南京中山陵地下商场主体围护结构方案探讨

张雪燕

(甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所，甘肃兰州 730000)

近年来，在改革开放大潮推动下，我国建筑业蓬勃发展，建筑施工和管理亦步入信息化时代;同时高层、超高层建筑和城市地下空间的利用发展也促进了基坑工程设计和施工技术的进步。基坑围护体系的种类、各种围护体系的设计计算方法、施工技术、监测手段以及基坑工程理论在我国都有了长足的发展。基坑工程综合性较强，是系统工程，基坑支护设计方案的选择尤为重要，直接决定了基坑的安全性，同时决定了经济造价和施工工期［1］。现结合南京市中山陵地下商场现场实际情况，对其采用的多种基坑支护方法逐一说明。

1 工程概况

中山陵地下商场属于钟山风景区南侧外缘景区，总建筑面积约18 950 m2，位于沪宁高速公路高架桥(钻孔灌注桩基础，埋深约30 m)的南侧、宁杭公路中山门段北侧空地处，南与地铁二号线苜蓿园站相接，是旅客进入钟山风景区的门户地区。其主要建筑为地下2层，地上1层，地下2层为车库和商业街，地上1层为餐厅和接待中心等。1层室内地坪标高20.796 m(吴淞高程)，基坑底设计标高为9.196 m，基坑周长约300 m，最大挖深约11.60 m。

本工程重要性等级为二级，场地等级为二级(中等复杂)，地基复杂程度等级为二级地基(中等复杂)，抗震设防类别为丙类。基坑侧壁安全等级按二级设计，重要性系数按1.00取值［2］。

2 场地工程地质条件

2.1 地形、地貌

拟建场地位于沪宁高速公路高架桥的南侧、宁杭公路中山门段北侧空地处，地形有起伏，标高在20.00 m～25.00 m之间，呈北高南低态势。场地地貌单元属山前阶地及丘陵地貌。

2.2 场地岩土工程性质

在勘探深度内根据野外钻探，原位测试及室内试验综合分析，场地岩土层可分为五大层，现自上而下分述如下:①-1层杂填土:杂色，松散～稍密，含较多碎砖、石，量大于30%，主要为水泥地坪及碎石垫层，土质不均匀，堆龄不足2年，层厚0.30 m～2.50 m，层底埋深0.30 m～2.50 m。①-2层素填土:灰黄色，软～可塑，含少量碎砖石屑、植物根茎，局部含少量淤泥质填土，土质不均匀，填龄大于10 年，层厚0.50 m ～2.80 m，层底埋深0.80 m ～3.30 m。②层粉质粘土:黄褐色，可～硬塑，含少量铁、锰氧化物，稍有光泽，韧性、干强度中 ～高，层厚0.70 m ～6.40 m，层底埋深1.80 m ～8.60 m。③层碎石土:黄褐色，中密，钻孔所见粒径10.0 cm ～30.0 cm，量约50%～80%，无分选性，稍有磨圆，砾石多呈次棱角状，成分较杂，多为石英质，其间充填砂土及黄色粘性土，难以钻进，层厚1.70 m～5.40 m，层底埋深 4.70 m ～12.70 m。④层残坡积土:棕红色，密实，呈砂土状，含砾石及母岩碎块，量约30%～50%，局部土质较均一，主要为粉砂质泥岩及砂岩风化物，遇水易软化，层厚0.30 m～7.00 m，层底埋深5.10 m ～17.00 m。⑤-1层强风化泥岩、砂岩:棕红色、灰黄色，密实～坚硬，砂土状，风化强烈，呈块状结构，易于钻进，手易捏碎，属较软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，遇水易软化，层厚 0.50 m ～4.20 m，层底埋深 5.60 m ～14.30 m。⑤-2a层中风化泥岩、粉砂质泥岩:棕红色，硬，结构紧密，块状构造，层厚0.7 m左右，局部地段夹有砂岩，多数砂岩呈灰黄、黄褐色，少量砂岩呈棕红色，该岩层属极软岩，岩体完整，岩体基本质量等级属Ⅴ类。⑤-2b层中风化细砂岩、泥质粉砂岩:灰黄色、黄褐色，局部棕红色，坚硬，结构紧密，块状构造，局部地段为夹少量泥质粉砂岩，该岩层属较软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级属Ⅳ类，勘探未钻穿。

2.3 场地稳定性及不良地质作用

根据区域地质资料判定:拟建场区内无不良地质作用。根据钻探资料拟建场区无液化地层，无岩土地震稳定性问题，拟建场地是稳定的，适宜工程建设。

2.4 场地地下水及水、土腐蚀性评价

拟建场地属山前阶地及丘陵地貌，地下水类型属孔隙潜水及孔隙承压水，潜水主要赋存于①层填土中，主要受大气降水及地表水补给;承压水赋存于③层碎石中，承压水位埋深1.60 m～5.40 m，标高为 16.60 m ～19.50 m。地下水赋存量小，渗水少。地下水、土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

