异形软土深基坑变形控制研究

［摘要］本文结合福州市老年体育中心基坑支护工程实例，探讨了ＳＭＷ工法桩＋二道钢筋混凝土支撑＋坑内加固在复杂周边环境异形软土深基坑支护设计中的运用，选取有效支护方案，通过软件计算、监测成果分析验证了支护结构体系和周边环境的安全性，总结城市复杂周边环境异形软土深基坑变形控制的经验，对类似工程具有一定的指导意义。

［关键词］异形基坑；软土地层；变形控制；ＳＭＷ工法桩；复杂周边环境

基坑工程会对周边环境造成巨大的影响，尤其是在城市建设过程中，基坑的开挖会引起周围土体应力场变化以及地面沉降等问题，因此在基坑施工过程中需要制定严格的施工方案以此降低对周边环境的影响［１］。基坑支护设计的原则为安全可靠、经济合理及施工便利并保证工期，确保周边环境安全，并在满足安全可靠的前提下，最大限度方便施工和缩短工期［６］。在实践中我们经常遇到在基坑开挖过程中支护结构没有发生破坏，但是周边建筑物却出现了裂缝、管道破坏等现象，结果造成巨大的损失，这些都是由于基坑施工变形造成的［１］。

１工程概况

福州市老年体育中心基坑支护工程位于福州市鼓楼区，设二层地下室，平面为不规则多边形，周长约４３０ｍ，面积约８５００ｍ２，±０００相当于罗零高程７８０ｍ，场地原地面标高－１４０ｍ（罗零高程６４０ｍ），底板面标高－９９０ｍ，地下室底板厚６００ｍｍ，垫层厚１００ｍｍ，基坑开挖深度为１００ｍ。基坑北侧距离海潮路约５０ｍ，西南侧距离琼东河约１５０ｍ，东南侧距离福州市海洋渔业局宿舍楼约８０～２００ｍ。其中福州市海洋渔业局宿舍楼为９０年代设计的浅基、砖混预制板结构，设计前房屋倾斜变形已超过规范要求，基坑安全等级为一级，工程重要性系数γ＝１１。周边环境条件详见图１。根据勘察报告，场地属于地貌单元为冲淤积平原地貌单元，岩土层自上而下主要为杂填土、淤泥、淤泥质土、（含泥）粉砂、粉质粘土、（含泥）粗中砂、粗砂及卵石等，淤泥、淤泥质土均夹薄层粉砂，层厚３５０～１４３０ｍ。场地稳定水位埋深约１５０～２６５ｍ（标高３７０～４９０ｍ），场地内对基坑工程有影响的含水层主要为（含泥）粉砂、（含泥）粗中砂层的承压水，承压水水位标高３７３ｍ，渗透系数Ｋｍ＝１０２３ｍ／ｄ。

２基坑支护方案及地下水控制

２.１基坑支护设计方案分析

根据本工程场地地质条件、周边环境条件、变形控制及工期的要求，该基坑初步支护设计方案可选用“钢板桩或排桩或ＳＭＷ工法桩＋钢支撑或砼支撑”的方案。由于该基坑开挖深度１０ｍ，深度较深，且属于软土基坑，钢板桩桩身强度较弱，变形大，需要多道支撑，不便于土方开挖及出土，且工期相对较长；若采用排桩虽然桩身强度较大，但桩基施工对周边环境影响较大，且需要另行设计截水帷幕，造价相对较高；结合本工程变形控制要求高、工期紧的特点，采用ＳＭＷ工法桩满足桩身强度要求，三轴搅拌桩具有止水挡泥效果，施工速度快，且对周边道路、河道驳岸及建（构）筑物影响相对较小。此外，砼支撑可以有效解决异形基坑支撑布置，协调变形稳定。综合以上分析，本基坑采用“ＳＭＷ工法桩＋二道砼支撑＋坑内加固”；地下水控制措施采用截（排）水、集水明排结合管井降水。

