某工程深基坑支護方案設(shè)計

張建文

（福州城建設(shè)計研究院有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000）

與其他工程相比，深基坑工程更易受到環(huán)境因素影響。部分地區(qū)地質(zhì)條件較差，土質(zhì)松軟。開挖深基坑時經(jīng)常會出現(xiàn)邊緣坍塌等問題，造成嚴(yán)重安全事故。同時，當(dāng)前工程施工場地多為城市中心，建筑物與人口密集，一旦深基坑開挖環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，若后期支護工作沒有做到位，也會導(dǎo)致周圍構(gòu)筑物出現(xiàn)不均勻沉降等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響居民生活質(zhì)量。因此，為有序開展深基坑支護工程，需設(shè)計出更詳盡、科學(xué)的設(shè)計方案，有效規(guī)避施工期間出現(xiàn)風(fēng)險事故。

1 工程概況

本項目位于深圳市龍崗區(qū)大鵬半島葵涌街道，路線基本呈南北走向，城市快速路。本次設(shè)計隧道起終點樁號K1+810～K2+540，隧道全長730m，為中隧道。隧道在金葵豐花園南側(cè)（K1+810）進洞，以R=820m左轉(zhuǎn)曲線沿比亞迪小區(qū)西側(cè)山體穿越，在海語山林西側(cè)（K2+540）以直線出洞。隧址區(qū)沿線緊臨金葵豐花園、比亞迪小區(qū)、海語山林小區(qū)，為減少隧道施工和營運對小區(qū)生活環(huán)境的影響，全線盡量采用暗埋式結(jié)構(gòu)。

圖1 隧道三維立體圖

同時，考慮全線隧道傍山而行的地形和地質(zhì)條件，采用合理結(jié)構(gòu)形式，避免大挖大刷，K1+970～K2+210采用暗挖隧道型式，K2+270～K2+410.852采用右線暗挖法、左線明挖的半明半暗隧道型式，減少邊坡開挖，K1+810～K1+970、K2+210～K2+270、K2+410.852～K2+540左右洞采用明挖法。隧道三維立體形態(tài)見圖1。

2 地質(zhì)水文概況

擬建隧道位于剝蝕殘丘地貌區(qū)，隧道走向與山脊走向近乎平行。隧道進口端山坡坡度較緩，一般為 10°～15°。隧道中部山體坡度一般為 20°～45°，隧道出口端山體坡度較緩，一般為10°～15°，植被發(fā)育，水土保持較好。

區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，依據(jù)地質(zhì)調(diào)查、物探和鉆探揭示，地層由新至老依次由第四系人工填土層（Qml）、第四系沖洪積層（Qal+pl）、第四系坡積層（Qdl）、第四系殘積層（Qel）以及燕山期侵入巖、侏羅系沉積巖、石炭系沉積巖等組成。

人工填土（層號①），含黏性土礫砂（層號②2）、圓礫土（層號②3）、粉質(zhì)粘土（層號③）、砂質(zhì)粘性土（層號④1）、粉質(zhì)粘土（層號④2）、粉質(zhì)粘土（層號④3）、⑤1全風(fēng)化花崗巖、⑤2強風(fēng)化花崗巖、⑤3中風(fēng)化花崗巖、⑤4微風(fēng)化花崗巖、⑥2強風(fēng)化砂巖、⑥3中風(fēng)化砂巖、⑥4微風(fēng)化砂巖、⑦4微風(fēng)化石灰?guī)r等，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，巖石風(fēng)化程度不一。

地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水，孔隙水主要賦存于第四系土層中，均為弱含水，弱透水層。基巖裂隙微承壓水，賦存于基巖風(fēng)化裂隙中。地下水主要受大氣降雨或山林中泉水以及葵涌河補給，測得地下水水位高程為26.55～59.75m。

隧道區(qū)基巖富水性較差，水量貧乏，地下水對隧道施工影響不大。但由于本地區(qū)降水量大，受破碎帶和強烈風(fēng)化影響，局部易形成透水帶，在隧道施工時可能產(chǎn)生突水、涌水等突發(fā)情況。地下水對隧道施工有不利影響，隧道水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

