黃世雄

(1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007; 2.江蘇華都建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210007)

1 概述

地下空間開(kāi)發(fā)利用的形式多種多樣，其中人防工程與地下車(chē)庫(kù)相結(jié)合是最早、最基礎(chǔ)的地下空間開(kāi)發(fā)利用形式。我國(guó)人口多、土地資源有限的國(guó)情決定了在現(xiàn)代化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，地下空間開(kāi)發(fā)利用在力度和規(guī)模上會(huì)越來(lái)越大，導(dǎo)致城市中心區(qū)基坑規(guī)模越來(lái)越大，表現(xiàn)在平面上超過(guò)10 000 m2、縱向上超過(guò)3層地下室的超深基坑工程越來(lái)越多。

對(duì)于沿海、沿江地區(qū)的城市而言，由于地形、地質(zhì)、氣候、環(huán)境等原因形成了巨厚軟土，其特性表現(xiàn)為含水量大、物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)低。在城市中心區(qū)巨厚軟土地層中施工超深基坑工程時(shí)，主要會(huì)遇到如下四個(gè)方面的問(wèn)題：

1)控制超深基坑變形的同時(shí)，保證周邊敏感建(構(gòu))筑物安全。2)超深基坑土方量大，而城市中心區(qū)有交通管制，在受限復(fù)雜場(chǎng)地條件下，如何保證超深基坑土方順利開(kāi)挖外運(yùn)。3)如何協(xié)調(diào)不同工況、毗鄰超深基坑的安全。4)如何選擇經(jīng)濟(jì)、安全的超深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。

作者基于瀕臨長(zhǎng)江的南京河漫灘地層中的濱江項(xiàng)目A地塊基坑支護(hù)工程，把施工問(wèn)題前移，在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，研究了城市中心區(qū)巨厚軟土地層中超深基坑工程施工問(wèn)題，并針對(duì)性地提出了經(jīng)濟(jì)、安全的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式[1]，解決了城市中心區(qū)巨厚軟土地層中超深基坑施工時(shí)遇到的問(wèn)題，并總結(jié)出城市中心區(qū)巨厚軟土地層中超深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，供同行借鑒參考。

2 濱江項(xiàng)目A地塊基坑支護(hù)工程概況和工程地質(zhì)條件

2.1 工程概況

濱江項(xiàng)目A地塊基坑支護(hù)工程位于南京市鼓樓區(qū)新興路以南、鄭和中路以東?；诱w呈長(zhǎng)方形，南北向長(zhǎng)155.0 m，東西長(zhǎng)70.0 m，總面積12 200.0 m2，周長(zhǎng)470.0 m，基坑開(kāi)挖深度18.50 m～20.70 m(見(jiàn)圖1)。

基坑周邊環(huán)境復(fù)雜[2]，建(構(gòu))筑物距離基坑近：東側(cè)地庫(kù)外墻距復(fù)興街3.3 m，南側(cè)地下車(chē)庫(kù)外墻距污水處理站4.5 m，西側(cè)地下車(chē)庫(kù)外墻距鄭和中路3.2 m，北側(cè)地下車(chē)庫(kù)外墻距新興路3.3 m；東、西、北三側(cè)道路上管線密集，雨水、污水管距基坑邊5.0 m；南側(cè)250 t污水處理站設(shè)備基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)落在填土上[3]。

