紧邻既有建筑物深基坑支护设计与评价

赵庆攀 李力 于亮 李海斌(深圳市大升勘测技术有限公司)

0 引言

随着我国大城市的发展，建设用地越来越紧张，越来越多的城市更新建设项目在市中心城区，周边紧邻既有老旧建（构）筑物及市政管线。紧邻既有建筑物深基坑支护设计既要满足基坑自身安全要求，还要以变形控制为主[1-3]，这成为一个岩土工程设计工程师近年来遇到的难点之一。紧邻既有建筑物的深基坑设计关键是控制基坑变形，保证邻近建筑物正常使用，不受基坑开挖影响。因此深基坑开挖对周边建筑物的变形影响分析、监测尤为重要。

1 工程概况

项目为改扩建工程，拆除原有校舍原址重建，拟规划新建教学楼、教师生活辅助用房和临时校舍各1 栋，大部分区域设2 层地下室，局部为一层。基坑开挖面积约6785m2，周长约404m，最大挖深约9.75m。北侧既有教学楼距基坑边线约5.2m，始建于1986年（4F），基础型式为柱下钢筋砼独立基础，后于1997 年加建1 层；教师生活辅助用房距坑边约4.0m，基坑基坑平面布置见图1。

图1 基坑平面布置俯瞰图

2 地质和水文地质条件

场地地形地势平坦，基坑开挖深度范围内岩土层主要为人工填土、粉质黏土、黏土、粗砂及砾砂层，其中粗砂及砾砂层主要分布于坑底附近，两层累计厚度5～10m。场地混合稳定水位埋深2.70～4.80m，水位年变化幅度1.0～2.0m。

表1 为基坑开挖影响深度范围内地层的主要岩土物理力学参数。

表1 土层物理力学参数

3 基坑设计方案

3.1 支护选型

基坑支护设计选型条件如下：

⑴场地西侧及北侧紧邻既有老旧建筑，且教学楼建筑形状不规则，对差异沉降较为敏感；

⑵场地东侧及南侧紧邻市政路，市政管线分布密集；

⑶开挖范围内分布有杂填土层及强透水砂层，且砂层主要位于坑底附近，厚度较厚；

⑷场地施工用地紧张，既要考虑支护结构及周边环境安全，又要兼顾方便基坑及结构施工组织。

综上所述，基坑既要保证紧邻建筑物安全，又要保证基坑开挖和出土顺利[5]。基于此，本基坑设计方案采用了排桩结合内支撑支护，并根据基坑各段周边环境保护要求，结合成本因素，分别采用了咬合桩结合内支撑方案。

3.2 设计方案

基坑支护支护设计方案采用咬合桩+内支撑形式，咬合桩兼做止水帷幕，咬合桩直径1.2m、咬合宽度300mm 的咬合桩，采用软咬合工艺施工。为更好地控制支护结构水平向的变形，减少支护桩桩身挠曲，特意将支撑由冠梁层适当下移，减小支撑至坑底的跨度，同时也减少了支撑到楼板的高度，方便后续支撑拆除。

此外，因为基坑西侧教学楼在基坑开挖期间需正常使用，为确保建筑安全，针对基坑西侧离既有教学楼过近、砂层较厚的情况，为防止支护桩施工扰动及成孔时砂土流失导致基础沉降过大，在支护桩外侧采取袖阀管注浆加固隔离。袖阀管注浆钻孔直径110mm、间距1000mm、排距500mm，梅花形交错布置。袖阀管应在基坑支护桩施工前完成注浆加固。为防止袖阀管注浆对建筑基础造成抬升，基础附近临近地表3.0m 不注浆。典型注浆剖面如图2所示。

图2 袖阀管注浆隔离典型剖面（单位：mm）

4 计算分析

4.1 支护结构计算

采用理正深基坑7.0 版对基坑支护结构受力及变形进行计算分析，输入表1 土层参数后计算得到桩身内力及水平位移包络图，见图3。从图3可以看出，桩身最大水平位移为7.05mm，远小于基坑规范[1]给出的一级基坑变形最大限值30mm。并且，支护桩桩身正弯矩和负弯矩分布比较均匀，说明基坑支护设计是合理的，有效利用桩身混凝土及钢筋强度，节约项目成本。

图3 支护桩桩身内力及水平位移包络图(最大值7.05mm)

4.2 坑边建筑沉降计算

本项目基坑西侧紧邻天然地基老旧教学楼，除满足支护结构自身的构件安全及变形外，控制坑边建筑差异沉降更是基坑支护设计的重点[4-5]，即在支护设计时须考虑控制坑外地面沉降。

本设计参照《基坑工程手册》（第二版）推荐的地层损失法来估算坑顶地表沉降。所谓地层损失法，即根据地下墙体变形的包络面积来推算墙后的地表变形[6]。常用的地表沉降曲线类型主要有指数曲线型、抛物线型和三角形。其中三角形的沉降曲线一般发生在围护墙位移较大的情况，如柔性悬臂的钢板桩支护等。本项目采用排桩结合混凝土支撑方案，对变形控制要求严格，支护结构刚度大，且插入坑底较深，地表沉降采用指数法进行分析较为合理。

图4给出了理正深基坑7.0版本软件计算的桩身位移及地表沉降位移结果，按照指数法进行合并分析，坑顶地表沉降最大值为9mm，小于常规建筑要求的绝对沉降30mm。

图4 地表沉降及桩身位移计算结果

本项目教学楼为框架结构，除需考虑绝对沉降外，还须考虑柱基沉降差，根据《建筑地基基础设计规范》[7]对建筑变形允许值的相关规定，民用框架结构相邻柱基的沉降差允许值为0.002L（L 为相邻柱基的中心距）。将上述沉降计算结果和结构柱基叠加（如图4 所示），可得到最大计算沉降差为7.2mm，满足规范要求的8.0mm。

5 基坑变形监测

5.1 监测方案

基坑主要监测项目：坑顶水平位移、坑顶沉降、地下水位、桩身深层水平位移等。基坑监测点平面布置图见图5。

图5 基坑监测点平面布置图

5.2 监测数据分析

为更直观评估支护结构对周边建筑物的影响，着重对基坑开挖过程中支护桩结构水平位移、沉降等监测数据曲线进行分析[2]。

图6 和图7 分别为坑顶竖向沉降、水平位移监测结果随时间变化曲线图，图8 和图9 为建筑物及周边地表沉降值随时间变化关系曲线。从图中可知，建筑物及周边地表沉降极小，说明基坑围护结构起了有效的约束作用[6-7]，基坑开挖对周边环境影响极小，进一步说明围护结构设计和施工是合理有效的。

图6 坑顶竖向位移随时间变化关系曲线

图7 坑顶水平位移随时间变化关系曲线

图8 建筑物沉降值随时间变化关系曲线

图9 基坑周边地表沉降值随时间变化关系曲线

6 结论

⑴紧邻既有建筑物的深基坑设计关键是控制基坑变形，保证邻近建筑物正常使用，不受基坑开挖影响。

⑵紧邻建筑物基坑采用排桩结合混凝土支撑方案，对变形控制要求严格，支护结构刚度大，且插入坑底较深，地表沉降采用指数法进行分析较为合理。

⑶该工程现在基坑已回填，整个基坑开挖过程中基坑变形、建筑物沉降均较小，说明咬合桩结合内支撑的基坑设计方案安全可靠。