白各莊住宅樓深基坑施工方案研究

陳澤通

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司 北京 101300）

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

本工程位于北京市順義區(qū)馬坡鎮(zhèn)白各莊，包括13棟住宅樓，1棟幼兒園、1個(gè)地下車(chē)庫(kù)及住宅樓周邊一層商業(yè)裙樓，總建筑面積151 685.16 m2。地下車(chē)庫(kù)主體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，頂板為無(wú)梁樓蓋板結(jié)構(gòu)。本基坑開(kāi)挖深度最深達(dá)9.1 m，開(kāi)挖面積約2.38萬(wàn)m2，基坑周長(zhǎng)約705 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探可知，基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)土層主要為：素填土層和雜填土層、新近沉積粉細(xì)砂層、第四紀(jì)沉積粉細(xì)砂層、粉質(zhì)黏土及重粉質(zhì)黏土層。場(chǎng)區(qū)雜填土層厚度較大，填土固結(jié)尚未完成，對(duì)基坑施工及基坑安全造成不利影響。場(chǎng)區(qū)埋深約9 m內(nèi)的粉土、砂土層具有賦存臺(tái)地潛水的條件，潛水遠(yuǎn)期最高水位按35.30 m考慮。建設(shè)場(chǎng)區(qū)基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)涉及一層地下水，靜止水位埋深5.2～6.5 m，其類(lèi)型為層間水，賦存于粉土③層。基坑的地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 基坑的地質(zhì)剖面圖

2 施工重難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目施工場(chǎng)地狹窄，又臨近居民區(qū)，容易擾民引來(lái)投訴，需要合理安排調(diào)度。深基坑范圍內(nèi)共7棟高層住宅樓，與其西側(cè)毗鄰的淺基坑范圍內(nèi)共4棟高層住宅樓，深、淺基坑之間最近距離為13.9 m。采取深、淺基坑同步、不對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖。深基坑開(kāi)挖面積大，對(duì)基坑支護(hù)要求高，其安全穩(wěn)定性至關(guān)重要。深、淺基坑坑底標(biāo)高不一致，基底荷載差異懸殊，深區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)西側(cè)承受附加荷載水平偏壓，又要綜合錨桿長(zhǎng)度對(duì)淺基坑的影響，多因素疊加，進(jìn)一步加大了深基坑的施工難度。本項(xiàng)目緊鄰小中河，屬于傍河深基坑，含水層厚度大且滲透性強(qiáng)。深基坑要采取較大樁徑的護(hù)坡樁和旋噴樁，避免使用二道預(yù)應(yīng)力錨桿，從而防止錨孔透水、透砂引起的注漿失敗，減少邊坡傾覆的危險(xiǎn)性。

3 深基坑施工總體方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的深、淺基坑施工采取同步開(kāi)挖，經(jīng)計(jì)算，挖土方242 116 m3，回填 108 469 m3，外運(yùn) 133 647 m3。深基坑西側(cè)的四棟樓、深基坑?xùn)|側(cè)的兩棟樓及幼兒園所在的淺基坑都采用整體開(kāi)挖。1＃樓、2＃樓、8＃樓、9＃樓及幼兒園，其基礎(chǔ)埋深分別為－4.35、－4.35、－4.35、－4.35、－4.00 m，地下水位位于基礎(chǔ)底板以下，基坑開(kāi)挖不考慮地下水的影響；3＃～7＃樓、10＃樓、11＃樓基礎(chǔ)埋深都為－11.15 m，地下車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)埋深為－11.25 m，地下水位于基礎(chǔ)埋深附近，基坑開(kāi)挖時(shí)需考慮地下水的影響，防止槽壁土質(zhì)流失。深基坑采用分區(qū)段開(kāi)挖，支護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕采用高壓旋噴施工工藝，樁錨支護(hù)、基坑外止水帷幕和基坑內(nèi)疏干井相結(jié)合的綜合方案。在深基坑西側(cè)采用雙排樁，不架設(shè)內(nèi)撐，有更大側(cè)向抗彎剛度，抑制側(cè)向變形。在深基坑區(qū)域完成基礎(chǔ)施工前，對(duì)淺基坑區(qū)域樓體施工在地上二層之后的施工設(shè)置等待期。考慮到環(huán)保和減少擾民，采用旋挖轉(zhuǎn)機(jī)，低噪低震，無(wú)泥漿循環(huán)。基坑周邊堆載嚴(yán)格管控，確保基坑施工及周?chē)ㄖ锇踩?］。

3.1 基坑支護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程基坑支護(hù)形式采用樁錨支護(hù)。依據(jù)周?chē)沫h(huán)境和開(kāi)挖深度的差異，把基坑的邊坡做劃分。在4個(gè)相異的節(jié)段剖面，各護(hù)坡樁的樁頂都在地表，各節(jié)段剖面的樁錨支護(hù)在結(jié)構(gòu)上有差異。以下就基坑 AB、CD、EF、GH、IJ、KL、MN 剖面及 LM、NA剖面為例介紹支護(hù)設(shè)計(jì)。基坑周邊超載q1＝40 kPa，超載寬度6.0 m，超載位于地表，距離基坑邊線26.0 m［2］。如圖2～圖4 所示。