２.２基坑支护设计方案

本工程从地质条件、场地周边环境条件及经济分析等方面综合考虑，采用“ＳＭＷ工法桩＋二道钢筋混凝土支撑＋坑内加固”支护措施。三轴搅拌桩采用ϕ８５０＠６００，桩长２５ｍ；三轴搅拌桩内插Ｈ７００×３００×１３×２４型钢，桩长２４ｍ；支撑体系均采用钢筋混凝土结构；坑内加固采用ϕ６５０＠４５０单轴水泥搅拌桩（水泥掺入量２３％），加固范围６０００ｍｍ×６０００ｍｍ。根据基坑三侧变形控制要求的差异，海潮路侧（北侧）ＳＭＷ工法桩采用插二跳一，海洋渔业局宿舍侧（东南侧）采用ＳＭＷ工法桩采用密插；琼东河侧（西南侧）采用ＳＭＷ工法桩（两排ϕ８５０三轴搅拌桩采用插二跳一。具体支护方案如图２～３所示。

２.３基坑地下水控制方案

根据勘察资料，场地内对基坑工程有影响的地下含水层主要为杂填土、（含泥）粉砂、（含泥）粗中砂层；地表水主要为琼东河，琼东河水深约０５０～１５０ｍ（罗零标高在３５０～４５０ｍ），琼东河水与场地地下水具连通性，水力联系较强。由于（含泥）粉砂、（含泥）粗中砂层位于坑底以下，会产生突涌，层厚较厚，设置落地式截水帷幕造价昂贵，因此，本工程地下水控制措施采用截（排）水、集水明排结合管井降水。同时，由于琼东河水与场地地下水具连通性，水力联系较强，且淤泥、淤泥质土均夹薄层粉砂，琼东河侧设置两排ϕ８５０＠６００三轴搅拌桩，以加强该侧截水帷幕。此外，为了减少降水对海潮路及福州水产局宿舍的不利影响，该段设置回灌井。降水（回灌）井布置详见图２。

３支护结构的计算

３.１设计参数

支护结构各构件截面设计参数如下：支护桩ＳＭＷ工法桩（ϕ８５０＠６００三轴搅拌桩，内插Ｈ７００×３００×１３×２４型钢），立柱基础桩ϕ９００灌注桩，钢格构立柱５３０×５３０，冠梁（腰梁）１２００×８００，支撑梁１０００×８００，连系梁８００×８００，６５０＠４５０单轴水泥搅拌桩坑内加固范围６０００ｍｍ×６０００ｍｍ。混凝土强度等级为Ｃ３５，钢材Ｑ２３５Ｂ。土层参数详见表１，地下水位取现状地面下１５０ｍ。

３.２计算条件

根据《福州市深基坑与建筑边坡工程管理规定》，为保证基坑设计及计算结果的可靠性，应采用２套不同软件进行互校。本工程以同济启明星ＦＲＷＳ７２、ＢＳＣ４１计算为主，采用理正深基坑７０校核。基坑周边荷载按２０ｋＰａ，出土口４０ｋＰａ；建筑物附加荷载单层按１５ｋＰａ。支撑与立柱，立柱与立柱桩均采用铰接；冠梁之间、腰梁之间、支撑之间均采用固接。

３.３计算结果分析

本工程以同济启明星ＦＲＷＳ７２、ＢＳＣ４１计算为主，采用理正深基坑７０校核，具体计算结果详见表２。岩土工程根据表２可以看出，两套软件计算结果基本接近，水平位移、地表沉降最大值分别为１７８ｍｍ、１８５ｍｍ，均在２０ｍｍ以内。由于东南侧采用密插型钢、西南侧采用了双排三轴搅拌桩，因此东南侧、西南侧水平位移及地表沉降均相对较小，与设计预期基本相符。

４变形控制效果评价

根据本工程特点，监测项目主要有深层水平位移监测（测斜）、基坑围护桩顶水平位移观测、支撑梁内力监测、基坑立柱沉降观测、地下水位观测、基坑周边建构筑物及道路沉降观测、周边建筑物倾斜度观测，监测点平面布置图详见图４～５。本基坑工程施工时间：２０１４年２月１８日－２０１４年１２月３０日。图４基坑监测点平面

