柔性支護(hù)與剛性支護(hù)在超深基坑中的應(yīng)用

劉富成，王勝飛，楊小躍，付照祥，趙洋

（中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200112）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，很多城市的市中心車(chē)位稀少，已無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)需求，市中心拆改建已成為必然趨勢(shì)，為追求土地資源的高效利用，滿(mǎn)足市民日常出行需求，在占地面積有限的狹小空間超深基坑施工已成為一種常用的方式[1-2]，超深基坑最常見(jiàn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)為樁錨結(jié)構(gòu)或內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，市中心改建項(xiàng)目由于受到周邊環(huán)境制約，常規(guī)樁錨結(jié)構(gòu)的錨桿過(guò)長(zhǎng)無(wú)法采用，而內(nèi)支撐支護(hù)工程造價(jià)過(guò)高對(duì)后續(xù)工序的影響較大[3]。因此針對(duì)超深基坑支護(hù)存在的問(wèn)題，河南省直第三人民醫(yī)院西院區(qū)綜合樓改建項(xiàng)目選用了柔性支護(hù)與剛性支護(hù)相結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)形式。在研究施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)此種支護(hù)結(jié)構(gòu)在空間受限的情況下對(duì)周邊環(huán)境影響小，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，造價(jià)可控，對(duì)后續(xù)工序影響較小，滿(mǎn)足施工安全及使用安全要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。

1 工程概況及基坑周邊環(huán)境條件

河南省直第三人民醫(yī)院西院區(qū)綜合樓改建工程建設(shè)地點(diǎn)位于河南省鄭州市中原區(qū)伏牛路 198 號(hào)河南省直第三人民醫(yī)院西院區(qū)院內(nèi)，地上 14 層，地下 4 層，基坑占地面積6 600m2，深達(dá)24.6m，最深處26m。

擬建工程北臨隴海西路及隴海路高架橋，南臨醫(yī)院高層建筑住院部，西臨華北石油局，東臨醫(yī)院急診樓及住宅樓。

由于本項(xiàng)目基坑開(kāi)挖深度24.6m，場(chǎng)地周邊為已建建筑物且環(huán)境復(fù)雜、場(chǎng)地狹小，所以本基坑采用上部樁錨+下部?jī)傻阑炷林沃ёo(hù)形式。

2 工程水文地質(zhì)條件

2.1 地基土巖性分布特征

（1）地形地貌

擬建場(chǎng)地地貌單元屬于擬建場(chǎng)地地貌單元屬黃河沖洪積平原。地形平坦，場(chǎng)地最大高差約0.30m。

（2）地層概況：與基坑支護(hù)和降水有關(guān)的地層情況描述如下：

在勘探深度范圍內(nèi)將地層共分為11 層，主要為第四系沖積填土、粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土。

2.2 場(chǎng)地水文條件

擬建場(chǎng)地在勘探深度范圍內(nèi)，本場(chǎng)地地下水初見(jiàn)水位埋深20.0m，地下水穩(wěn)定水位埋深為20.5～21.0m 左右，穩(wěn)定水位埋深在標(biāo)高101.5m 左右，地下水類(lèi)型為潛水，一般水位年變幅2.0m 左右。近3～5 年中較高水位標(biāo)高為104.0m，歷史最高水位為13.0m。據(jù)此可知本工程需進(jìn)行基坑降水設(shè)計(jì)。

3 基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)方案

3.1 支護(hù)方案

本工程深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)平面如圖1 所示。基坑開(kāi)挖深度分為2 個(gè)區(qū)域，1 為地下二層區(qū)域基坑深度為自然地面下11.20m,2 為地下四層區(qū)域基坑深度為自然地面下24.60m，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開(kāi)挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，結(jié)合本地區(qū)目前較成熟的作業(yè)設(shè)備方法，基坑支護(hù)采用止水帷幕+鋼筋混凝土排樁+錨索+鋼筋混凝土內(nèi)支撐的混合支護(hù)結(jié)構(gòu)，即柔性支護(hù)與剛性支護(hù)結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)形式，降水采用管井降水。本文僅針對(duì)地下四層超深基坑支護(hù)1-1 剖面設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，如圖2 所示。

圖1 基坑支護(hù)平面布置圖

圖2 1-1 剖面圖

1-1 剖面采用?1200 ＠ 1500mm 單排鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)L=36.0m，樁頂設(shè)1 300mm×1 000mm 混凝土冠梁。樁間設(shè)置樁徑850mm 高壓旋噴樁，樁長(zhǎng)25m。止水帷幕采用3?850@1 200mm 三軸攪拌樁，空樁10m，有效樁長(zhǎng)26.2m。

1-1 剖面，位于基坑南側(cè)緊鄰醫(yī)院高層住院樓，住院樓基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁間距過(guò)密，普通預(yù)應(yīng)力錨索長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)無(wú)法施工，本工程采用9 道ф400 全粘結(jié)旋噴錨桿，錨桿配筋均采用4S15.2 鋼絞線(xiàn)，縮短錨桿長(zhǎng)度，增大錨桿直徑，達(dá)到抗拔承載力要求。

在基坑-15m 與-20m 處設(shè)置兩道混凝土內(nèi)支撐，加強(qiáng)基坑穩(wěn)定性控制。

3.2 基坑監(jiān)測(cè)方案

（1）基坑土方開(kāi)挖、降水及地下室施工期間,應(yīng)委托具有監(jiān)測(cè)資質(zhì)的第三方單位對(duì)基坑及周邊環(huán)境進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

