張兆偉，丁杭春，童孝紅，胡弘博

（杭州鐵路設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310043）

我國城市土地資源，特別是大中城市的土地資源越來越緊缺，因此地下空間資源開發(fā)利用快速發(fā)展，這就要進(jìn)行大規(guī)模的基坑開挖工程。在基坑開挖施工過程中，地鐵基坑一般位于市區(qū)內(nèi)，周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑偏載的現(xiàn)象普遍存在，出現(xiàn)工程事故的案例也屢見不鮮。特別是以飽和軟黏土地層為主的沿海地區(qū)，基坑周邊偏載對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響更加明顯。

對(duì)此，前人已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。陳金友等［1］針對(duì)目前工程實(shí)際中存在的大量基坑不平衡開挖現(xiàn)象，提出了基于通用有限元程序ANSYS的二維分析模型。徐燁等［2］以南京地鐵3號(hào)線明發(fā)廣場(chǎng)站偏載深基坑工程為背景，采用二維有限元數(shù)值模擬分析偏載深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布及變形形態(tài)。王亞楠［3］針對(duì)地鐵基坑距離建筑物較近，研究分析偏載對(duì)基坑安全及圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力影響。潘虹等［4］以上海某地鐵車站附近兩相鄰深基坑項(xiàng)目為背景，采用有限元軟件Plaxis建立二維模型，分析了相鄰基坑不同開挖順序?qū)ν馏w變形及相鄰地鐵車站的影響。黃珠微［5］以杭州某軟土區(qū)深基坑為背景，模擬分析不對(duì)稱坑邊堆載時(shí)軟土地區(qū)大型基坑開挖的變形。王強(qiáng)等［6］運(yùn)用Midas/GTS有限元模擬軟件，對(duì)某臨近地鐵隧道深基坑工程施工過程進(jìn)行模擬分析。王鵬［7］以臨近堆土區(qū)的南京某地鐵深基坑工程為背景，對(duì)不同偏壓距離、不同偏壓荷載下的深基坑受力與變形規(guī)律進(jìn)行了研究。在以往的研究中，大部分針對(duì)既有建筑物及坑邊堆載，而針對(duì)基坑邊存在重載便道動(dòng)荷載的研究較少。

本文依托寧波某地鐵車站附屬風(fēng)亭基坑，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊地層的變形規(guī)律進(jìn)行分析與總結(jié)。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

寧波地鐵某車站為地下二層島式車站，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7 m，基坑深度15.96 m；端頭井深17.81 m，寬度23.8 m，車站覆土約3 m。車站設(shè)置A、B兩座風(fēng)亭。

A風(fēng)亭位于車站東北角，建筑面積1 195 m2，頂板覆土3.1 m，底板墊層底埋深9.30 m。見表1。

B風(fēng)亭位于車站西北角，建筑面積1 178 m2，頂板覆土3.05 m，底板墊層底埋深9.05 m（表1）。

表1 風(fēng)亭基坑開挖情況

1.2 基坑開挖期間場(chǎng)地布置情況

A風(fēng)亭施工期間，場(chǎng)地布置見圖1。A風(fēng)亭南側(cè)為車站主體東端頭，根據(jù)盾構(gòu)工程籌劃，左線盾構(gòu)接收，調(diào)頭后右線始發(fā)。車站端頭預(yù)留了盾構(gòu)調(diào)頭條件，上翻梁和端頭區(qū)域框架柱在盾構(gòu)施工完成后施工。盾構(gòu)施工與A風(fēng)亭同時(shí)施工，車站主體一側(cè)不可以做施工重載便道。

圖1 A風(fēng)亭施工場(chǎng)地布置平面

A風(fēng)亭施工期間，西側(cè)B風(fēng)亭區(qū)域?yàn)槎軜?gòu)施工場(chǎng)地，中間采用圍擋隔離，重載便道設(shè)置在基坑北側(cè)與寧波東方電力機(jī)具制造有限公司圍墻柵欄之間約7 m寬的范圍?；?xùn)|西兩側(cè)為材料堆場(chǎng)或加工區(qū)。

B風(fēng)亭施工期間，場(chǎng)地布置見圖2。此時(shí)，車站主體已經(jīng)封頂并回填覆土，A風(fēng)亭和盾構(gòu)區(qū)間已經(jīng)施工完成。重載便道和材料堆場(chǎng)、加工區(qū)均位于主體結(jié)構(gòu)頂板區(qū)域。

圖2 B風(fēng)亭施工場(chǎng)地布置平面

1.3 工程地質(zhì)

A、B兩座風(fēng)亭所處地層基本相同，為寧波地區(qū)典型的軟土地層。兩座風(fēng)亭位置地層從上到下依次為①1a雜填土、①2黏土、①3b淤泥質(zhì)黏土、②2b淤泥質(zhì)黏土、③2粉質(zhì)黏土、④1b淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④2b粉質(zhì)黏土、④2a黏土。地層參數(shù)見表2?；拥拙挥冖?b淤泥質(zhì)黏土層，圍護(hù)結(jié)構(gòu)底均位于④1b淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。

