南京双门楼综合楼基坑支护设计与实测研究

刘 峰，彭朝国

(1．南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210093;2．江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007)

南京双门楼综合楼基坑支护设计与实测研究

刘 峰1，2，彭朝国2

(1．南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210093;2．江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007)

在城市深基坑开挖施工中，钻孔灌注桩和钢筋混凝土支撑具有良好的挡土和支护作用，而深层搅拌桩和桩间旋喷桩形成的双层止水帷幕则具有良好的止水作用。结合南京某工程实例，利用上述关键技术解决了城市中心超深基坑的支护设计及施工问题，取得了较好的安全和经济效益，对类似工程地质、水文地质条件下的深基坑工程有很好的借鉴意义。

砂土深基坑;双层止水帷幕;基坑监测;江苏南京

0 引言

随着城市高层建筑、地铁和重大市政工程建设的发展，深基坑工程越来越多，深基坑围护工程面临周围环境条件复杂、支护结构形式多样化等问题已成为当前地基和基础工程中的热点和难点问题。而基坑支护往往又是工程施工的重点和难点，具有复杂性、可变性和临时性的特点(易晓勇，2010)。因此，如何保证支护结构及周边环境的稳定就成为深基坑研究的首要问题(赵洪波等，2006)，研究深基坑开挖过程中周围土体和支护结构随时空效应、地下水位变化而产生的变形特性也显得日益迫切和重要。笔者根据基坑开挖施工过程中获得的实测数据，对超深基坑工程支护以及止水帷幕的设计施工方案进行了可行性验证，并分析和研究了支护结构的变形、应力、基坑周围土压力以地下水位的变化。

1 工程概况

南京某公司双门楼综合楼基坑工程位于虎踞路以东、中山北路以南、双门楼路以北的三角地块。拟建综合楼地上29层，地下3层，框架剪力墙结构，基础埋深约－16.00m。

1．1 工程地质条件

本工程基坑部分影响范围内的土层自上而下依次为：①-1杂填土，①-2素填土，②-1粉土，②-2粉砂，②-3粉土，②-4粉砂，②-5粉砂，③粉质黏土。各层土的物理力学指标如表1所示。

1.2 水文地质条件

与本工程有关的地下水类型属孔隙潜水，主要赋存于①、②土层中。施工期间测得初见地下水位埋深为1.80m～2.30m，稳定地下水位埋深为1.50m～2.00m，年变幅为1.00m左右，建设最高水位按场区整平后地表下0.5m考虑。

2 基坑支护结构的设计

2.1 方案设计

根据周边环境要求、工程地质、水文地质条件及基坑挖深，综合确定本工程侧壁安全等级为一级。沿基坑周边采用φ1000@1200钻孔灌注桩加3层钢筋混凝土支撑作为支护结构;采用三轴深搅桩和桩间旋喷桩形成的双层止水帷幕止水，坑内采用管井降水，并对施工过程中多种质量保证措施提出了严格的要求(图1)。

2.2 理论计算

本工程采用理正深基坑设计软件，对不同剖面进行了计算设计：基坑各区段均采用3层锚杆支护，bcd区段和def区段采用一级放坡，各区段的垂直高度和嵌固深度如表2所示。通过计算可知，混凝土支撑的土压力主要集中在中下部，第2层和第3层支撑轴力分别为7 264.84kN和7 206.76kN，第1层支撑轴力只有1 474.40kN(表3)。

表1 土的物理力学指标

图1 基坑支撑体系平面与监测点布置图

表2 基坑理论计算结果汇总表

表3 基坑内支撑轴力计算结果

3 基坑开挖过程实测与研究

深基坑开挖会引起周边土体变形，对基坑围护结构和环境产生影响，严重时将影响结构的正常使用，甚至导致结构本身或周边环境破坏等事故。造成资金的重大损失和人员伤亡，在深基坑工程建设中不乏这方面的惨重教训(王浩等，2006;二滩水电开发有限责任公司，1999)。在施工过程中，可以利用监测系统采集支撑轴力、坑外地下水位、基坑深层土体位移和路面沉降等相关信息，通过分析这些信息，可以从中找出事故隐患，进而开挖前采取措施避免事故的发生。

3.1 施工监测的目的(杨淑娟等，2006)

(1)将监测数据与预测值比较，以判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，做好信息化施工。

(2)将现场测量结果用于信息化反馈优化设计，使设计达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。

(3)将现场监测的结构与理论预测值比较，然后采用反分析法导出更接近实际的理论公式，用以指导其他工程。

3.2 监测布置

监测点布置按照监测方案和现场施工实际情况进行布置，主要围绕工程支护结构(基坑开挖会引起的变形和内力)进行，观测点主要布置在支护结构受力大、相对薄弱的位置。由于本工程位于南京市中心，基坑条件及周边环境均比较复杂，为确保基坑工程施工中支护结构自身与邻近建筑及周围地下设施的安全，基坑支护设计布置了完整的监测体系，其监测点的布置如图1所示，并提出了具体的监测要求和各项预警指标，主要监测项目如表4所示，监测与测试的控制允许值如表5所示。

表4 主要监测项目

3.3 监测时间及频次

通常情况下，基坑监测的周期为2d。当变形超过有关标准或场地变化较大时，应加密监测次数;当大雨、暴雨或基坑荷载条件改变时应及时监测;当有危险事故征兆时应连续观测。根据该工程的工期进度安排，基坑监测时间与基坑施工保持同步。在开挖卸载急剧期间监测频次大约2d 1次，其余时间为3d～5d 1次，间隔时间需要根据工程实际情况适当调整。

