復雜環境下深基坑樁墻合一逆作法支護設計應用研究

茆乘龍 王繼果

摘要：老城區深基坑周邊往往有相當規模的老舊建筑和密集的市政管網，對開挖過程中基坑支護結構變形控制有非常高的要求。針對該深基坑周邊復雜環境，采用樁墻合一逆作法的支護結構設計方案，運用理正軟件進行計算，采用PLAXIS軟件對基坑施工期間周邊房屋和市政道路等的變形進行分析。分析結果表明該支護結構方案能夠有效保護基坑周邊建筑物和道路管線。

關鍵詞：?復雜環境深基坑樁墻合一?逆作法

中國分類號：TU753文獻標識碼：A

Research?on?the?Supporting?Design?and?Application?of?Deep?Foundation?Pits?with?Pile-Wall?Integration?and?the?Topdown?Construction?Method?in?the?Complex?Environment

MAO?Chenglong1??WANG?Jiguo2

（1.Jiangsu?Xiangkai?Geotechnical?Engineering?Co.，?Ltd.，?Nanjing，?Jiangsu?Province，?210001?China；2.Sanjiang?University，Nanjing，?Jiangsu?Province，?210001?China）

Abstract：?There?are?often?considerable?old?buildings?and?dense?municipal?pipe?networks?around?deep?foundation?pits?in?old?urban?areas，?which?has?a?very?high?requirement?for?the?deformation?control?of?the?supporting?structure??of?foundation?pits?during?excavation.?In?view?of?the?complex?environment?around?such?deep?foundation?pits，?the?design?scheme?of?the?supporting?structure?with?pile-wall?integration?and?the?topdown?construction?method?is?adopted，?calculation?is?carried?out?by?correction?software，?and?the?deformation?of?surroundin?houses?and?roads?is?analyzed?by?PLAXIS?software?during?the?construction?of?foundation?pits.?The?analysis?results?show?that?the?scheme?of?the?supporting?structure?can?effectively?protect?buildings?and?road?pipelines?around?foundation?pits.

Key?Words：?Complex?environment;?Deep?foundation?pit;?Pile-wall?integration;?Topdown?construction?method

中圖分類號：TU753

周杰[1]指出中國城市化的發展和經濟實力的增強，帶來深基坑工程體量的增大和愈加復雜的工程條件，使得深基坑工程的設計和施工面臨更多的難題。

蔡宗鵬[2]通過有限元軟件分析結果與監測數據對比，指出數值計算不可能完全模擬工程實際情況，在某些方面必須要進行了簡化，有限元分析結果與實測數據有差別，但可以指導施工。徐鵬等[3]研究了基坑開挖對鄰近多層建筑物的條形基礎的影響進行了模擬分析，提出當淺基礎位于距坑邊0.3He～1.0He（He為開挖深度）范圍時，其沉降受開挖影響較大。

趙帥等[4]使用FLAC3D對基坑的開挖過程進行數值模擬，發現沉降量隨著距基坑邊緣距離的增加而減小，最終降低為零。譚天翔[5]依托具體工程案例建立三維數值模型，對鄰近建筑物與基坑的間距等試驗結果做出分析討論，指出建筑物與基坑間距減小時，建筑物基礎不均勻沉降程度加大，建筑物荷載對基坑邊墻的影響也在加劇。

程秋實[6]通過對實際監測數據分析研究基坑開挖引起坑頂水平位移等在時間與空間上的變化規律，指出基坑開挖產生的變形和支柱應力也隨時間增大，圍護結構的水平位移、地表沉降、管線位移變化大多呈基坑中軸線處最大，兩側逐漸減小的趨勢。