2.5 地震烈度及分组

本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，属设计地震第一组。

3 围护结构设计

3.1 设计计算原则

基坑侧壁安全等级按二级考虑，重要性系数取1.00。除放坡开挖方案未考虑基坑水平变形及基坑周围地表沉降外，其他两个方案基坑水平变形均不大于0.2%H且小于30 mm，而基坑周围地表沉降不大于0.15%H(其中H为基坑开挖深度)［3］。对基坑工程进行抗滑移和抗倾覆的整体稳定性检算;桩墙式支护结构亦进行基坑底部土体的抗隆起稳定性和抗渗流或抗管涌稳定性检算。基坑稳定性检算遵照YB 9258-97建筑基坑工程技术规范，JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程及DB 32/112-95南京地区地基基础设计规范进行。地面超载按20 kPa考虑，并考虑了邻近建筑物的影响［4］。

3.2 降排水设计

首先清除地表杂填土至地坪标高(20.796 m)，然后在基坑四周设置截水沟截排地面水，基坑周边地表须做成10 cm厚硬化地面，并设2%坡向的排水沟，防止地表水渗入基坑。

基坑内采用明沟排水，在坑底纵横向每隔20 m设一集水坑，基坑渗水沿排水明沟汇入集水坑，由水泵排至地面经处理后排入市政排水系统。

根据南京市基坑工程以往经验，本基坑开挖前采用降水井降水，降水井井距为20 m，将水降至基坑底面或中风化泥岩、砂岩之下。

对于周围对沉降敏感的建筑物、构筑物，应做好地下水的回灌工作。

3.3 围护结构设计

本次主体围护结构共拟定三个设计方案:

方案一:放坡开挖方案。本基坑除靠近沪宁高速公路桥桥台的35 m长度范围内采用土钉墙+锚杆方案支护外，其他各边均采用放坡开挖。开挖的边坡坡率为1∶0.75，随挖随于边坡上施作打锚杆挂网喷混凝土防护以止水。铁丝网用锚杆锚固;锚杆采用Φ18圆钢筋，其深入边坡内100 cm～500 cm，根据岩石破碎程度及防护情况确定;所喷射混凝土的强度等级不低于C20，厚度宜为10 cm，在喷射前拌和混凝土时应添加速凝剂，掺入量为水泥重量的2%～3%。该方案剖面布置如图1所示。

图1 放坡开挖方案剖面图（单位：mm）

经检算，该方案最不利工况下稳定安全系数为1.44。

该方案概算总投资最低，为1 092.12万元，这也是该方案最突出的优点。另外该方案为无支撑施工，施工主体工程时作业空间宽余、工期短。该方案边坡虽稳定，但是其基坑水平变形及基坑周围地表沉降均较大。该方案按照1∶0.75放坡后，边坡坡脚距沪宁高速公路桥水平距离仅为7 m。该边坡的开挖可能会危及桥基。

方案二:土钉墙+锚杆方案。结构形式:边坡开挖坡度为1∶0.1，在基坑开挖深度范围内，自上而下共设置2道锚杆和6道成孔注浆型土钉，孔径均为150 mm，倾角均为向下倾斜15°。锚杆长18 m～19.5 m，土钉长15.5 m～21 m。土钉与锚杆呈梅花形布设，纵横间距均为1.5 m。锚杆应通过张拉或拧紧螺母的办法施加预应力，其大小为锚杆轴向受拉承载力设计值的55%。锚杆、土钉材料均采用25SiMn热轧螺纹钢筋。在锚杆与土钉上布置纵横间距均为200 mm的Φ8钢筋网，然后喷射200 mm厚C20混凝土。该方案剖面布置如图2所示。

图2 土钉墙+锚杆方案剖面图（单位：mm）

经检算，该方案最不利工况下土钉墙整体稳定安全系数为2.19，抗滑移安全系数为 1.71，抗倾覆安全系数为 4.17。

该方案概算总投资为2 319.39万元。该方案具有边坡设置较陡、施工方便、造价较低廉、施工主体工程时作业空间宽余等优点。该方案与挖孔灌注桩+锚杆方案相比，二者总造价相差不多，但其不能竖直开挖，占用空间较大，引起拆迁较多，另外由于土钉墙在变形方面的计算理论尚不成熟，可能导致基坑本身变形及周围地表沉降均较大。

方案三:人工挖孔灌注桩+锚杆方案。结构形式:采用人工挖孔灌注桩+锚杆支护体系。桩直径采用1.2 m，桩间距一般为1.7 m，局部根据排桩情况调整。桩顶设置钢筋混凝土冠梁，截面尺寸为:b×h=1.2 m×0.8 m。沿挖孔灌注桩竖向设置2道锚杆，其竖向间距3.0 m，锚杆设计拉力为200 kN。锚杆向下倾角18°，长度18 m，孔径150 mm。其剖面布置如图3所示。

