廣州某臨江深基坑支護設計及技術分析

彭學忠，彭 浩，王淵，梁永恒，黃俊光

(1.廣州港集團有限公司，廣州 510100；2.廣州市設計院集團有限公司,廣州 510620；3.廣州建筑股份有限公司，廣州 510000)

在經濟發達的沿海城市，地下空間開發往往面臨不利的工程地質條件，如珠江邊某些區域砂層厚度可達20～30 m；且沿海地區地下水位高，基坑開挖的止水帷幕技術必須有效發揮作用才能保證基坑支護工程的安全性[1-4]，對基坑支護設計工作帶來挑戰。

本文以廣州市荔灣區某深基坑支護項目為案例，針對周邊環境和工程水文地質條件，對本項目基坑支護工程進行選型分析，明確了優選方案。結合基坑施工過程中的實際監測數據，進一步論證了該支護方案的合理性，可為類似基坑支護工程提供參考。

1 工程概況

1.1 基坑規模及周邊環境

本項目為廣州市荔灣區某新建商業工程，擬建2層地下室，主體結構采用灌注樁基礎。基坑開挖面積約2.14萬m2，周長約840 m(內邊線)，開挖深度約9.6～11.8 m。基坑北側24.4～33 m外為環城高速高架橋；東側鄰近1～2層既有建構筑物和磚砌廠房，廠房距基坑邊最小凈距約10.3 m；南側20～36 m外為珠江；西側為空地(如圖1所示)。本項目場地周邊暫未揭露有地下管線。

圖1 場地周邊環境平面示意

1.2 場地地質水文條件

場區巖土層自上而下可分為人工填土層、第四系沖積層、第四系殘積層和白堊系基巖(見表1、圖2所示)。

表1 場地巖土層物理力學參數

圖2 場地典型地質剖面示意

場地南側為三支香水道，水量豐富。場地地下水水量較大，測得鉆孔地下穩定水位埋深為1.20～2.10 m；根據本地區經驗，地下水位年變化幅度約在1～3 m。

2 基坑支護設計

2.1 基坑支護選型分析

結合已有的工程案例經驗[1，5-6]，本項目基坑深約9.6～11.8 m，開挖深度較大，周邊場地緊張，不適用放坡開挖、復合式土釘墻支護和水泥土墻支護方案；開挖深度范圍內有較厚砂層，地下水發育，不適用錨拉式支擋方案；雙排樁支護方案[7]能成功運用于場地地質條件較差且對于基坑變形敏感的項目，但支護方案成本高，且本項目基坑東側鄰近待拆遷建構筑物，因此，暫不考慮。基坑平面呈長條形，有利于布置支撐；支撐式支擋可有效控制基坑變形及周邊地面沉降，為本項目優選方案。

支撐式支擋方案常見的豎向支護結構包括灌注樁、管樁、地下連續墻和SMW工法樁。各種豎向支護結構優缺點[1，8-10]對比見表2。

表2 常用基坑豎向支護結構優缺點對比

本項目基坑開挖深度較大，開挖深度范圍內有較厚的淤泥質土(平均厚度為2.44 m)和砂層(平均厚度為12.45 m)，樁身彎矩較大，若采用管樁則需要設置多道內支撐，支護成本高；若采用SMW工法樁，則難以穿透砂層插入到預定設計深度。基坑南側臨近珠江，對防水要求較高，宜采用地下連續墻；其余范圍考慮經濟性要求，宜采用灌注樁。

本項目地下水豐富，且強透水砂層較厚，局部砂層直接過渡至泥質粉巖面，止水難度較大。本項目除了南側的地下連續墻可以兼做止水措施外，采用灌注樁支護的區段需采用三軸攪拌樁輔助止水，并與地下連續墻搭接形成封閉式止水帷幕。

綜合上述基坑支護選型分析，本項目基坑在臨江南側宜采用地下連續墻+混凝土內支撐支護；其余側宜采用灌注樁+混凝土內支撐支護，并結合三軸攪拌樁Φ850@600進行圍閉截水。結合場地周邊環境條件，基坑頂部按1:1.50適當放坡1.7～2 m，通過減少豎向支護結構頂部的土體荷載降低支護成本。

2.2 基坑支護計算

根據規范要求[11-12]，本項目基坑支護安全等級為一級；采用理正深基坑7.0軟件進行單元計算和整體計算。

2.2.1 計算模型

本項目基坑周邊的非樁基礎建筑物荷載按15 kPa取值，基坑施工期間要求場地周邊2 m內嚴禁堆載，2 m外超載不超過20 kPa。出土口車輛荷載不超過40 kPa。

經過計算，本項目基坑采用Φ1 200灌注樁@1 400/1 350+一道混凝土內支撐支護和800厚地下連續墻+一道混凝土內支撐支護；根據已有項目經驗[13]，本項目基坑適當加大冠梁寬度，混凝土對撐的水平間距為15～22 m，角撐支護區段長度最大取9 m。

2.2.2 計算結果

圖3和圖4分別為地下連續墻支護區段和灌注樁支護區段的典型剖面示意，圖5為整體計算的水平位移。圖5表明基坑頂部最大水平位移發生在南側出土口范圍，約30 mm，符合規范要求[12]。