圖2 基坑施工總平面布置示意

圖3 AB～MN斷面基坑支護(hù)剖面圖（單位：mm）

圖4 LM、NA斷面基坑支護(hù)剖面圖（單位：m）

3.2 止水帷幕設(shè)計(jì)

本工程止水帷幕采取高壓旋噴樁止水帷幕樁咬合護(hù)坡樁的方式進(jìn)行布置，基坑南側(cè)使用二重管高壓旋噴樁，基坑的東側(cè)、西側(cè)、北側(cè)使用三重管高壓旋噴樁［3－5］；帷幕樁設(shè)計(jì)參數(shù)為：樁軸線位于護(hù)坡樁軸線外150 mm，置于兩個(gè)護(hù)坡樁中間，樁徑為900 mm，樁間距為1 400 mm，樁頂?shù)捻敇?biāo)高在地表下3.8 m，樁底的標(biāo)高于基底下1.0 m，有效樁長(zhǎng)為11 m，如圖5所示。

圖5 旋噴樁布置（單位：mm）

3.3 施工工藝要求

止水帷幕須嚴(yán)格控制高壓旋噴樁100%緊密咬合，避免出現(xiàn)局部滲漏；嚴(yán)格控制護(hù)坡樁間距，保證高壓旋噴帷幕樁施工質(zhì)量，杜絕隨深度的增加，帷幕樁出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象；控制拉錨施工對(duì)止水帷幕的影響，及時(shí)封孔，嚴(yán)防帷幕后面的地下水會(huì)由錨桿孔流入基坑。

4 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)（見(jiàn)表1）

表1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

（2）整體穩(wěn)定驗(yàn)算（見(jiàn)圖6）

圖6 穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：m）

滑裂面數(shù)據(jù)：

圓弧半徑（m）：R＝25.165

圓心坐標(biāo)X（m）：X＝4.744

圓心坐標(biāo)Y（m）：Y＝16.487

經(jīng)計(jì)算，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定安全系數(shù)：Ks＝1.303 ＞1.30，符合規(guī)范。

（3）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算（見(jiàn)表2）

表2 抗傾覆計(jì)算參數(shù)

抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，結(jié)合式（1）計(jì)算得：

可得，Kov＝1.380 ＞1.200，滿(mǎn)足規(guī)范要求［6－8］。

抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：

可得，Kt＝1.244 ＞1.200，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（4）抗隆起驗(yàn)算（見(jiàn)圖7）

圖7 基底抗隆起計(jì)算簡(jiǎn)圖

支護(hù)底部，經(jīng)驗(yàn)算抗隆起：

Ks＝1.732≥1.600，穩(wěn)定性滿(mǎn)足。

5 基坑施工監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

基坑采用系統(tǒng)信息化施工，監(jiān)測(cè)貫穿全程，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析，對(duì)排樁采用剛度等效方法模擬，比較樁體內(nèi)力及變形規(guī)律，發(fā)現(xiàn)工程隱患后及時(shí)調(diào)整施工方案，將安全隱患消滅在初始狀態(tài)。

5.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

本工程基坑按一級(jí)設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置均按規(guī)范要求設(shè)置。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和基坑頂部沉降、地下水位、基坑底部隆起、以及錨桿內(nèi)力。支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)8個(gè)，觀測(cè)點(diǎn)為32個(gè)。

5.2 監(jiān)測(cè)精度及要求

（1）水平位移監(jiān)測(cè)可采用水準(zhǔn)線法、小角度法等。

（2）排樁頂部、邊坡頂部、鄰近建筑水平位移監(jiān)測(cè)精度按監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差≤1.0 mm控制。

（3）豎向位移監(jiān)測(cè)采用幾何水準(zhǔn)法，監(jiān)測(cè)精度按監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差≤0.3 mm控制。

5.3 監(jiān)測(cè)頻率

開(kāi)挖后根據(jù)不同階段實(shí)際施工的要求，設(shè)定和調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率［9－10］。

5.4 監(jiān)測(cè)報(bào)警

監(jiān)測(cè)報(bào)警值由監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累積變化量和變化速率值共同控制。

6 結(jié)論

本文針對(duì)大型建筑工程深基坑施工安全問(wèn)題，提出采用樁錨形式邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕設(shè)計(jì)，并基于理論計(jì)算對(duì)樁錨支護(hù)體系進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)證了該類(lèi)型支護(hù)結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中安全性和可行性；止水帷幕施工方便，也可以有效控制地下水的滲透；依據(jù)相鄰基坑開(kāi)挖卸荷對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及坑底隆起檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，雙排樁可使基坑側(cè)向變形及樁身彎矩得到有效控制，使連梁剛度增強(qiáng)。研究基坑在偏壓荷載作用下受力變形特點(diǎn)，可以為類(lèi)似工程施工提供參考依據(jù)。