漿預處理；

（4）施工過程中不允許采用沖孔、擠土工藝以及爆破工藝；地鐵側地連墻施工建議采用雙輪銑成槽機；連續墻、基礎樁基、立柱樁基等須采用泥漿護壁施工，并采取有針對性的措施防止塌孔；

（5）地鐵保護80m 范圍地塊樁基應從原地面施工，聯合基坑其他地塊建議樁基從原地面施工，溶洞均于開挖前處理完畢；

（6）合理控制各地塊開挖工序，分區分塊開挖，減小基坑暴露的空間尺寸及時間，地塊未開發時不得開挖；

（7）為避免基坑施工排水對地鐵造成不利影響，嚴格控制地下水位，嚴禁采取深層降水措施，須在地鐵側布置水位回灌井，確保地下水位下降幅度控制在1.0m 以內；施工期間加強地下水位（包括巖溶水）的監測；

（8）施工期間對運營地鐵進行實時監控，地鐵監測及保護要求按《城市軌道交通既有結構保護技術規范》（DBJ/T 15-120—2017）執行；

（9）基坑開挖前應在地鐵側圍護結構外預埋注漿孔，如地鐵隧道或出入口發生險情，則采取跟蹤補償注漿等措施加固；施工單位施工前應根據本工程特點編制針對性的保護應急預案。

5 溶洞處理措施

溶洞地區的發育有溶洞、土洞、溶溝、溶槽及溶洞坍塌區等不良地質體；在溶洞地區進行基坑開挖、隧道施工容易產生突、涌水的風險；溶洞地區所發育的溶、土洞在地下水及人類的工程活動作用下容易“活化”產生坍塌等地質災害。

對明挖結構、基坑，主要是圍護結構施工過程中的坍塌、圍護結構滲漏水及基坑開挖過程中的基底突涌水風險。運營期土洞及表層溶洞易受振動、地下水異常等擾動激活產生土層沉降，引起結構變形過大的風險。

基坑施工前需對溶洞的補充勘察：①對于初勘（詳勘）揭示存在溶洞地層的工點，應進行圍護結構及立柱樁基施工超前鉆孔；②圍護結構及立柱樁基探孔間距：對于地下連續墻，沿地連墻每3～6m 長度范圍施作一個超前鉆孔；對于立柱樁基，應每樁進行超前鉆孔。

補充探孔揭示有溶土洞時，應在圍護結構或立柱樁外側進行二次探孔。

5.1 基坑支護溶洞處理設計原則

溶洞的處理范圍：①圍護結構周邊溶土洞處理：圍護結構周邊約3m 以內、圍護結構和立柱樁基底以下3m（靠地鐵側按5m）以上范圍溶土洞應進行溶洞處理；②工程范圍揭示有大口徑溶土洞時，尚應根據厚跨比（基底穩定層頂至溶洞頂距離與溶洞直徑的比值）、地層情況等具體分析其影響，采取合適的處理措施；③普通區域根據洞高選擇處理措施，重點區域（如地保區、現狀建筑附近）溶洞采用注漿預處理。

溶洞地區的溶洞處理應根據適用對象、溶洞情況、處理方法進行分類：

（1）地連墻溶洞的預處理1：對于洞高大于2m 半充填或未充填的溶洞，采用注雙液漿+水泥漿方式預處理；

（2）地連墻溶洞的預處理2：對于洞高小于2m 半充填或未充填的溶洞，采用拋填碎石黏土方式預處理；

（3）立柱樁溶洞的預處理：對于洞高大于3m 半充填或未充填的溶洞，采用注雙液漿+水泥漿方式預處理；

（4）立柱樁溶洞的施工處理：對于洞高小于3m 半充填或未充填的溶洞，采用拋填碎石與粘性土處理。

5.2 未填充溶（土）洞采用水泥漿或雙液漿進行注漿充填

較大溶洞可先用雙液漿填充，充填壓力需根據溶（土）洞的充填情況進行調整。對于填充溶洞，填充物采用標貫進行檢驗，標貫擊數大于10 擊的可不用處理。

5.3 溶土洞充填注漿效果檢查

主要是檢查填充率及密實程度，可考慮采用設置驗證孔及“二次壓漿”方法進行檢查填充率；溶土洞密實程度檢查：采用標貫法測定，標貫值達到“硬塑”狀土（≥15 擊）為優，“可塑”狀土（≥7 擊）為合格。

圖3 注漿管平面布置

6 結語

本文依據廣州某大尺寸深基坑工程，簡要介紹了大尺寸基坑臨近現狀建筑、地鐵、巖溶發育區等城市復雜環境下基坑支護形式的選型及應用，并對設計過程中的關鍵要點進行相關探討，希望能為類似工程提供一定的參考。