1??工程概況

1.1項目周邊環境

項目建設地點位于南京市秦淮區五老村街道，西至長白街，東至四條巷，南至市級文保單位李鴻章祠堂，北至現狀七層住宅。

北側基坑邊線距離七層住宅14.86m，該住宅為磚混結構，磚砌條形基礎；東側基坑邊線距離現有道路四條巷5.50m，道路下分布較多市政管線，距離五層住宅15.0～16.9m，該住宅為混凝土結構，混凝土獨立基礎；南側基礎邊線距離三層住宅3.57m，該住宅為磚混結構，磚砌條形基礎；西側基坑邊線距離現有道路長白街3.0m，道路下分布較多市政管線，距離五老村小區27.5～29.0m，小區內住宅為五層～七層混凝土結構，混凝土獨立基礎。

1.2項目信息

擬建辦公樓地上總層數為六層，辦公樓檐口高度16.2m，設置三層地下車庫。地上部分總建筑面積為8165m2，地下車庫總建筑面積9550m2。地下車庫主要功能為停車位、配套用房和消防配套設施。擬建建筑采用鋼筋混凝土框架結構，采取鉆孔灌注樁的基礎形式?；娱_挖范圍：周長246m，面積3310?m2，挖深14.60m。

1.3地質及水文條件

項目場地屬沖積平原地貌單元。場地現狀標高為?8.07m～8.59m，起伏較小，較為平坦。

基坑土方開挖深度內土層如下：土層1雜填土；土層2粉質黏土；土層3粉砂；土層4淤泥質粉質黏土夾粉土；土層5粉質黏土?；娱_挖面以下主要土層為：粉質黏土，粉質黏土，粉質黏土，卵石，強風化泥質粉砂巖，中風化泥巖，中風化泥質粉砂巖。

勘察資料顯示場地土層含有潛水、承壓水和基巖裂隙水等三類地下水類型。潛水影響較大，主要存在于雜填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土夾粉土和粉砂中。承壓水通常存在于卵石層?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖強風化巖層的風化裂隙和中等風化巖層的構造裂隙中。潛水穩定水位6.15～6.30m，承壓水位標高約為2.5m，基巖裂隙水對基坑工程影響不大。

2??基坑圍護方案

2.1基坑圍護設計原則及標準

豎向擋土結構既作為土方開挖期間臨時擋土結構使用，同時作為地下室永久性結構外墻使用。

豎向擋土結構設計使用年限取50年；圍護結構安全等級取一級，重要性系數取1.1。

基坑環境保護等級取一級。

2.2圍護結構方案選型及設計

基坑周邊環境復雜對基坑施工期間變形控制要求嚴格，經多方案對比，本項目支護設計采用豎向擋土結構與地下室外墻二合一的形式，豎向擋土結構既作為土方開挖期間臨時擋土結構使用，同時作為地下室永久性結構外墻使用。地下室結構采用逆作法施工，逆作施工階段利用地下室結構梁板作為水平支撐，采用支承立柱和立柱樁作為豎向承重構件。

項目基坑圍護結構方案：豎向擋土結構樁墻合一，基坑周邊采用雙排～三排三軸深攪樁內插支護排樁作為圍護體，既作為基坑開挖階段的擋土隔水圍護體，又作為永久使用階段的地下室外墻一部分，永久使用階段在支護排樁內側設置內襯墻，形成排樁與內襯墻復合外墻；地下結構樓板作為基坑開挖階段的水平支撐系統，支撐系統剛度大，對水平變形的控制極為有效，對周邊環境保護非常有利；豎向支承系統采用一柱一樁，鋼管混凝土柱與鉆孔灌注樁相結合作為基坑開挖階段的豎向支承系統，立柱樁利用主體結構工程樁；坑內設置管井井點進行降水。

2.3典型圍護結構剖面計算分析

取基坑北側控制要求最高的AB段作為典型剖面進行分析。根據相關規范監測指標取值如下：圍護結構水平位移取30.00mm，深層位移取38.00mm，道路沉降取30.00mm，房屋沉降取12.50mm。

AB段基坑頂標高取+8.20m，基坑開挖底部標高取-6.40m，基坑挖深取14.60m。

基坑頂取滿布面荷載20kPa，北側基坑邊線距離七層住宅14.86m，該住宅為磚混結構，磚砌條形基礎，天然地基，考慮局部附加荷載85kPa。圍護結構采用鉆孔灌注樁φ1200@1400加三層樓板逆作法，止水帷幕采用三排三軸深攪樁φ850@1200，坑內降水采用管井降水。