止水措施:从冠梁底止入强风化岩2 m范围两桩护壁间搭接400 mm厚混凝土;在基坑土方开挖时，随挖随于桩间施作挂网喷混凝土等止水措施。

挖孔灌注桩在各地层中嵌固深度应不小于表1中数字。

图3 人工挖孔灌注桩+锚杆支护方案剖面图（单位：mm）

表1 挖孔灌注桩嵌固深度

经检算，该方案最不利工况下整体稳定安全系数为1.74，坑底抗隆起安全系数为2.25，坑底抗管涌安全系数为1.61。

该方案概算总投资为2 502.29万元，与土钉墙+锚杆方案相差不多。该方案具有可以竖直开挖、基坑侧壁安全性高、基坑本身变形及对周围建筑物的影响均较小、施工方便、造价较低廉、成桩质量容易保证等优点，加之该方案与南京地铁二号线苜蓿园站主体围护结构设计方案一致，故本基坑主体围护结构设计建议采用本方案。

4 环境监测及保护

1)场区内围护结构及周围建筑物、构筑物、土体、管线均为监测对象。监测项目包括围护结构裂缝及渗漏水观察、基坑周围地表沉降、基坑周围建筑物沉降及倾斜、基坑周围地下管线沉降、围护桩桩顶水平位移及垂直位移、地下水位量测、孔隙水压力、桩背土体土压力等。

2)沿基坑顶面设点进行沉降和水平位移检测。设点原则为:围护结构每个拐角处必须布点，围护结构标准段按15 m间距对称布点。

3)基坑范围内取三个主断面，分别对梁、板、边桩、钢管桩进行内力监测，除挖孔桩内力监测采用钢筋计串联焊接到受力主筋上量测外，其余采用贴应变片量测。

4)为监测挡土结构在各种施工工况下的不稳定因素，以便及时采取相应措施保证施工安全，沿基坑深度方向在挖孔桩表面布设土压力盒，设点桩位与主量测断面相对应。孔隙压力计应与土压力计对应设置。

5)土压力盒与钢筋计按相同的标高一一对应布置。土压力盒埋设在护壁外侧，钢筋计焊在外侧的主筋上。

6)在桩心处预埋测斜导管，深度要求达到底板顶面，预留至桩顶冠梁顶面，浇筑混凝土时，须注意对测斜管的保护，保证测斜管铅垂向下。

5 一点看法

深基坑采用何种支护形式，一方面要深刻认识各种支护形式的特点，包括其合理性、优点和缺点，另一方面要根据工程周围环境、主体工程地下结构形式、工程地质和水文地质情况，本着经济合理、安全可靠的原则进行选择［5］。

5.1 基础资料收集

为了选择合适的支护结构和合理地组织施工，需要对影响基坑支护结构设计和施工的基础资料，全面地进行收集，并加以深入了解和分析。主要是收集三方面的资料:工程地质和水文地质资料;场地周围环境及地下管线状况;地下结构设计资料。

5.2 支护方案的选择

收集资料完成后，就根据各种支护结构的特点选择支护方案。一般初选两个以上方案进行费用估算，从技术经济角度综合考虑，最终选定安全可靠、经济合理的支护形式。由于深基坑施工的特殊性，施工过程中存在大量的不可预见因素，这些因素都从不同的角度对基坑的施工设计提出较高的要求，从而增加基坑工程的施工难度，影响基坑工程的费用，因此选择支护形式时应综合考虑以下几个方面:

1)基坑工程的设计首先要求确保安全，方便施工，同时应尽可能地降低工程费用。基坑支护是基础施工中一项临时措施，不是永久性设施，因此设计的安全度不同于永久工程。但是另一方面，深基坑工程和土方开挖，其难度和风险都很大，如果无足够的安全保证，其后果较为复杂和严重。因此设计安全度的选用对基坑工程的技术经济效果有很重要的影响。设计中应按基坑工程的安全等级，选用相应的重要性参数，使基坑安全可靠、经济合理。

2)设计支护时要十分重视合理选用土层的粘聚力C，内摩擦角φ指标。实践证明，土层C，φ值选择合理与否对基坑支护的安全性和经济性有很大影响［6］。因此设计时要查清勘察报告中C，φ值的取值标准，并与邻近工程的勘察资料相比较，按照有关规范的规定合理确定基础工程土体的C，φ取值。

［1］宋 喆，孙龙权.基坑支护方案的选择［J］.黑龙江科技信息，2009(21)：20-22.

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程［S］.

［3］刘建航，侯学渊.基坑工程手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1996.

［4］GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［5］邹钟辉.浅谈深基坑支护方案选择及注意问题［J］.中小企业管理与科技(上旬刊)，2010(3)：12-13.

［6］朱 侠.浅谈深基坑支护方案选择［J］.知识经济，2011(11)：46-47.