2.2 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地巖土層分布如下：①-1層雜填土：松軟不均，建筑垃圾、碎磚及碎石為主。①-2層素填土：灰～灰黃色，松散，以軟可塑粉質(zhì)黏土為主，夾少量碎石、碎磚。②-1層粉質(zhì)黏土：灰～黃灰色，軟塑，局部流塑，局部含淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。②-2層粉質(zhì)黏土：灰～黃灰色，軟塑，夾薄層稍密狀黏質(zhì)粉土。②-3層粉質(zhì)黏土：灰色，軟塑，局部可塑，局部夾薄層粉土。②-4層粉質(zhì)黏土：灰色、褐灰色，可塑，局部軟塑，干強(qiáng)度、韌性中。③層粉細(xì)砂：青灰色，飽和，密實(shí)，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，云母次之。④層含礫中粗砂：灰～青灰色，密實(shí)，以中粗砂為主，礫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%～15%，粒徑2 cm～3 cm。⑤-1層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，呈砂土狀，極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。⑤-2A層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(破碎狀)：紫紅色，巖芯風(fēng)化呈碎塊狀～碎石狀，遇水易軟化，巖體較破碎，極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅴ級(jí)。⑤-2層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，巖芯風(fēng)化呈柱狀和短柱狀，遇水軟化，巖體較完整，較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅳ級(jí)，未揭穿。潛水賦存于②-2層以上的土層孔隙中，補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水和河流側(cè)向徑流補(bǔ)給；承壓水賦存于③層、④層中，接受潛水的越流補(bǔ)給及側(cè)向補(bǔ)給[4]。

3 濱江項(xiàng)目A地塊基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 基坑工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1)東、西、北三側(cè)道路、管線距基坑邊很近，特別是南側(cè)瀕臨的250 t污水處理站(見(jiàn)圖1)，在支護(hù)樁、止水樁全部施工完成后建造，其地基未做任何處理，作用在基坑邊土層中荷載達(dá)到了52.5 kPa。

2)②-1層、②-2層、②-3層、②-4層流塑～軟塑狀，軟土的底層埋深大于50 m(見(jiàn)圖2)，濱江項(xiàng)目A地塊基坑開(kāi)挖2.5倍深度范圍內(nèi)皆為軟土，設(shè)計(jì)中需要考慮巨厚軟土層中支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及對(duì)周邊敏感建(構(gòu))筑物的保護(hù)。

3)基坑?xùn)|側(cè)19.0 m為正在施工的B地塊基坑工程(見(jiàn)圖1)，濱江項(xiàng)目A地塊基坑和B地塊基坑之間的距離小于1倍濱江項(xiàng)目A地塊基坑的開(kāi)挖深度，在A基坑土方開(kāi)挖過(guò)程中，需考慮毗鄰基坑不同深度工況下導(dǎo)致的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力不平衡的問(wèn)題[5]。

4)濱江項(xiàng)目A地塊基坑土方量大，但基坑位于城市中心，場(chǎng)地狹小，挖土困難，如何解決超深基坑土方順利開(kāi)挖外運(yùn)。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)采用常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)形式——鉆孔灌注支護(hù)樁結(jié)合四層鋼筋混凝土支撐，支護(hù)樁樁長(zhǎng)皆大于50 m，穿越由②-1層、②-2層、②-3層、②-4層組成的巨厚軟土層，進(jìn)入⑤-1層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖1 m。鑒于基坑南側(cè)瀕臨污水處理站，荷載達(dá)到了52.5 kPa，所以ABC區(qū)段采用φ1 300 mm@1 500 mm的鉆孔灌注樁；KL區(qū)段瀕臨正在施工的B地塊基坑，為了確保毗鄰基坑不同深度工況下支護(hù)結(jié)構(gòu)受力平衡，KL區(qū)段采用φ1 300 mm@1 500 mm鉆孔灌注樁；其余區(qū)段根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)思路，GHIJK區(qū)段采用φ1 300 mm@1 500 mm鉆孔灌注樁，CDEFG,LA區(qū)段采用φ1 200 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁[6]。

2)采用φ850 mm@1 200 mm三軸水泥土攪拌樁止水,攪拌樁樁長(zhǎng)大于30 m，穿過(guò)基坑底進(jìn)入②-3層粉質(zhì)黏土大于10 m；攪拌樁樁間采用φ600 mm二重管高壓旋噴樁，旋噴樁頂位于第二層支撐與第三層支撐之間，旋噴樁底與深攪樁底齊平。

