成都市区临河异形超深基坑支护设计实例探讨.pdf

2023年6 月第43 卷第2 期四川地质学报Vol.43No.2Jun.,2023成都市区临河异形超深基坑支护设计实例探讨任东兴，赵勇，薛鹏（中冶成都勘察研究总院有限公司，成都6 10 0 2 3）摘要：以成都某超高层建筑超深基坑为例，探讨了成都市区复杂环境影响下超深基坑的支护措施。针对本项目的特点，项目采用了管井降水和基坑明排方案，临河侧未采取全坑壁止水措施；基坑支护分段设置，在西侧、东侧基坑边界之间（ABC段）和东侧、南侧基坑边界之间（BCD段）设置内支撑，代替锚索，采用排桩+内支撑相结合的方式支护；南侧基坑采用排桩+预应力锚索的方式进行支护（DE段）。监测结果表明，基坑开挖过程中，变形控制满足规范要求，是一次成功的支护案例。关键词：超深基坑；基坑支护；内支撑；预应力锚索中图分类号：TU398.7DOI:10.3969/j.issn.1006-0995.2023.02.017近十余年来，成都的基础建设经历了一个飞速发展的阶段，超高层建筑、地铁建设规模不断刷新记录，不同的建筑物相互交错已是常态。由于建设地块大小、周边环境限制，为了获得更多的可利用空间，建设工程不得不向更深的地下需求发展空间（苏培东等，2 0 2 0），因此，出现了大量的超深基坑工程，底板埋深大多超过2 0 m（张军新等，2 0 2 0），其中绿地中心蜀峰46 8 项目的基坑开挖深度为2 8.15 31.8 5 m（高岩川等，2 0 2 0），地铁锦城广场站最大开挖深度甚至达到41m（何凤等，2 0 2 0；周会迪等，2 0 2 0）。同时，成都市的水网体系十分发达，有三条河道（府河（锦江）南河、沙河）流经中心城区，其余河渠70余条（金磊等，2 0 19），在成都市区进行超深基坑工程建设时，极可能遭遇管涌突水灾害，必须做好基坑的止水、排水工作。可见，为了保证基坑工程安全，复杂的周边环境不仅增加了工程的安全风险，也迫使基坑支护工程的费用极大提高。成都某建筑项目西侧紧邻锦江，最近距离仅30 m，南侧紧邻多层住宅，东侧龙舟路规划有地铁13号线、西侧有地铁6 号线通过，两条线路距基坑边界都仅10 余米，基坑开挖深度达到26m，受地块限制，项目基坑平面形态异形（图1）。根据地铁要求，若要使用锚索，是不能进入地铁构筑物范围的。因此，本项目的周边环境十分复杂，在保证基坑稳定的基础上，必须严格控制变形。本文就以该项目为例，探讨成都市区复杂环境影响下超深基坑的支护措施，以期能为类似工程提供借鉴经验。收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 9作者简介：任东兴（19 8 1一），男，四川遂宁人，高级工程师，主要从事岩土工程勘察设计及研究工作294文献标识码：A江文章编号：10 0 6-0 9 9 5（2 0 2 3）0 2-0 2 9 4-0 8图1项目平面图及周边环境成都市区临河异形超深基坑支护设计实例探讨1工程概况L该建筑项目位于成都市锦江区三官堂街与龙舟路交汇处，总规划建设用地面积5356.74m。拟建物主要包括1栋2 9 F的超高层商业综合体，主楼高度117 m，构筑物最高点达到12 7 m，其中地下5 层，基础最大埋深为2 6 m。2工程水文地质条件拟建场地位于成都市锦江区三官堂街与龙舟路交汇处。场地开阔，地势平坦，属成都平原岷江水系I级阶地，交通便利。勘探点孔口高程一般介于49 4.311 49 4.8 5 7 m,最大高差0.5 46 m，平均高程494.588 m。据钻探揭示，场地地层结构简单，从上往下主要由第四纪全新统杂填土（Q4），第四系上更新统冲洪积砂卵石层（Q4atpl），白垩系上统灌口组泥岩（Kzg）等组成，砂卵石层中水量丰富，地下水位埋深为5.0m。杂填土（Q4）：由建筑垃圾为主，杂色，松散，少量砂粒及粘性土组成。层厚1.13.5 m。