（2）基坑監(jiān)測(cè)采用儀器監(jiān)測(cè)與巡視檢查相結(jié)合的方法,監(jiān)測(cè)范圍為基坑外邊線(xiàn)以外1～ 3 倍基坑開(kāi)挖深度,必要時(shí)應(yīng)擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍（基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖如圖3 所示）。

圖3 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

（3）監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括但不限于以下內(nèi)容：

①冠梁、坡頂部水平位移監(jiān)測(cè)；②冠梁坡頂豎向位移監(jiān)測(cè)；③深層水平位移；④立柱豎向位移；⑤錨桿內(nèi)力；⑥支撐內(nèi)力；⑦周邊地表、道路豎向位移；⑧周邊建筑豎向位移；⑨周邊管線(xiàn)豎向位移；⑩周邊建筑裂縫、地表裂縫、地下水位觀(guān)測(cè)。

（4）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量除滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)要求外,還應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相應(yīng)規(guī)范、規(guī)程執(zhí)行;監(jiān)測(cè)頻率與報(bào)警條件、巡視檢查等應(yīng)滿(mǎn)足《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497-2019）的規(guī)定,當(dāng)監(jiān)測(cè)值達(dá)到上述報(bào)警值時(shí),應(yīng)及時(shí)報(bào)警,并及時(shí)報(bào)送各方,以便分析原因,及時(shí)處理。

（5）表1 為基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)預(yù)警值。

表1 基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)預(yù)警值

（6）表2 為基坑工程周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警值。

表2 基坑工程周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警值

（7）本基坑按一級(jí)基坑要求進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率嚴(yán)格按《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497-2019）執(zhí)行，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，應(yīng)測(cè)得初讀數(shù)。

對(duì)于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，在無(wú)異常和無(wú)事故征兆的情況下，開(kāi)挖后的監(jiān)測(cè)頻率可按表3 確定。

表3 開(kāi)挖后的監(jiān)測(cè)頻率

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

該工程位于市中心，周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑支護(hù)周期較長(zhǎng)，工程量較大，監(jiān)測(cè)內(nèi)容較多。對(duì)3.2 檢測(cè)方案中各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)觀(guān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。監(jiān)測(cè)工作從2021 年8 月基坑開(kāi)挖開(kāi)始，至2022 年6月地下室施工完成、基坑肥槽回填完成結(jié)束。因基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多、監(jiān)測(cè)頻次較密，檢測(cè)數(shù)據(jù)量較大，經(jīng)過(guò)對(duì)各測(cè)點(diǎn)的時(shí)程曲線(xiàn)進(jìn)行分析，篩選出幾組有代表性的曲線(xiàn)，基坑變形時(shí)程曲線(xiàn)選擇樁身水平位移、錨桿拉力和內(nèi)支撐軸力對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)[4]。

4.1 支護(hù)樁樁身水平位移

樁身水平位移測(cè)點(diǎn)號(hào)為G1～G15，監(jiān)測(cè)采用CX3 系列測(cè)斜儀進(jìn)行觀(guān)測(cè)，支護(hù)鉆孔灌注樁施工時(shí)測(cè)斜管隨鋼筋籠下至樁底。基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中，對(duì)樁身變形進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出一組樁身變形曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖4。

圖4 支護(hù)樁樁身水平位移曲線(xiàn)

圖4 給出了基坑監(jiān)測(cè)過(guò)程中15 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)樁身累計(jì)水平位移。由圖4 可以看出，樁身水平位移曲線(xiàn)隨開(kāi)挖深度增加水平位移變化均較為緩和。

4.2 錨桿軸力

錨桿的軸力時(shí)程曲線(xiàn)如圖5 所示，錨桿應(yīng)力在基坑開(kāi)挖階段整體上呈波動(dòng)上升狀態(tài)，在基坑開(kāi)挖至基底后錨桿拉力增加到最大值并趨于穩(wěn)定。

圖5 錨桿軸力曲線(xiàn)

4.3 內(nèi)支撐軸力

圖6 給出了實(shí)測(cè)的鋼筋混凝土內(nèi)支撐軸力時(shí)程曲線(xiàn)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，基坑開(kāi)挖初期，支撐軸力較小，隨基坑開(kāi)挖深度的增加，支撐軸力也不斷增加，開(kāi)挖至基坑底部，軸力達(dá)到最大值，逐漸趨于穩(wěn)定。

圖6 內(nèi)支撐軸力變化曲線(xiàn)

5 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知柔性支護(hù)與剛性支護(hù)結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種安全有效的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，利用了柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)與剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，保證了深基坑工程施工安全與使用安全，在實(shí)際基坑施工過(guò)程中，可以得出以下結(jié)論：

（1）支護(hù)設(shè)計(jì)方案中表面，柔性支護(hù)與剛性支護(hù)結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)在狹小地形，周邊環(huán)境受限的情況下有顯著優(yōu)勢(shì)；

（2）監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，柔性支護(hù)與剛性支護(hù)結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)深基坑側(cè)壁的變形控制效果十分顯著。該基坑測(cè)斜報(bào)警值為30mm，所監(jiān)測(cè)點(diǎn)中坑壁水平位移最大值為10.51mm，未達(dá)到警戒值，保證了基坑安全；

（3）施工周期表明，柔性支護(hù)與剛性支護(hù)結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)相較于全部樁錨柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)施工周期較長(zhǎng)，相較于全部?jī)?nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)施工周期較短；

（4）綜合效益表明，柔性支護(hù)與剛性支護(hù)結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)周邊環(huán)境影響較小，滿(mǎn)足本工程對(duì)基坑支護(hù)安全、工期、經(jīng)濟(jì)的要求。