3)由于西側(cè)、北側(cè)均為主干道，南側(cè)為污水處理站，西、北和南側(cè)均無(wú)法出土，所以?xún)蓚€(gè)出土口設(shè)在東側(cè)，在第一層中間對(duì)撐位置、出土口2第一層角撐位置設(shè)置棧橋，利用工程樁，把棧橋外延設(shè)7個(gè)挖土平臺(tái)和堆土平臺(tái)，利用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)在挖土平臺(tái)上進(jìn)行多點(diǎn)土方開(kāi)挖，然后渣土車(chē)通過(guò)棧橋從出土口1、出土口2外運(yùn)。

4)對(duì)電梯井等坑中坑安全施工的問(wèn)題，要求土方開(kāi)挖至坑底后，留施工縫，施工墊層、地下車(chē)庫(kù)底板至支護(hù)樁邊，待墊層、底板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，再開(kāi)挖電梯井等坑中坑土方[7-8]。

3.3 結(jié)果分析

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)采用常規(guī)型式，工程造價(jià)8 200萬(wàn)元。如果采用地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻厚1 m，地下連續(xù)墻進(jìn)入⑤-1層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖不少于1 m(見(jiàn)圖2)，則地下連續(xù)墻深度58.2 m，工程造價(jià)11 000萬(wàn)元，比常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)型式增加工程造價(jià)2 800萬(wàn)元。

2)基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容很多，有水平位移、豎向位移、立柱沉降、支撐軸力、地下水位面和周邊敏感建(構(gòu))筑物沉降等，但巖土界共識(shí)水平位移最能反映設(shè)計(jì)效果和基坑安全性。設(shè)計(jì)時(shí)，沿基坑四周支護(hù)樁樁頂設(shè)置了23個(gè)基坑水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖1)，23個(gè)基坑水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示：a.從基坑土方2019年6月12日開(kāi)挖開(kāi)始，支護(hù)樁樁頂水平位移逐漸增大，至基坑底板施工結(jié)束后，即從2020年10月24日開(kāi)始，水平位移趨向穩(wěn)定；b.2019年6月12日～2020年10月24日的監(jiān)測(cè)期內(nèi)，支護(hù)樁樁頂累計(jì)水平位移最大點(diǎn)位于出土口1的ZDS20，累計(jì)位移達(dá)22.7 mm，但沒(méi)有超過(guò)報(bào)警值32 mm，一則說(shuō)明ZDS20監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移受渣土車(chē)荷載影響明顯，二則說(shuō)明常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅經(jīng)濟(jì)，而且確保了基坑工程本身和周邊敏感建(構(gòu))筑物安全[9-11]。

3)攪拌樁樁間采用高壓旋噴樁，不僅提高了攪拌樁的止水性能，而且提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，確保土方開(kāi)挖過(guò)程中每一工況的變形控制。另外，高壓旋噴樁樁頂未到場(chǎng)地面，節(jié)約了水泥材料。

4)在第一層支撐設(shè)置棧橋及挖土、堆土平臺(tái)，與設(shè)置螺旋形棧橋至第四層支撐相比，設(shè)計(jì)難度降低了很多，而且棧橋節(jié)約工程造價(jià)1 000萬(wàn)元，節(jié)約工期兩個(gè)月。

4 結(jié)語(yǔ)

1)選擇城市中心區(qū)巨厚軟土地層中超深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)型式時(shí)，不要把地下連續(xù)墻作為首選，施工工藝成熟的鉆孔灌注樁結(jié)合內(nèi)支撐和止水帷幕，也能保證超深基坑、周邊敏感建(構(gòu))筑物和毗鄰基坑的安全。但是，支護(hù)樁必須穿越軟土。

2)在受限復(fù)雜場(chǎng)地條件下的超深基坑，可以利用支撐、工程樁設(shè)置棧橋、挖土平臺(tái)和堆土平臺(tái)，進(jìn)行多點(diǎn)土方開(kāi)挖外運(yùn)。

3)本著節(jié)約材料的原則，水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁，可以根據(jù)工程地質(zhì)條件確定樁長(zhǎng)，而樁頂不一定與場(chǎng)地面齊平。