第四系上更新统冲洪积砂卵石层（Q4*）：由细沙、中砂、卵石组成，具二元结构，上部为细砂层，厚0.5 2.4m；中砂在卵石层中以夹层或透镜体形式局部分布，层厚0.6 0 2.7 0 m；卵石层位于下部，层厚9.8 0 10.2 m，一般粒径310 cm，部分粒径大于12 cm，混少量漂石。充填物主要为中砂，混少量砾石和粘性土。该层为主要的含水层，富水性强，透水性好，渗透系数可取2 5 m/d。泥岩（K2g）：棕红一紫红色，薄一中厚层状构造，强风化层泥岩厚6.10 7.2 0 m。3基坑支护面临的问题3.1管涌突水基坑西侧边界距离锦江最近距离仅30 m，砂卵石层厚10.312.6 m，底板标高为48 148 2 m，中砂层呈透镜体状分布于卵石层中，地下水水量丰富，丰水期最高地下水位埋深3m，标高49 2 m，锦江水面高程约49 0 m，基坑开挖至砂卵石层底板标高（48 1.5 m）的过程中，存在管涌突水的风险，因此，有效完成降水和防止基坑管涌突水等问题是基坑成功施工的关键。3.2基坑稳定和大变形本项目场地位于城市中心区域，地理位置极为显要，地块受空间限制，平面上异形（图1）。基坑最大开挖深度约2 6 m，开挖面积约36 0 8 m，周边环境复杂，南侧靠近多层建筑段将形成多个阳角，基坑设计和施工必须严格控制变形。基坑支护一旦失败，将造成巨大的经济损失。即使出现较大的基坑变形，或者引起地面沉降，也将造成非常恶劣的社会负面影响，因此，必须保证基坑稳定，严格控制变形。4基坑设计基于以上问题，在对本基坑进行设计时，应首先考虑坑内降水、坑壁止水问题，然后考虑基坑稳定、29546.53士中美12.98图2 场地典型地质剖面图4o.0-40.5:0m25519.9612023年6 月第43卷第2 期变形控制以及开挖过程控制。鉴于已有经验，在三官堂街、龙舟路应考虑地铁相关部门的要求和限制，南侧有低层住宅的区段重点控制地表变形（图3），施工开挖采用逆作法，实施过程中严格按照设计控制开挖顺序。具体设计以下详述。四川地质学报Vol.43No.2Jun.,2023离水井内江26.00用地红线图3项目基坑支护降水布置平面图4.1降水设计4.1.1 降水设计计算拟建基坑平面异形，降水面积36 0 8 m，开挖最大深度2 6.6 m，降水设计参数如下：地下水设计降深S为8 m（砂卵石层底板以下），砂卵石层渗透系数K为2 5 m/d，潜水含水层厚度H为7.7 8.2 m，降水井过滤器半径rw=0.3m。根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）和建筑与市政工程地下水控制技术规范（JGJ111-2016）的要求，依据项目的降水井边界条件，降水计算按照潜水完整井稳定流公式进行计算。（1）基坑等效半径（2）降水井影响半径（3）抽水井有效半径（4）基坑总涌水量（5）单井出水能力296ro=/层=44.8 5 mR=2S/R=226.47mR=R+r=271.3mQ点=1.366k/2H-S/S=2798m/dlg(RO/r。)q=120 =140m/d成都市区临河异形超深基坑支护设计实例探讨（6）井点最少数n=(Q/q)1.1n22(口)4.1.2设计方案（1）降水方案：该项目采用重型井点（管井）降水方案，降水井间距约16.0 m，本项目场地为成都地区典型的地质结构，即上部为10 余米的砂卵石层，下部为红层泥岩，因此，综合考虑降水井设计深度取值为30.0 m，共布置降水井2 2 口（图3）。降水井井径均为6 0 0 mm，采用钢筋混凝土管，外径36 0 mm，内径30 0 mm，共由12根井管组成，分滤水管和盲管两种，长度均为2.5 m。其中，最底1根放置盲管，作沉砂用，其上透水层采用滤水管8 根，最顶部采用盲管3根。（2）地下水明排方案：设置降水井后，基岩顶板上12 m左右地下水无法通过降水井降低至基岩顶面，该深度范围基坑开挖过程中采用明排方式解决；基坑开挖至基岩面时在场地周边设置排水沟和积水坑采用水泵抽排地下水。TTTTTTTTTTTT工况1514399092?