城市复杂环境下大尺寸深基坑设计分析

杨开彪

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

随着我国城市化的不断进行，大城市的工程建设面临的工程环境条件日益复杂，工程建设时经常面临轨道交通、周边高层建筑物、市政道路及管线等复杂环境。而随着地下空间的不断开发及利用，基坑趋向于更深、更大发展[1-3]。

本文依据广州某大尺寸深基坑工程，分析了城市复杂环境下基坑支护形式的选型及应用，并对设计过程中的关键要点进行相关探讨。

1 工程概况

某项目由30 幅地块以及地块之间的公共空间组成，建设范围内地块密集、地下室楼层差异大，不利于地下空间资源的均衡、有效的开发、利用。本工程以地下室大空间建设、联合开发的原则，以联合基坑建设模式开发地下空间。联合基坑长约460m、宽约370m，基坑深度约10.5m，面积约17 万平方米。拟建场地地层按地质成因及力学性质依次分为：人工填土、冲积-洪积层、残积层及下覆基岩二叠系的泥岩、炭质灰岩等。

图1 基坑总平面

基坑北侧、东侧及南侧为现状市政路，基坑西北角为保留的现状A8 层建筑（距支护结构最近距离约10m），东北角为现状地铁站（距基坑支护结构约10m），基坑东侧市政路下方为现状地铁区间隧道，区间隧道距基坑支护结构14～30m。

2 基坑设计原则

由于本工程各地块需相继出让及建设，整体工期长，基坑支护使用年限大于2 年且存在不确定性，为确保基坑使用期间的安全，本工程提高基坑支护设计标准：

（1）基坑支护安全等级比现行规范一级提高，结构重要性系数取1.25；

（2）基坑周边施工荷载20kPa，建筑每层荷载15～18kPa；

（3）基坑设计使用年限：5 年；

（4）基坑环境等级：地铁保护范围内属特殊要求，基坑设计、施工、监测方案需得到地铁保护部门同意；其他范围暂按一级考虑。

3 支护结构选型

由于联合基坑范围大、深度较深，基坑临近建构筑物、地铁、市政道路等，周边环境复杂。根据不同条件，因地制宜采用地下连续墙+不同的支锚体系。

（1）基坑四个角部具备内支撑条件，且临近现状建筑物、地铁车站或区间隧道、道路等，为保证基坑安全，采用钢筋混凝土桁架支撑+地连墙体系；

（2）基坑东侧中部临近地铁区间隧道，受地铁保护限制不具备内支撑或锚索条件，且基坑仅开挖至联合基坑基底、地块不需要继续下挖的范围，故采用格栅式地下连续墙+钢筋混凝土斜撑体系；

图2 格栅式地下连续墙+斜撑体系

（3）其余临近市政道路的基坑采用预应力锚索+地连墙体系。

4 地铁保护措施

根据《城市轨道交通既有结构保护技术规范》（DBJ/T 15-120—2017）有关规定，外部作业影响等级为一级。因此，在本基坑设计时做出如下保护措施：

（1）基坑东南角及东北角采用地下连续墙+钢筋混凝土桁架支撑；

（2）基坑中部悬臂段采用刚度较大的格栅式地下连续墙+钢筋混凝土斜撑支护，并采用刚性十字钢板接头；

（3）支护结构范围内发现的溶洞区域在基坑支护施工前采用双液浆预处理；

（4）施工过程中不允许采用冲孔、挤土工艺以及爆破工艺；地铁侧地连墙施工建议采用双轮铣成槽机；连续墙、基础桩基、立柱桩基等须采用泥浆护壁施工，并采取有针对性的措施防止塌孔；

（5）地铁保护80m 范围地块桩基应从原地面施工，联合基坑其他地块建议桩基从原地面施工，溶洞均于开挖前处理完毕；

（6）合理控制各地块开挖工序，分区分块开挖，减小基坑暴露的空间尺寸及时间，地块未开发时不得开挖；

（7）为避免基坑施工排水对地铁造成不利影响，严格控制地下水位，严禁采取深层降水措施，须在地铁侧布置水位回灌井，确保地下水位下降幅度控制在1.0m 以内；施工期间加强地下水位（包括岩溶水）的监测；