3.4 基坑监测结果分析

3.4.1 支撑轴力监测 部分支撑轴力监测结果(ZC3、ZC8、ZC15)如图2所示。第1层支撑随着土方开挖轴力逐渐增大，至第2层支撑完成后轴力明显减弱，随着基坑开挖轴力又逐渐增大。第2层支撑轴力随着基坑开挖的加深，由于深层土体向基坑位移逐渐加大，第2层支撑受力逐渐加大，并明显大于第1层支撑。第3层支撑完成后，随着基坑开挖深度的增加，轴力逐渐加大，砼垫层浇筑完成后，3层轴力逐渐稳定，其中累计变化量最大值为ZC7，其值为5 451.3kN＜6 104.47kN(报警值)。

表5 监测与测试的控制允许值

图2 部分支撑轴力变化－时间曲线

3.4.2 坑外地下水位监测 部分观察井地下水位变化(SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6)如图 3 所示。从图3可以看出，随着基坑开挖深度的加深，坑外水位也随着下降，并逐渐趋于稳定。根据监测的结果，累计变化量最大点为 SW3，这主要是由于SW3抽水量较大导致的，所以后期采用小功率的抽水设备进行抽水，最后各观测井的地下水位逐步趋于稳定。

3.4.3 基坑深层土体位移监测 基坑深层土体位移监测CX1处的位移随时间变化曲线如图4所示。从图4可以看出，土体在基坑顶部和底部的位移累计值相对较小，中间部分的位移累计值大，并且最大值在距基坑顶部为8.0m左右，即第2层支撑所在位置，这与支撑轴力计算结果相符合，并且最大累计位移为D7，其累计位移值为18.2mm＜25mm(报警值)，能够保证基坑的正常开挖。

图3 观察井地下水位变化量－时间曲线(+为下降，－为上升)

图4 基坑深层土体位移变化图

图5 周围建筑物的沉降－时间曲线

3.4.4 沉降监测 本工程的沉降监测主要是指周围道路、地下管线、建筑物等的沉降监测。周围建筑物的沉降变化如图5所示。从图5可以看出，由于基坑的开挖，周围的建筑物都出现了不同程度的沉降。刚开始时的沉降量很小，随着基坑的开挖，周围建筑的沉降量也随之增加，但在基坑开挖完成之后可以明显地看出周围建筑物的累计沉降量已趋于稳定。其中H12监测点的累计沉降量最大，其值为8.9mm＜15mm(报警值)。结果显示，基坑的开挖对周围建筑物沉降的影响处于安全状态。

基坑开挖对于周围道路、地下管线的影响与对周围建筑物的影响是一致的，并且都控制在报警值之内。

3.4.5 基坑止水帷幕实施效果 本工程场地内以砂性土为主，开挖深度大，止水和降水的有效性是保证基坑工程成功的关键，基坑支护采用三轴深搅桩和桩间旋喷桩形成的双层止水帷幕止水，坑内采用管井降水，并在施工过程中采取多种措施保证施工质量，所以基坑开挖过程中没有出现渗透情况。

4 结语

介绍了南京某公司双门楼综合楼基坑设计及施工监测。开挖过程和监测结果表明，本工程支护结构、止水帷幕和降水体系的设计较为合理，对类似工程地质和水文地质条件的基坑工程有一定的借鉴意义。

(1)砼灌注桩加3层钢筋混凝土支撑组成的支护结构整体刚度大，能很好地控制支护结构的变形，保证基坑和外围环境的安全。

(2)虽然支撑轴力实测值接近、甚至超过计算值，但未达到报警值，所以，支撑结构设计应具有一定的安全储备。

(3)在特定条件下，实行有效的坑外控制性降水，可以减少支护结构的压力，增加安全度并降低造价，同时，产生的附加沉降是可控的，不会影响环境的安全。

(4)以砂性土为主的超深基坑，止水和降水的有效性是保证基坑工程成功的关键，本工程首次在南京地区采用三轴深搅桩和桩间旋喷桩形成的双层止水帷幕止水获得了成功，表明这是一种较好的止水方式。

二滩水电开发有限责任公司.1999.岩土工程安全监测手册［M］.北京：中国水利水电出版社.

王浩，覃卫民，汤华.2006.关于深基坑施工期监测现状的一些探讨［J］.岩土工程学报，28(B11)：1789－1793.

杨淑娟，张明义，宫月竹.2006.基坑支护工程的若干问题探讨［J］.青岛理工大学学报，27(4)：23－26.

易晓勇.2010.基坑支护设计的探讨研究［J］.城市建设，(6)：185.

赵洪波，茹忠亮.2006.基坑支护设计优化研究［J］.岩土工程学报，28(B11)：1525 －1528.

Deep foundation timbering design and monitoring for Shuangmenlou Building in Nanjing

LIU Feng1，2，PENG Chao-guo2

(1．School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing 210093，China;2．East China Geological Exploration Bureau of Nonferrous Metals，Jiangsu Province，Nanjing 210007，China)

During the construction of deep foundation excavation in urban area，cast-in-situ bored pile and reinforcement concrete were provided with retaining and supporting function and deep stir pile and meso-pile rotary jet grouting pile formed a dual water-proof curtain，the curtain possessed a fine water-proof effect．Based on the case study in Nanjing，the authors generated solutions on the supporting design and site construction for deep foundation pit by using cast-in-situ bored pile and reinforcement concrete as well as deep stir pile and meso-pile rotary jet grouting pile technologies．

Sandy clay deep foundation pit;Double waterproof curtain;Foundation pit monitoring;Nanjing，Jiangsu

TU473.2

A

1674－3636(2011)03－0322－06

10．3969/j．issn．1674-3636．2011．03．322

2011－05－27;编辑：蒋艳

刘峰(1966—)，男，高级工程师，长期从事岩土工程、勘察工程领域技术及管理研究，E-mail：liufeng0070@126．com