2.3.1理正軟件計算

取基坑開挖到底的最不利工況進行分析，結果如下。

由圖2可知，圍護結構頂部最大水平位移為4.2mm，深層位移為20.57mm，滿足監測指標要求。

由圖3可知，周邊道路最大沉降值為20.0mm，滿足監測指標要求。

2.3.2有限元分析

基坑建模分析采用專業有限元軟件PLAXIS?2D。分析模型尺寸：寬180m，高60m；本構模型選HS-small。

由圖4可知，圍護結構頂部最大水平位移0.7978mm，最大深層位移12.10mm，滿足監測指標要求。

由圖5可知，周邊道路最大沉降7.343mm，滿足監測指標要求。

由圖6可知，房屋最大沉降值3.385mm，滿足監測指標要求。

3??基坑監測方案

依據項目要求、周邊房屋道路現狀情況以及項目特點，結合本地區基坑工程經驗，基于安全、經濟、合理原則確定監測要求，在3倍開挖深度范圍內布設相應監測點。

（1）圍護結構頂頂垂直和水平位移。布點間距不大于15m，監測點沿基坑周邊均勻分布。

（2）基坑外深層土體深層水平位移。布點間距不大于25m，測斜管深度同支護樁長度

（3）地下結構梁、板鋼筋應力。每層地下結構均勻設置結構梁鋼筋應力測點，每層地下結構均勻設置結構板鋼筋應力測點。

（4）立柱水平位移和豎向沉降及差異沉降。逐根監測一柱一樁鋼立柱頂部位移和沉降。

（5）周邊道路路面沉降、裂縫及市政管線沉降和水平位移。在周邊市政道路和施工道路中心位置及市政管線上布設沉降監測點，市政管線及其它地下管線監測盡量采用直接點監測。

（6）鄰近建、構筑物水平位移、沉降、傾斜和裂縫監測。在鄰近建構筑物角點和跨中位置布設監測點，測點間距不大于10m。

（7）基坑外水位觀測。觀測井布設于基坑外圍，間距不大于50m；觀測井管徑不小于100mm，井徑不小于400mm；觀測井深度不小于25m。

4??結論

根據計算分析，樁墻合一逆作法支護方案能夠有效降低基坑開挖對周邊建筑物、道路管線等的影響，且能夠有限減小建設工期，是老城區復雜周邊環境下深基坑支護很好的選擇。

（1）圍護結構變形和周邊道路變形隨著基坑開挖深度的增大呈現逐漸增加的趨勢，當基坑開挖到底趨于穩定。

（2）采用地下室樓板結構作水平支撐系統，能夠有效控制基坑施工過程中的變形。

（3）理正軟件分析能夠滿足基坑施工變形控制要求。

（4）PLAXIS軟件能夠很好地分析基坑施工過程中的支護結構變形和周邊環境變形，確保環境安全。

參考文獻

[1]? 周杰.?復雜條件下某地下工程深基坑支護結構設計與施工關鍵技術研究[D].?揚州：揚州大學，?2021.

[2]??蔡宗鵬.?深基坑支護結構數值模擬研究[J].?石材，2023（7）：73-74.

[3]? 徐鵬，陳磊，趙志峰.?城市深基坑開挖對鄰近多層建筑物的影響[J].?武漢大學學報（工學版），2023，56（6）：694-699.

[4]? 趙帥，余建民，王榮彥.?深基坑開挖對鄰近住宅樓的變形影響分析[J].?河南科技，2023，42（10）：63-66.

[5]? 譚天翔.?西安市某深基坑開挖對鄰近建筑物位移特征影響研究[D].?西安：西安理工大學，?2022.

[6]? 程秋實.?深圳市某深基坑施工變形監測與預測研究[D].?長春：吉林大學，?2022.