圖3 地下連續墻支護區段典型剖面示意

圖4 灌注樁支護區段典型剖面示意

圖5 整體計算位移示意

3 基坑監測數據及分析

本項目基坑全部開挖到底部，目前正在施工底板墊層或澆筑底板(見圖6)。

圖6 基坑現場示意

本項目基坑監測點布置如圖7所示。通過對比本項目在2021年12月10日—2022年2月5日的監測數據和規范[12]對于采用灌注樁和地下連續墻支護的一級基坑的監測預警值要求，證明本項目支護的合理性。本項目重點關注南側基坑深度最大的出土口區域(監測點S21、J14、 D25和W7)、北側基坑局部加深區域(監測點S9、J6、D10、Y8、Z8和W3)和東側鄰近建筑區域(監測點D82)。

圖7 基坑監測布置平面示意

圖8是監測點S21和S9的支護樁/墻頂部水平位移累計曲線，S21的最大水平位移為5.2 mm，變化速率最大為1.8 mm/d；排除測量偶然誤差的影響，S9的最大水平位移為19.5 mm，變化速率最大為2.8 mm/d；均滿足規范[12]要求。通過對比兩條曲線，可發現基坑頂部水平位移初期顯著增大，后期波動并逐漸穩定，但地下連續墻支護位移控制更好；S9初期由于內支撐施工不久，內支撐的作用下支護樁產生了頂部向基坑外側的水平位移。應注意支護樁/墻頂部水平位移的監測數據相比軟件計算的最大值約29 mm偏小，因為軟件計算采用了偏于保守的鉆孔，且不能考慮三軸攪拌樁對基坑周邊土體的加固作用。

圖8 S21和S9點支護結構頂部水平位移累計曲線示意

圖9是監測點J6和J14在2022年2月5日的深層水平位移累計曲線，由曲線可知，本項目采用一道內支撐，支護樁的深層水平位移在基坑底部附近達到最大值。J14和J6的深層水平位移最大值分別為0.54 mm和0.45 mm，均滿足規范[12]要求；且小于軟件計算的最大值約27 mm偏小，原因類似基坑頂水平位移。

圖9 監測點J6、J14深層水平位移累計曲線(2022/2/5)

圖10是監測點Z8的立柱沉降累計曲線，由圖10可知立柱在基坑施工期間最初沉降較快，基坑開挖到底后沉降趨于平穩。Z8的最大累計沉降為14.26 mm，變化速率最大為1.83 mm/d，滿足規范[12]要求。

圖10 監測點Z8立柱沉降累計曲線示意

圖11是監測點Y8的支撐軸力曲線，由圖11可知:支撐軸力在基坑施工期間在一定范圍內波動，最終趨于軟件的計算軸力約9440 kN。Y8的最大支撐軸力為11 873 kN，滿足規范[12]要求。

圖11 監測點Y8支撐軸力曲線示意

圖12為監測點D10、D25的地表豎向位移曲線和D82的周邊建筑豎向位移曲線，根據曲線形狀，地表和周邊建筑沉降初期增長較快，后期增長變緩。D82因為建筑自重的作用，最大沉降為15.91 mm，較D10和D25大，變化速率最大為0.72 mm/d。D10的最大豎向位移為5.23 mm，變化速率最大為0.42 mm/d；排除測量偶然誤差的影響，D25的最大豎向位移為6.01 mm，變化速率最大為0.56 mm/d。3個監測點的豎向位移均滿足規范[12]要求；且均小于軟件的計算結果約24～30 mm，原因類似基坑頂水平位移。

圖12 監測點D10、D25和D82的豎向位移曲線示意

圖13為監測點W3點和W7的地下水位累計變化曲線，由圖13可知：基坑開挖期間，場地南側W7的地下水位累計變化為-376.3～393.7 mm，變化速率最大約405.0 mm/d；場地北側W3的地下水位累計變化為67.5～632.5 mm，變化速率最大約306.3 mm/d，均滿足規范[12]要求。

圖13 監測點W3和W7的地下水位累計變化曲線示意

根據現場監測反饋，本項目基坑平均涌水量為800 m3/d。考慮本項目基坑規模較大，且場地的地下水量豐富、砂層較厚，基坑南側采用地連墻及其余側采用三軸攪拌樁的止水方案能保證不出現明顯漏水點，止水帷幕能充分發揮作用。

綜上所述，監測數據表明本項目基坑支護方案的圍護結構受力合理，剛度大，基坑變形及對周邊環境影響較小，滿足規范要求；基坑涌水量較小，止水效果顯著。

4 結語

本文以廣州荔灣區某深基坑支護項目為例，對深基坑工程在周邊用地緊張、鄰近江河，且場地揭露較厚淤泥質土和砂層的不利工程地質條件下，展開了基坑支護選型分析，最終確定了采用地下連續墻或灌注樁+一道混凝土內支撐的技術方案。通過監測數據反饋，可以得出以下結論：

1) 針對支護深度約10 m的深基坑，地下連續墻或灌注樁+一道混凝土內支撐的技術方案構件受力合理；支護剛度大，基坑及周邊環境變形小，能有效控制在規范允許范圍內。

2) 對于含有較厚砂層且地下水位較高的臨江地區，在基坑臨江一側采用地下連續墻兼做止水措施，其余側采用三軸攪拌樁搭接形成封閉式止水帷幕能保證基坑不出現明顯的漏水點，止水效果顯著。

本項目位于沿海地區，面臨不利的工程地質條件，其基坑支護技術方案可為其他類似工程項目提供經驗。