復(fù)雜環(huán)境條件下基坑環(huán)形內(nèi)支撐支護(hù)體系設(shè)計(jì)

夏 鑫，段宏才，仇 明

（1.中國(guó)有色金屬長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200；2深圳市長(zhǎng)勘勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518001）

1 工程概況

西麗山居項(xiàng)目場(chǎng)地位于深圳市南山區(qū)西麗龍珠大道與南坪快速路交匯東北角。場(chǎng)地內(nèi)擬建1棟40層120.00m超高層住宅樓，設(shè)有3層地下室。

本工程基坑周長(zhǎng)251.00m，基坑面積4080.00m2，場(chǎng)地整平標(biāo)高為27.00m，基坑底標(biāo)高15.20m，基坑開挖深度為12.40m。基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，西側(cè)緊鄰丹平快速立交橋，南側(cè)為市政道路，北側(cè)和東側(cè)較為開闊。場(chǎng)地周圍地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，其中西側(cè)燃?xì)夤艿离x基坑最近處僅10m，為城市高壓燃?xì)夤艿溃瑢?duì)基坑變形要求極其嚴(yán)格。基坑形狀不規(guī)則，整體呈錐形。

2 地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

根據(jù)勘察結(jié)果，場(chǎng)地分布的主要地層按自上而下的順序描述如下：素填土（Qml）①主要由粘性土組成，其堆填年限已超過10年，層厚5.80m～11.40m。第四系沖洪積層（Qal+pl）主要包括含有機(jī)質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粗砂：含有機(jī)質(zhì)粉質(zhì)粘土②1：含少量有機(jī)質(zhì)及植物殘?jiān)痪鶆蚧焐倭恐猩埃瑢雍?.60m～6.10m；粉質(zhì)粘土②2：含20%～30%的中砂，濕，可塑狀態(tài)，層厚1.30m～4.30m；粗砂②3：主要為石英質(zhì)，飽和，稍密狀態(tài)，層厚0.90m～3.50m。第四系殘積（Qel）礫質(zhì)粘性土④：系由花崗巖風(fēng)化殘積而成，層厚2.10m～10.30m。場(chǎng)地基巖燕山晚期花崗巖(γ53-1)地層，按其風(fēng)化程度，揭露其全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化兩帶，全風(fēng)化層厚1.40m～7.40m。

2.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水類型以潛水為主，場(chǎng)地內(nèi)粗砂②3層屬?gòu)?qiáng)透水層，其余各地層屬弱透水層。

3 支護(hù)方案選擇

方案A：旋挖鉆孔灌注樁結(jié)合樁間旋噴作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)和止水帷幕，設(shè)置2～3道預(yù)應(yīng)力錨索。

方案B：咬合樁+兩道鋼筋混凝土水平對(duì)撐或角撐。

方案C：地下連續(xù)墻+兩道鋼筋混凝土環(huán)形內(nèi)支撐。

方案A由于深圳市隨即出臺(tái)了禁止基坑錨索越紅線的相關(guān)規(guī)定，因此予以排除。方案B及方案C均為可行方案，由于項(xiàng)目周邊環(huán)境過于復(fù)雜，毗鄰重要建（構(gòu)）筑物太多，最終選擇方案C。

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目地下連續(xù)墻厚度為800mm，采用C35水下混凝土澆筑，液壓抓斗式成槽機(jī)成槽，成槽前布設(shè)導(dǎo)墻。基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜，連續(xù)墻槽段長(zhǎng)度按照4m～6m控制。挖槽跳段進(jìn)行，先澆槽段設(shè)工字鋼接頭，后澆槽段于先澆槽段強(qiáng)度達(dá)70%以上才可開始挖槽施工。由于地下連續(xù)墻考慮兼做地下室外墻，即“兩墻合一”。因此地下連續(xù)墻施工要求需兼顧圍護(hù)結(jié)構(gòu)的要求和地下室結(jié)構(gòu)的要求：其厚度允許偏差控制為±10mm以內(nèi)；槽段深度允許偏差為±100mm以內(nèi)；槽段垂直度允許偏差為1/300以內(nèi)，同時(shí)，墻體混凝土抗?jié)B等級(jí)規(guī)定不小于P8。

4.2 內(nèi)支撐體系設(shè)計(jì)

