复杂环境下大面积基坑开挖支护技术研究

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京 101400）

基坑工程涉及土力学中强度、变形、稳定性及岩土与支护的相互作用等问题，是一个综合性的岩土工程难题[1～3]。在当前的城市布局中，城市道路、建筑、管线等分布集中，基坑的开挖伴随着管线保护、周边建筑物保护等问题[4]。而施工现场往往不具备大面积放坡支护，因此，如何在有限的空间内，在保证基坑的稳定性的前提下，尽量减少对周边环境的扰动，成为业内的热点问题之一[5]。

1 工程概况

宜春市东方红小区（C21）建设工程项目位于江西省宜春市，其基坑周长约950m，开挖面积约54 621m2，为不规则多边形，开挖深度4.50～5.30m，基坑内部局部高差0.8m。基坑位置及平面形状见图1。

图1 基坑位置及平面形状示意图

拟建场地根据钻探揭露，按其成因类型及地层时代，地层可分为第四系全新统人工填土层Q4ml、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系中更新统坡洪积层（Q4dl+pl）、二叠系下统茅口组（P1m）。中等风化灰岩呈无规律随机分布。基坑范围内地下水类型主要为3 种类型，分别是上层滞水、松散岩类孔隙水和岩溶裂隙水。

结合现场踏勘结果，自地下室边线至3 倍基坑开挖深度范围内，场地东侧道路为平安东路，城市次干道，路宽10m，道路两侧分布雨水、污水管网，污水管管径500mm，距地下室边线10.5m，雨水管管径800～1 500mm，距离拟建地下室边线20.5m。管线埋深2.5～3.9m。场地西侧为在建磡上小区。场地北侧道路为袁州大道（宜新路），城市主干道，道路宽42.0m。道路路缘石距离拟建地下室边线10.40m。袁州大道道路两侧路面下埋设雨水、污水管网。污水管管径500mm，距离拟建地下室边线13.8m，雨水管管径1 500mm，距离拟建地下室边线17.0～18.0m，管线埋深3.7～4.5m，沿拟建场地围墙分布电力电缆，距离拟建地下室边线4.0～5.0m，埋深约2.5m。

2 工程难点分析

1）本工程基坑局部开挖深度较大 最大开挖深度达5.3m，属深基坑二级危险源[6]，支护结构本身的稳定性及强度要求较高。

2）环境保护要求高 拟建场地东、南、北侧周边管线距离较近。管线较多，支护难度较大。

3）基坑开挖深度 影响深度内主要有孔隙潜水，赋存在卵石层中的第四系孔隙水，距坑底较近，对基坑开挖影响较大[7]。

3 基坑开挖支护方案研究

3.1 方案设计原则

基坑施工，不仅要确保基坑的开挖支护安全以及周边构建筑物、管线的安全，还要考虑施工便利性及经济型及工期，如何在业主规定的工期内，保质保量地完成工程，同时还要提高工程的经济性，是一个完整的系统工程。

因此，在设计时，要根据工程的客观条件，采用合适的支护形式，完成对基坑的开挖与支护。设计原则如下。

1）安全可靠 安全是前提，必须保证。

2）技术可行 安全可靠的技术措施有多种，但在实际工程中，要根据工程的特点，因地制宜、因人制宜、因材制宜，采用成熟的技术措施，保证工程的质量。

3）经济合理、方便施工 基坑开挖不仅需要考虑安全可靠，技术可行，同时也要考虑经济性、便利性，因从整个工程建设的角度出发，综合各方面因素，物尽其用，人尽其才，综合各种因素，择优而定。

3.2 方案比选

通过综合考虑本工程的特点，并根据业主的具体要求，本着“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则，经过细致分析、计算和方案比较，本基坑分段设计方案确定如下。