表2 地層參數(shù)

2 基坑圍護(hù)方案研究

選取A風(fēng)亭基坑針對(duì)基坑周邊存在偏載情況，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比選。主要通過控制基坑周邊超載、加強(qiáng)圍護(hù)強(qiáng)度和轉(zhuǎn)移荷載作用幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

2.1 周邊環(huán)境

A風(fēng)亭基坑周邊荷載主要是位于基坑北側(cè)的重載便道，主要用于渣土車的進(jìn)出和工程材料（鋼筋、鋼支撐、商品混凝土等）的運(yùn)輸通道。同時(shí)，重載便道還作為基坑開挖、鋼支撐吊裝等施工作業(yè)的重載機(jī)械站位區(qū)域。

B風(fēng)亭基坑周邊重載便道、材料堆場(chǎng)及加工廠均位于主體結(jié)構(gòu)頂板區(qū)域。只有基坑?xùn)|側(cè)，局部基坑開挖、鋼支撐吊裝機(jī)械站位在該區(qū)域。

A、B風(fēng)亭北側(cè)距離基坑約6.5 m有一根采用頂管法施工的DN1200污水管，埋深約7 m。

施工荷載在施工期間不可避免，若要控制其對(duì)基坑的影響，就要移出基坑影響區(qū)域或限制施工期間超載不超過設(shè)計(jì)要求的限值。地面超載一般按照20 kPa考慮，A風(fēng)亭基坑按照30 kPa考慮。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型

寧波地區(qū)以飽和軟黏土地層為主，可以采用的圍護(hù)形式有地下連續(xù)墻、SMW工法樁、TRD工法樁、鉆孔灌注樁+止水帷幕等。

2.2.1 A風(fēng)亭基坑圍護(hù)選型

基坑北側(cè)緊鄰重載便道，A風(fēng)亭基坑，東西長(zhǎng)度48.85 m，局部55.45 m，南北寬度23.8 m，基坑深度9.32 m。基坑安全等級(jí)一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)二級(jí)。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)Φ800＠1 000 mm鉆孔灌注樁+Φ850＠600 mm水泥攪拌樁止水帷幕與Φ850＠600 mmSMW工法樁型鋼密插兩個(gè)方案進(jìn)行比選。

內(nèi)支撐設(shè)置3道，第一道支撐采用600 mm×800 mm鋼筋混凝土支撐，強(qiáng)度C30；冠梁尺寸1 200 mm×800 mm；第2、3道為Φ609鋼支撐。

坑底加固采用Φ850＠600 mm水泥攪拌樁，局部受廢棄污水管影響區(qū)域采用Φ800＠600 mm高壓旋噴樁，加固深度為坑底以下3 m。加固范圍為裙邊+抽條，寬度均為3 m。

2.2.2 B風(fēng)亭基坑圍護(hù)選型

B風(fēng)亭基坑，東西長(zhǎng)度為44.5 m，南北寬度為24.75～25.3 m，基坑深度9.05 m。基坑安全等級(jí)一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)二級(jí)。

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算分析，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用Φ850＠600 mmSMW工法樁，型鋼插二挑一，集水坑位置局部型鋼密插。B風(fēng)亭內(nèi)支撐和坑底加固設(shè)置與A風(fēng)亭相同。

2.3 圍護(hù)形式比選分析

以A風(fēng)亭為例，對(duì)Φ800＠1 000 mm鉆孔灌注樁與Φ850＠600 mmSMW工法樁型鋼密插兩種圍護(hù)方案，采用同濟(jì)啟明星深基坑計(jì)算軟件FRWS7.2進(jìn)行分析。

鉆孔灌注樁方案圍護(hù)嵌固深度為16.2 m，圍護(hù)樁外側(cè)止水帷幕深度為坑底以下6 m。SMW工法樁方案圍護(hù)嵌固深度為16.6 m。

計(jì)算依據(jù)規(guī)范為《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ 120—2012）》。鉆孔灌注樁和SMW工法樁方案基坑圍護(hù)方案見圖3、圖4?；觾?nèi)力變形計(jì)算結(jié)果見圖5、圖6?；佑?jì)算結(jié)果對(duì)比見表3。

圖5 A風(fēng)亭鉆孔樁方案內(nèi)力和變形

圖6 A風(fēng)亭SMW工法樁方案內(nèi)力和變形

表3 基坑計(jì)算結(jié)果對(duì)比

圖3 A風(fēng)亭基坑鉆孔樁支護(hù)方案

圖4 A風(fēng)亭基坑SMW工法樁支護(hù)方案

通過上面計(jì)算結(jié)果可以看出，Φ800＠1 000 mm鉆孔灌注樁與Φ850＠600 mmSMW工法樁型鋼密插兩種圍護(hù)方案的計(jì)算結(jié)果差別不大，甚至個(gè)別方面計(jì)算結(jié)果，工法樁的安全系數(shù)甚至超過了鉆孔樁。最后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇鉆孔灌注樁圍護(hù)方案。