（8）施工期间对运营地铁进行实时监控，地铁监测及保护要求按《城市轨道交通既有结构保护技术规范》（DBJ/T 15-120—2017）执行；

（9）基坑开挖前应在地铁侧围护结构外预埋注浆孔，如地铁隧道或出入口发生险情，则采取跟踪补偿注浆等措施加固；施工单位施工前应根据本工程特点编制针对性的保护应急预案。

5 溶洞处理措施

溶洞地区的发育有溶洞、土洞、溶沟、溶槽及溶洞坍塌区等不良地质体；在溶洞地区进行基坑开挖、隧道施工容易产生突、涌水的风险；溶洞地区所发育的溶、土洞在地下水及人类的工程活动作用下容易“活化”产生坍塌等地质灾害。

对明挖结构、基坑，主要是围护结构施工过程中的坍塌、围护结构渗漏水及基坑开挖过程中的基底突涌水风险。运营期土洞及表层溶洞易受振动、地下水异常等扰动激活产生土层沉降，引起结构变形过大的风险。

基坑施工前需对溶洞的补充勘察：①对于初勘（详勘）揭示存在溶洞地层的工点，应进行围护结构及立柱桩基施工超前钻孔；②围护结构及立柱桩基探孔间距：对于地下连续墙，沿地连墙每3～6m 长度范围施作一个超前钻孔；对于立柱桩基，应每桩进行超前钻孔。

补充探孔揭示有溶土洞时，应在围护结构或立柱桩外侧进行二次探孔。

5.1 基坑支护溶洞处理设计原则

溶洞的处理范围：①围护结构周边溶土洞处理：围护结构周边约3m 以内、围护结构和立柱桩基底以下3m（靠地铁侧按5m）以上范围溶土洞应进行溶洞处理；②工程范围揭示有大口径溶土洞时，尚应根据厚跨比（基底稳定层顶至溶洞顶距离与溶洞直径的比值）、地层情况等具体分析其影响，采取合适的处理措施；③普通区域根据洞高选择处理措施，重点区域（如地保区、现状建筑附近）溶洞采用注浆预处理。

溶洞地区的溶洞处理应根据适用对象、溶洞情况、处理方法进行分类：

（1）地连墙溶洞的预处理1：对于洞高大于2m 半充填或未充填的溶洞，采用注双液浆+水泥浆方式预处理；

（2）地连墙溶洞的预处理2：对于洞高小于2m 半充填或未充填的溶洞，采用抛填碎石黏土方式预处理；

（3）立柱桩溶洞的预处理：对于洞高大于3m 半充填或未充填的溶洞，采用注双液浆+水泥浆方式预处理；

（4）立柱桩溶洞的施工处理：对于洞高小于3m 半充填或未充填的溶洞，采用抛填碎石与粘性土处理。

5.2 未填充溶（土）洞采用水泥浆或双液浆进行注浆充填

较大溶洞可先用双液浆填充，充填压力需根据溶（土）洞的充填情况进行调整。对于填充溶洞，填充物采用标贯进行检验，标贯击数大于10 击的可不用处理。

5.3 溶土洞充填注浆效果检查

主要是检查填充率及密实程度，可考虑采用设置验证孔及“二次压浆”方法进行检查填充率；溶土洞密实程度检查：采用标贯法测定，标贯值达到“硬塑”状土（≥15 击）为优，“可塑”状土（≥7 击）为合格。

图3 注浆管平面布置

6 结语

本文依据广州某大尺寸深基坑工程，简要介绍了大尺寸基坑临近现状建筑、地铁、岩溶发育区等城市复杂环境下基坑支护形式的选型及应用，并对设计过程中的关键要点进行相关探讨，希望能为类似工程提供一定的参考。