一26.5图4支护桩典型力学分析模型（其中-表达不同工况，详见表2）-5505500.500.5100主层参数1杂填土2卵石3中砂4卵石5强风化泥岩6中风化泥岩11000.55409单位：m270270540101010202020TTTTTTTTTTTTTTTTTTTT3032.5d支反加(KN)（3）临河侧止水方案：未考虑临河侧全竖向惟幕止水措施，在ABC段局部桩间采用高压旋喷桩止水惟幕，减小锦江水对基坑内部的影响。4.1.3降水工程对周边工程的影响分析本项目地下水位位于卵石层中，地下水位下降会引起地基土自重应力增加，使建筑物产生附加沉降，但这种变形应具备的条件是基底下有较厚的常处于地下水位以下的可压缩性土，但本场地易压缩土层等均在地下水位以上，因此，降水期间所引起的沉降将主要发生在卵石层中。但由于本工程抽水时间很短，加之卵石层结构紧密，属低压缩性土，只要控制好降水井出水含砂量，降水所引起的沉降将不会影响周边相临建筑物安全。同时，成都地区大量工程的降水沉降验算和降水实例均证明，只要保证施工质量，采用管井降水是不会引起地面沉降和相邻建筑沉降的。2973032.5d位秋(mm)(-15.13)-(0.11)(0.00)-(0.00)图5 拆掉撑1后的内力位移包络图3032.50L弯短(KN-m)(-973.89)-(994.21)(-740.90)-(442.66)剪加(KN)(-492.76)-(433.75)(380.36)-(310.02)2023年6 月第43卷第2 期4.2基坑支护设计地铁6 号线、建设中的13号线将分别从三官堂街和龙舟路通过，规划的地铁13号线距支护桩16.9 4m，地铁6 号线距支护桩12.6 6 m，居民住宅距支护桩最近处为8.6 2 m，物管房距支护桩最近处约4m，根据地表1各土层参数表表2 基坑开挖过程中的计算工况类型表天然重度工况号工况类型深度(m)层号土类名称层厚(m)1杂填土2卵石3中砂4卵石5强风化岩6中风化岩铁主管部门要求，锚索不能进人地下构筑物范围。因此，考虑到周边环境复杂和地铁特殊要求，分段设置围护结构，在西侧、东侧基坑边界之间（ABC段），东侧、南侧基坑边界之间（BCD段）设置内支撑，代替锚索，采用排桩+内支撑相结合的方式支护，南侧基坑采用排桩+预应力锚索的方式进行支护（DE段）。4.2.1支护设计计算取基坑西侧作为支护桩典型计算剖面，其力学分析模型详见图4，计算参数和计算工况见表1和表2，内力位移计算结果见图5。4.2.2支护方案500-5.800支撑2-11.250支撑3-14.950地下室外墙26.00排水沟0099图6 基坑东侧、西侧支护结构典型剖面ABC段（1-1剖面）：采用三道内支撑+排桩支护，桩径1.2 0 m，桩长32.0 0 m，桩间距2.0 0 m，共计9 5根；三层支撑分别位于标高-2.7 0 m、-8.0 0 m 和-13.5 m（图6），每一层设置6 道支撑，相邻支撑设置连梁，提高整体性。CD段、EA段：采用三道内支撑+排桩支护，桩径1.2 0 m，桩长32.5 0 m，桩间距1.8 0 m，共计38 根；298四川地质学报浮重度(kN/m)粘聚力(kPa)内摩擦角(kN/m)3.5016.52.7020.01.2019.55.7022.05.2021.020.0023.0支撑-2.700-8.0013.500Vol.43No.2Jun.,2023支锚道号1开挖10.008.000.0025.000.0020.0012.00.0011.0150.0013.0200.00采用C15硬化，厚10 0 m自然地坪（取49 4.6 5 m)排水沟腰染112640C20素砼换撑带腰梁2C20素砼换撑带腰梁3C20素砼换撑带沙砾石回填，压实系数不小于0.9 412001200支护柱12003.2002加撑3开挖4加撑38.00535.00640.00789101112131415道路红线0000000051200020001-1剖面图（AB/BC段）桩间距20 2516200382001200支护桩1-1横剖面图注：