2.4 轉(zhuǎn)移荷載作用

基坑周邊活荷載對(duì)基坑安全的風(fēng)險(xiǎn)，主要是由于荷載通過基坑周邊地層傳遞至基坑圍護(hù)，引起基坑圍護(hù)變形過大乃至失穩(wěn)破壞。從這個(gè)角度出發(fā)，考慮通過采取措施改變基坑周邊重載傳遞路徑，不傳遞至基坑圍護(hù)?？梢栽诨颖眰?cè)重載便道區(qū)域設(shè)置300 mm厚棧橋板，板下設(shè)置一排Φ800＠6 000mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)30 m。

此方案中重載便道上的荷載，通過棧橋板垂直傳遞至樁基，然后通過樁基傳遞至坑底以下土層，避免了超載引起的側(cè)向土壓力作用于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可以有效降低基坑邊超載對(duì)基坑的影響。但是此方案由于造價(jià)偏高而未能實(shí)施。

3 施工監(jiān)測(cè)

3.1 A、B風(fēng)亭基坑施工及監(jiān)測(cè)情況

A風(fēng)亭基坑于2020年3月11日開始開挖，3月28日收底完成，澆筑C30早強(qiáng)混凝土墊層，4月15日底板混凝土澆筑完成，6月15日，頂板混凝土澆筑完成。

B風(fēng)亭基坑于2020年11月29日開始開挖，12月9日收底完成，澆筑C30早強(qiáng)混凝土墊層；12月18日，底板施工完成。

施工期間每個(gè)風(fēng)亭4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，基坑?xùn)|、西兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)斷面，北側(cè)兩個(gè)斷面。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)基坑圍護(hù)水平變形和基坑邊地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)時(shí)段為基坑開挖至底板施工完成?；拥孜恢脟o(hù)水平變形曲線見圖7、圖8?；舆叺孛娉两底兓€見圖9、圖10。

圖7 A風(fēng)亭基坑開挖期間圍護(hù)變形曲線（坑底位置）

圖8 B風(fēng)亭基坑開挖期間圍護(hù)變形曲線（坑底位置）

圖9 A風(fēng)亭基坑邊地面沉降變形曲線

圖10 B風(fēng)亭基坑邊地面沉降變形曲線

底板施工完成后A風(fēng)亭基坑CX02和B風(fēng)亭基坑CX03兩個(gè)測(cè)點(diǎn)處圍護(hù)變形隨深度變化曲線見圖11、圖12?；邮┕けO(jiān)測(cè)對(duì)比見表4。

圖11 A風(fēng)亭基坑圍護(hù)變形曲線（CX02）

圖12 B風(fēng)亭基坑圍護(hù)變形曲線（CX03）

根據(jù)以上兩個(gè)風(fēng)亭基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以看出地質(zhì)情況基本相同，基坑形狀、規(guī)模接近的情況下，盡管A風(fēng)亭基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了Φ800＠1 000 mm鉆孔灌注樁，A風(fēng)亭基坑施工期間受基坑圍護(hù)變形明顯比B風(fēng)亭基坑圍護(hù)變形大，A風(fēng)亭基坑圍護(hù)最大水平變形112.45 mm，B風(fēng)亭為81.95 mm。而且A風(fēng)亭基坑局部出現(xiàn)圍護(hù)侵限情況。開挖期間，A風(fēng)亭基坑北側(cè)重載便道一側(cè)，重載便道及地面出現(xiàn)明顯裂縫。

A、B兩座風(fēng)亭基坑施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比見表4。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，A風(fēng)亭盡管采用鉆孔灌注樁圍護(hù)，但是基坑北側(cè)受到偏載影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形及地面沉降較大。

表4 基坑施工監(jiān)測(cè)對(duì)比

綜上分析，基坑偏載對(duì)基坑圍護(hù)影響較大，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)慎重考慮，有針對(duì)性設(shè)計(jì)。施工過程中應(yīng)控制基坑偏載在限制范圍內(nèi)。

基坑開挖施工中，特別是類似寧波地區(qū)的軟土地層中基坑開挖施工，應(yīng)嚴(yán)格控制無支撐暴露時(shí)間，開挖到位及時(shí)架設(shè)支撐，及時(shí)施加支撐軸力。

4 結(jié) 語

1）基坑周邊存在偏載的情況，應(yīng)了解清楚偏載情況并進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，適當(dāng)加強(qiáng)圍護(hù)的強(qiáng)度、剛度以滿足基坑安全。可供選擇的基坑圍護(hù)形式有鉆孔灌注樁、SMW（TRD）工法樁、地連墻等。

2）加強(qiáng)施工配合，施工過程中提醒施工單位合理組織重載機(jī)械的站位，控制偏載不超過設(shè)計(jì)允許范圍。同時(shí)，及時(shí)架設(shè)支撐并施加預(yù)應(yīng)力，嚴(yán)格控制無支撐暴露時(shí)間。

3）基坑周邊偏載較大，若加強(qiáng)圍護(hù)成本較大，可以在經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析合理前提下，采用棧橋板等改變偏載傳遞路徑的方式，避免偏載直接作用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)。