４.１深层水平位移

从表３可以看出，场地北侧（Ｃ８～Ｃ１３）各测斜点最大累计位移值１６０６～１８５４ｍｍ，平均值１７２６ｍｍ；东南侧（Ｃ３～Ｃ７）各测斜点最大累计位移值１００６～２０８０ｍｍ，平均值１５４６ｍｍ；西南侧（Ｃ１４～Ｃ１８、Ｃ１、Ｃ２）各测斜点最大累计位移值９４８～２０９６ｍｍ，平均值１５５４ｍｍ，深层水平位移基本控制在２０ｍｍ以内，与软件计算数值基本接近。从图６可以，场地东侧（福州市海洋渔业局宿舍Ｃ５测斜观测点深层最大累计位移值１７８０ｍｍ，发生在Ｃ１６测斜孔－７００ｍ处，２０１４１２８－２０１４１２１５由于受拔桩影响位移出现陡增。实测数据基本上与计算值接近。

４.２建筑物位移

从图７可以看出，邻近建筑物的累计沉降最大值为２８２５ｍｍ（Ｆ２８点），最小值为６８３ｍｍ（Ｆ２６点），平均值为１３９１ｍｍ。此外，根据东南侧福州市海洋渔业局宿舍楼倾斜度观测结果，基坑开挖过程中倾斜最大２４０５‰（基坑施工前倾斜较大，就已超规范要求），基本上接近初始值，基坑施工过程中建筑物倾斜稳定。

４.３周边道路位移

从图８可以看出，周边道路的累计沉降最大值为１９１０ｍｍ（Ｄ６点），最小值为４４１ｍｍ（Ｄ１点），平均值１０４２ｍｍ，与理论计算值基本接近。５结语（１）“ＳＭＷ工法桩＋二道砼支撑＋坑内加固”的支护形式，通过调整型钢间距、搅拌桩布置，可以有效控制不同变形要求，适用于需严格控制变形的城市复杂周边环境基坑。（２）结合监测结果分析，该方案对变形控制较好，最大水平位移变化量为２０９６ｍｍ，最大地表沉降变化量为１０４２ｍｍ，说明该处理方案效果较为理想，类似工程建议采用相同的方案处理。（３）双排三轴搅拌桩截水帷幕可以有效阻断临河基坑河水与填土的水利联系，止水效果明显。（４）在选择基坑支护方案时，需根据场地地质条件、周边环境条件及周边环境变形控制要求，分段考虑支护选型及变形控制限值。并在满足安全可靠的前提下，最大限度地方便施工和缩短工期。

参考文献

［１］郑刚，朱合华，刘新荣．基坑工程与地下工程安全及环境影响控制［Ｊ］．土木工程学报，２０１６（０６）．

［２］管淳．复杂周边环境基坑工程变形控制技术研究［Ｊ］．中国住宅设施，２０２０（１２）．

［３］施继余，胡瑛．复杂周边环境基坑变形控制技术［Ｊ］．建筑技术开发，２０２１（１２）．

［４］马志强．复杂周边环境下地铁车站深基坑施工全过程风险分析［Ｊ］．工程质量，２０２１（０８）．

［５］王曙光．复杂周边环境基坑工程变形控制技术［Ｊ］．岩土工程学报，２０１３（Ｓ１）．

［６］杨剑维．内支撑体系在复杂周边环境基坑中的应用［Ｊ］．广东土木与建筑，２０１６（Ｚ２）．

［７］付新明．桩＋内支撑支护体系在深圳某复杂周边环境基坑中的应用［Ｊ］．广东土木与建筑，２００９（１２）．

［８］宋立峰，左人宇．复杂周边环境条件下的基坑工程设计与施工［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００６（０９）．

［９］陈东，吕蒙军．复杂周边环境条件下的基坑工程设计与施工［Ｊ］．浙江建筑，２０１０（０８）．

［１０］马志强．复杂周边环境下地铁车站深基坑施工全过程风险分析［Ｊ］．工程质量，２０２１（０８）．

作者：蔺保云 单位：福州市勘测院