3 支護難點

本項目基坑分布呈線狀，西面沿線為山體，山坡坡度較緩，一般為10°～15°。東面沿線緊臨金葵豐花園、比亞迪小區(qū)、海語山林小區(qū)，平面位置距離居民生活區(qū)13.15～22.55m（小區(qū)圍墻）。

（1）基坑開挖深度為7.0～16.4m，屬于深基坑范疇。

（2）基坑?xùn)|面緊鄰居民住宅區(qū)，基坑安全要求高，基坑變形控制較為嚴(yán)格。

（3）基坑沿線傍山而行，基坑開挖需要考慮山體邊坡的安全穩(wěn)定。

（4）地質(zhì)條件復(fù)雜，地層巖性變化大，地勘鉆孔有限，施工過程中地質(zhì)可能存在偏差。

（5）本項目位于亞熱帶季風(fēng)氣候的沿海地帶，基坑支護設(shè)計必須考慮施工期間度過雨季和臺風(fēng)季節(jié)，影響基坑的穩(wěn)定性。

4 深基坑設(shè)計

4.1 基坑支護設(shè)計原則

深基坑支護設(shè)計方案必須確保支護結(jié)構(gòu)的安全性，保證基坑周圍道路及已施工和使用的地下管線、市政道路的安全，以此保證支護方案的安全性，并做到方案經(jīng)濟合理，滿足我國建設(shè)工程的有關(guān)法規(guī)和規(guī)范要求，同時，遵循如下設(shè)計原則：（1）深基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級為一級，深基坑重要性系數(shù)對應(yīng)為1.1，地面超載為20kPa。（2）深基坑支護結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)的邊墻尺寸、工作空間，并根據(jù)結(jié)構(gòu)受力、變形情況和施工誤差等予以合理放線施工。（3）深基坑采用理正深基坑計算分析軟件，施工階段控制支護結(jié)構(gòu)的最大變形量應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求。（4）基坑工程應(yīng)遵循“動態(tài)設(shè)計、信息化動態(tài)施工”的原則，根據(jù)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋基坑實施情況，及時修正基坑設(shè)計參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計方案指導(dǎo)施工。

4.2 基坑支護總體設(shè)計思路

基坑支護結(jié)構(gòu)的選型不僅要滿足強度和變形需求，同時，要方便施工、工期可控。因此，選取方案應(yīng)綜合考慮地質(zhì)、水文條件，周邊環(huán)境，基坑開挖深度等多方面因素。本項目可采用復(fù)合土釘墻、灌注樁、地下連續(xù)墻等支護形式。經(jīng)比較，因施工工藝簡單，布置形式靈活，墻身強度大、剛度大,支護穩(wěn)定性好、變形小，造價低等多方面優(yōu)勢，所以，選用灌注樁支護。

4.3 基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)明挖隧道縱斷設(shè)計路面高程、底板厚度和墊層厚度確定基坑開挖深度，再結(jié)合圍護結(jié)構(gòu)所處平面位置地層情況、基坑周邊環(huán)境等因素，在基坑兩側(cè)分段并確定相應(yīng)的支護結(jié)構(gòu)剖面形式。

（1）K1+810～K1+860段：基坑開挖深度為5～7.4m，開挖深度較淺，隧道左右兩側(cè)采用1:1.0放坡+掛網(wǎng)噴射混凝土支護。左線基坑坡頂線距離小區(qū)圍墻10.55m，右線周邊空曠。

（2）K1+860～K1+970段：左線隧道邊線距離奎豐社區(qū)18層混凝土房屋最近為27.96m，基坑坡頂線距離小區(qū)圍墻8.55m，基坑開挖深度為9.6～14.5m，采用φ1 000@700旋挖咬合樁+2～3道錨索支護；右洞隧道位于整平后的場地，為減少土方開挖量，采用φ1 000@700旋挖咬合樁+2～3道錨索支護。K1+860～K1+970段基坑支護形式見圖2。