內(nèi)支撐體系是基坑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。一般基坑設(shè)計(jì)中，內(nèi)支撐采用角撐或者對(duì)撐的形式。水平支撐布置間距為6m～12m，同時(shí)按照不小于15m的間距布置豎向立柱。此種布置方式需要布置相當(dāng)多數(shù)量的豎向桿件，既造成了造價(jià)的浪費(fèi)，同時(shí)也不利于基坑土方開挖及地下結(jié)構(gòu)施工。

此項(xiàng)目基坑形狀不規(guī)則，經(jīng)過多個(gè)方案的比較及計(jì)算，最終采用鋼筋混凝土環(huán)形支撐結(jié)合輻射桿的結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示，主要思路如下：環(huán)形支撐結(jié)構(gòu)在環(huán)向均布荷載的作用下可以將外力轉(zhuǎn)換為環(huán)撐的軸力而不產(chǎn)生彎矩。但若環(huán)梁受力不均勻，將產(chǎn)生較大的剪力和彎矩，造成環(huán)撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，為了充分發(fā)揮環(huán)撐受壓性能好的特性，避免區(qū)受剪受彎引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，設(shè)計(jì)利用布置部分角撐及輻射桿來調(diào)整內(nèi)撐體系內(nèi)力，盡量使環(huán)撐處于小偏心受壓轉(zhuǎn)態(tài)。

圖1 基坑支護(hù)平面圖

本項(xiàng)目基坑深度12.40m，共設(shè)置兩道內(nèi)支撐，第一道內(nèi)支撐布置在-0.4m處，與冠梁處于同一水平面上，第二道支撐布置

在-5.8m處，通過砼腰梁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接。上下兩道內(nèi)支撐環(huán)形支撐梁直徑均為50.80m，以保證環(huán)撐梁最多的與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相切，增加環(huán)形內(nèi)部開敞空間，減少豎向立柱的數(shù)量，同時(shí)可以提高結(jié)構(gòu)的整體性，增加環(huán)撐的剛度。需要指出的是，在環(huán)撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相切位置，環(huán)撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離小于3m范圍內(nèi)用鋼筋混凝土板撐代替輻射桿件，避免切點(diǎn)位置出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，另外，所有輻射桿件的延長(zhǎng)線必須都經(jīng)過環(huán)撐的圓心。

4.3 豎向立柱的設(shè)計(jì)

圖2 基坑支護(hù)典型剖面圖

豎向立柱除了考慮受內(nèi)支撐體系結(jié)構(gòu)的自重、首層支撐上施工荷載的影響外，還需要考慮土方開挖不對(duì)稱而引起的不平衡土壓力及環(huán)形受小偏心受壓所產(chǎn)生的附加垂直荷載及彎矩。立柱采用現(xiàn)場(chǎng)焊接的型鋼格構(gòu)立柱，立柱截面尺寸為400×400mm，立柱樁采用旋挖鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)8.0m，立柱錨入立柱樁內(nèi)不小于3.0m。按照8.0m～12.0m的間距輻射桿部分布置立柱12根，環(huán)撐共布置立柱16根，以減少支撐體系整體結(jié)構(gòu)的沉降和變形，剖面設(shè)計(jì)如圖2所示。

5 變形監(jiān)測(cè)

本基坑周圍環(huán)境復(fù)雜，開挖范圍內(nèi)有填土，地下水水位埋藏淺，在基坑及地下室施工過程中必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并制定合理周到的監(jiān)測(cè)方案，實(shí)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工，以確保基坑安全和地下室施工的順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)共布置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目共計(jì)9項(xiàng)：①墻頂水平位移、豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；②墻深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；③基坑周圍地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)；④地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑤周邊建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑥支撐立柱沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑦基坑周邊地下管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑧支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)；⑨樁身鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

基坑開挖及地下室施工期間，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)正常，未出現(xiàn)超過預(yù)警值報(bào)警現(xiàn)象，周邊地下管線均為出現(xiàn)變形過大的情況，從側(cè)面驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目周邊環(huán)境復(fù)雜，設(shè)計(jì)采用地下連續(xù)墻+環(huán)形內(nèi)支撐的方案，項(xiàng)目現(xiàn)已完工，經(jīng)實(shí)際施工及監(jiān)測(cè)結(jié)果證明該基坑在開挖及地下室施工期間均是安全的，進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，可供類似項(xiàng)目參考。