软土地区复杂环境下某深基坑支护设计选型分析

吴继峰

(江苏鸿基节能新技术股份有限公司，江苏 南京 210031)

1 概述

我国经济建设的发展加速了城市化进程，旧的城市规划设计中，停车位的规划数量远远不能满足现阶段的停车需求。这种矛盾在早期建设的商场、办公楼、医院等人流聚集处尤为明显。近年来，在既有建筑周边的空地开始新建多层地下自动停车库。这种车库具有面积不大、深度很深、紧邻既有建筑物等特点。此类增建项目通常位于城市中心区，周边紧邻既有建筑物、地铁隧道和管线等，环境保护要求较高[1-2]。当位于软土地区时，软土的高含水量、高灵敏度、高压缩性、流塑性等特点增加了基坑工程设计与施工的难度，设计方案选型需对施工工艺、降水方案、支护结构变形等诸多因素进行综合考虑，以满足周边建(构)筑物、地铁隧道和管线等对变形控制的严格要求[3-5]。

本文结合软土地区某多层地下室停车库深基坑实例，针对该深基坑极为复杂的周边环境情况，在分析基坑重点和难点的基础上介绍了该基坑支护方案的选型过程，可为类似工程提供参考。

2 工程概况

2.1 工程规模

该项目位于南京鼓楼区某医院院内，拟建1栋地下6层停车库(南侧局部地下1层为汽车坡道)，地下室-1层～-6层高依次为5.15 m,2.45 m,2.45 m,2.85 m,2.85 m和3.10 m，-2层～-6层为全自动停车库，设置升降横移车位和仓储式全自动车位。停车库基坑深度20.5 m，基坑东西向宽度约41 m，南北向长度约100 m，基坑周长295 m。

2.2 周边环境

基坑周边环境极为复杂，场地内及周边地下管线分布繁多，周边包含既有重要建筑物、在建地下室基坑、城市主干道、待建地铁等重要保护对象。基坑周边环境如图1所示。

基坑东侧紧邻医院已建3号楼(5层框架，管桩基础)、原病房楼(10层框架，灌注桩基础)、门诊楼(4层框架，沉管灌注桩基础)、康馨楼(5层框架，复合地基)。基坑南侧为临时停车场，后期拟作施工场地。基坑西南侧为地铁9号线待建车站及附属结构，车站基坑与本基坑存在交叉施工。两基坑最近处约9.1 m。基坑西侧为220 kV高压电管廊距离地库最近处约2.1 m，埋深2 m，管廊外为江东北路。道路下方为待建地铁9号线区间隧道，距离地库最近约9.1 m，隧道埋深约20 m。根据地铁主管部门要求，隧道盾构施工之前，基坑底板需浇筑完毕。基坑北侧为鸿泰大厦在建地下室，地下3层，坑深约17.4 m，其支护桩距离地库约6.7 m。基坑东北侧为医院新建住院综合楼，地下2层，地上为框架-核心筒结构，灌注桩基础，进入中风化岩层，已投入使用。

3 工程地质条件

拟建场地属长江漫滩，场地地势平坦。构成拟建场地地基土的主要是表层人工填土，其下为第四系全新统新近沉积的淤泥质粉质黏土、粉质黏土夹粉土，厚度达42 m；中部为一般沉积的粉质黏土夹粉土、粉砂夹粉土、粉质黏土、粉砂，厚度约17 m；下部为上更新统沉积的卵石土，局部缺失，平均厚度不到0.7 m；下伏基岩为泥岩，埋深约63 m。

场地地下水类型为潜水和承压水。潜水赋存于人工填土及新近沉积的黏性土中，在该土层中地下水较为丰富；主要接受大气降水、地表水及侧向径流的补给，以蒸发、侧向径流形式排泄。承压水分布于②-5A层粉土、粉砂夹粉质黏土中和④层卵石中，承压水与长江连通性好，存在互补关系，该含水层水量丰富、弱透水性，厚度大，水量丰富。基坑支护设计参数见表1。

表1 基坑支护设计参数一览表

4 设计方案选型分析

4.1 本工程特点和难点

1)基坑面积约4 400 m2，无需进行分坑设计；基坑形状较规则，基坑深度20.5 m。

2)基坑西侧地铁盾构隧道施工前，地下室底板需浇筑完毕，施工工期紧。

3)基坑周边环境极其复杂，环境保护等级高，基坑设计以变形控制为主。

4)基坑东侧紧邻医院门急诊楼、住院楼，人流量大，需考虑基坑施工期间对周边环境的噪声、扬尘等污染。

5)工程地质条件很差，支护方案的选型分析需综合考虑变形计算理论值及降水、围护结构施工的变形影响。

6)施工场地局促，且与地铁9号线车站基坑存在交叉施工，支护方案设计需综合考虑施工场地的布置。

4.2 地下水控制方案

承压水分布于②-5A层粉土、粉砂夹粉质黏土中和④层卵石中，承压水与长江连通性好，存在互补关系，该含水层水量丰富、弱透水性，厚度大。根据《建筑基坑支护技术规程》[6]附录C进行突涌稳定性验算，当基坑开挖至底板垫层底时，突涌稳定安全系数为1.11，开挖至柱墩垫层底时为1.09，不满足规范要求。故基坑需进行减压降水。采用三维渗流计算软件Visual MODFLOW计算分析悬挂式止水帷幕和封闭式止水帷幕两种情况下，基坑降水对周边环境的影响，分析结果如图2，表2所示。