（3）K2+210～K2+270段：左、右洞明挖，左洞基坑開挖深度為2.6～8.5m，左線基坑坡頂線距離17層混凝土房屋最近為15.9m，采用1:1.0放坡+掛網(wǎng)噴射混凝土支護；右洞隧道緊靠山體，基坑開挖深度為11.5～17.8m，采用φ1 200樁@1.6m旋挖咬合樁+3道錨索支護。

（4）K2+270～K2+410.852段：左洞明挖，右洞暗挖，先施工左洞明洞，左線隧道反壓回填后，再施工右線暗洞隧道。左洞右側(cè)設(shè)置φ1 200排樁@1.6m旋挖咬合樁+3道錨索支護，左洞左側(cè)采用1∶1.0放坡+掛網(wǎng)噴射混凝土支護，左線基坑坡頂線距離17層混凝土房屋最近為12.0m。K2+270～K2+410.852段基坑支護形式見圖3。

圖2 K1+860～K1+970段基坑支護剖面圖

（5）K2+410.852～K2+540段：左、右洞明挖，右洞隧道緊靠山體，右洞基坑開挖深度為12.3～14.5m，采用φ1 200排樁@1.6m旋挖咬合樁+3道錨索支護，左線基坑坡頂線距離17層混凝土房屋最近為16.2m，左洞采用1:1.0放坡+掛網(wǎng)噴射混凝土支護。

4.4 基坑支護結(jié)構(gòu)計算

基坑采用明挖順作法施工，結(jié)構(gòu)分施工階段和使用階段進行。按“先變形、后支撐”的原則，采用“增量法”原理分階段進行結(jié)構(gòu)計算。圍護樁按彈性地基梁計算，開挖面以下的土體采用一系列彈簧模擬，彈簧剛度K=A·K基，A為彈簧分擔(dān)的面積、K基為地基土的基床系數(shù)。

采用理正深基坑軟件對該基坑計算和設(shè)計，按照現(xiàn)行規(guī)程和基坑工程手冊對最不利截面的排樁內(nèi)力、位移和基坑整體穩(wěn)定性、地表沉降量進行復(fù)核，均能滿足規(guī)范要求?；又苓吘己奢d設(shè)計為 20 kPa。排樁內(nèi)力位移包絡(luò)見圖4，地表沉降量見圖5，整體穩(wěn)定性驗算見圖6。

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=3.465＞1.35（滿足規(guī)范要求）。

由此可知，該基坑設(shè)計方案由甲方、施工方、監(jiān)理方、設(shè)計人員多次優(yōu)化并經(jīng)專項方案論證，安全可靠、經(jīng)濟效益良好、有效縮短施工周期、節(jié)約投資成本。

5 基坑監(jiān)測

圖3 K2+270～K2+410.852段基坑支護剖面圖

圖4 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖5 地表沉降圖

圖6 整體穩(wěn)定性驗算簡圖

基坑開挖采用信息法施工，嚴(yán)格監(jiān)測錨桿、噴射混凝土、錨索、圍護樁施工和土方開挖全過程。本項目基坑安全等級為一級，基坑監(jiān)測項目主要有基坑頂部水平位移、豎向位移、深層水平位移、錨桿軸力、地下水位、周邊建筑物觀測、測點布置和布設(shè)間距，且要求符合現(xiàn)行監(jiān)測規(guī)范。基準(zhǔn)點設(shè)置在基坑開挖區(qū)域影響范圍以外，并測得初值。通過項目工程基坑支護體系位移沉降監(jiān)測，基坑水平、垂直位移趨于平穩(wěn)，小于位移警戒值，符合沉降要求。

6 結(jié)語

市政基坑多位于城市中心，建筑物、人口密集的地帶，施工場地有限、限制因素較多、地質(zhì)條件復(fù)雜。因此，選擇基坑支護結(jié)構(gòu)方式尤為重要，應(yīng)充分利用場地條件，節(jié)約投資、縮短施工工期，采用多種支護體系相復(fù)合的基坑支護方案。通過監(jiān)測驗證，基坑支護方案取得了理想效果，該方案的成功為復(fù)雜場地基坑支護提供了一定的技術(shù)參考。