1）围护结构 根据基坑开挖深度、工程地质以及周围环境条件，结合地区基坑支护经验，可选择的围护结构有：排桩、SMW 工法桩、土钉墙，比选结果如表1 所示。

表1 维护结构比选表

2）地下水控制系统 本工程基坑开挖深度最大5.3m，地下水位高于基坑底、水位降深约2～3m，如采取密闭止水帷幕，造价太高不经济。由于基坑揭露含水层主要为卵石层，地下水位降低对该土层沉降影响较小。故可以不考虑密闭止水帷幕。但由于地下水为高于基坑底，可采用管径降水降低基坑内地下水位，保证土方开挖时坑底干燥。另外需在坑内、坑顶设置排水沟，组织地表水。

3）支护方案比选结果 经过上述比选，结果如下：①本工程北侧东侧、南侧段支护深度4.50～5.30m，采用“单排悬臂排桩”支护；②本工程南侧西侧段支护深度4.50m，周边环境简单，经技术、经济对比，该段采用“土钉墙”支护；③地下水控制系统：坑内采用管井井点降水，另外坑顶、坑底设置排水沟组织地表明水。

4 基坑支护结构设计

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012)有关规定，本基坑采用理正基坑支护设计软件F-SPW7.0 进行设计计算。

4.1 “单排悬臂排桩”支护结构设计

图2 基坑计算模型示意图（单位：m）

根据已往工程经验，“悬臂排桩支护”参数拟采用前后排桩径0.9m，桩间距1.2m，排桩顶设置冠梁，尺寸1.0m×0.8m。取基坑开挖深度最大处（5.3m）进行设计验算（图2）。土层具体参数如表2 所示。

表2 土层参数表

根据理正基坑支护设计软件计算结果，对基坑支护结构内力位移、地表沉降、整体稳定性等进行分析，结果如图3～图7 所示。

通过计算可得出以下结论。

1）基坑整体稳定安全系数Ks=1.549＞1.30，满足规范要求。

2）基坑Kov=1.237＞=1.200，满足规范抗倾覆要求。

3）支护底部Ks=2.664 ≥1.600，抗隆起稳定性满足，基坑深度25.320 处Ks=4.333 ≥1.600，抗隆起稳定性满足。

4）基坑突涌稳定安全系数K=1.399＞Kh=1.10，基坑底部土抗承压水头稳定。

5）嵌固深度Ld=7.5m，满足构造要求、抗倾覆要求、整体滑动稳定性要求及抗隆起稳定性要求。

图3 内力位移包络图

图4 地表沉降图

图5 整体稳定验算图

图6 抗隆起验算图（单位：m）

4.2 地下水控制系统研究

场地地下水位埋深较浅且水量较小，水位降深较小，不考虑采用密闭式止水帷幕，基坑内以管井降水井，保证作业面满足要求。

图7 突涌稳定性验算图

1）管井降水井 在基坑内部，按照间距35～40m 布置降水井，以降低地下水位，满足土石方施工和主体结构施工要求，降水井孔径500mm，滤管为直径300mm 的PVC 管，井底入基岩面不少于1.0m，要求降水至基坑底以下1m。

2）截、排水系统 在基坑坡顶外侧约1m 处设置截水沟，拦截地表雨水，排入附近排水系统；坡底设置集水井，间距25～30m，用于收集坡脚排水沟内的积水，再利用水泵抽排，排入市政排水系统。

5 结语

本文依托宜春市东方红小区深大基坑工程，通过充分考虑周围环境及地质条件后，采用“单排悬臂排桩”支护与土钉墙支护组合支护技术及管井降水与排水沟组合排水方式，主要结论如下。

1）通过理正基坑支护设计软件F-SPW7.0计算，当采用前后排桩径0.9m，桩间距1.2m，排桩顶设置1.0m×0.8m 冠梁时，基坑桩身位移、地表沉降、整体稳定、抗倾覆、抗隆起均满足设计要求。

2）基坑内采用管井降水井，坑顶、坑底设置排水沟组织地表明水，既可保证施工安全，又可为施工提供足够的作业面。