表2 基坑承压水降水环境影响分析表

分析结果表明，采用悬挂式止水帷幕时，按照90 d降水时间计算，坑外6 m处地表沉降达10 mm，考虑基坑深度很深，实际降水工期将超过90 d，降水对周边环境影响较大。另外，耿晔宽等[7]认为南京河西地区淤泥质粉质黏土沉积时代新，具有欠固结性。文中还列举南京新城大厦二期项目，距地铁平面距离为71.7 m，采用悬挂式止水帷幕，基坑降水时导致地铁隧道收敛值达8.8 mm，超过了报警值。鉴于基坑周边环境复杂并结合地区经验，本基坑采用封闭式止水帷幕，底部进入⑤-1层强风化岩不小于1.5 m。止水帷幕可采用TRD工法或者地下连续墙。考虑施工过程中地连墙接缝处可能存在的缺陷，基坑除布置了真空疏干井之外，还布置若干口减压井作为备用。

4.3 设计方案选型

根据基坑支护规模、地质条件，并结合上述重点和难点分析，可采用的支护型式有两种：围护桩(墙)+内支撑的顺作法和以结构楼板作为支撑体系的逆作法。

1)围护结构的选择。

根据项目的坑深及工程地质条件，围护结构可选择钻孔灌注桩(直径1.3 m)和地下连续墙(墙厚1 m)。地下连续墙可兼作地下室外墙和止水帷幕，围护结构基本上不占用场地空间。而灌注桩方案需考虑外墙与支护桩的施工空间(1 m)和TRD止水帷幕厚度，围护结构条带宽度近3 m。地库周边用地空间紧凑，且紧邻既有建(构)筑物，故选择地下连续墙作为围护结构。

2)支护型式的选择。

根据上述分析，采用理正深基坑支护结构设计软件对顺作法和逆作法分别建模计算，其中顺作法设置四层钢筋混凝土支撑，逆作法结构楼板施工采用脚手架支模，超挖深度1.8 m。计算分析结果如图3所示。

计算结果显示逆作法的变形和地墙受力均略小于顺作法，逆作法可将首层楼板作为施工场地，地下结构和土方开挖在相对封闭的环境下施工，没有扬尘和噪声污染问题，并且节约了内支撑体系的造价。因此，针对此类型的基坑，逆作法是最佳支护方案。

4.4 其他变形控制措施

考虑到该项目的复杂性及变形保护控制的重要性，本工程尚采取以下工程措施：

1)采用三轴搅拌桩对地下连续墙进行槽壁加固。

2)地连墙接缝处采用MJS工法桩进行加固，桩底深度同地下连续墙，保证止水帷幕的封闭性。

3)东侧设置一排隔离桩，加强对医院建筑物的保护。

4)坑内采用三轴搅拌进行裙边和抽条加固，加固置换率近60%。

5)地下连续墙必须进行成槽试验并布置监测点，通过监测数据获取该工程地质条件下地连墙成槽施工时的变形影响，并根据试验结果优化地连墙分幅及施工工艺。

综合以上分析，该基坑采用全逆作法进行支护，围护结构为地下连续墙，进入强风化岩1.5 m，兼作地下室外墙和止水帷幕，基坑东侧支护结构剖面如图4所示。

5 逆作法施工工序优化

本项目底板浇筑时间受限于西侧地铁隧道盾构时间，加上项目开工工期延后，根据施工进度安排，采取逐层逆作的施工工序，无法满足地铁盾构施工的时间节点要求。因此，对逆作法施工工序进行优化，措施为：

1)增加B0层板面往下的超挖深度。B1层层高较高，增加超挖深度可减少逆作工况下出土土方量，B0层超挖深度按照2.7 m控制。

2)采用跳层施工。根据地下室层高分布特点，B2～B5层层高为2.4 m～2.85 m，可考虑跳层逆作施工。因每层楼面施工超挖深度对地连墙受力及变形影响较大，若采用土模或短支模，超挖深度可降低至0.7 m。

优化分析计算结果汇总见表3。根据表3分析结果，可选方案二和方案四。由于场地地层条件较差，土模的承载力和平整度较难满足，且梁柱节点处掏挖工作量大，方案四和方案二开挖至坑底的时间节点差别不大，故按照方案二实施。

表3 逆作施工工序优化分析计算结果汇总表

6 结语

该基坑开挖深度深，所处场地水文工程地质条件差，周边环境复杂，基坑的变形控制保护要求高、难度大，合理的支护方案是项目顺利推进和安全实施的关键。仔细梳理项目的周边环境、与地铁9号线的施工节点、工程水文地质条件等，综合考虑了整个基坑施工期间可能存在的变形因素，基坑的设计方案要点如下：

1)采用封闭性止水帷幕，切断基坑内外的水力联系。

2)采用逆作支护方案，地下连续墙作为围护结构，兼作止水帷幕和地下室外墙，节约用地空间，逆作法楼板支撑刚度大、整体性好，变形控制效果好。

3)采用其他工程措施降低围护结构施工对周边环境的影响，如临近建筑物设置隔离桩等。

4)针对工期节点紧，采用跳层施工，节约工期。