小尺寸超深基坑支护效果分析_魏峰先.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 4 期 2023 年 2 月Vol.54 No.4 Feb.2023463小尺寸超深基坑支护效果分析魏峰先，吕 果，孙华波，曹世超（建设综合勘察研究设计院有限公司，100007，北京）摘要：以北京中石化科学技术研究中心 31.4 m 小尺寸超深基坑工程为实例，基于整个工程施工的实际监测数据，对基坑支护过程的水平位移、竖向变形、周边道路沉降及止降水等变形规律进行了分析，得出该小尺寸深基坑受空间效应的影响，基坑中间部位水平位移大于基坑坑角部位产生的变形，且止水帷幕的设置能有效减小基坑变形，分析表明该超深基坑支护结构设计合理，可为类似工程提供参考。关键词：小尺寸；超深基坑；现场监测；空间效应；止水帷幕中图分类号：TU 69 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)04-0463-03ANAlysis oF supporTiNG EFFEcT oF sMAll-scAlE AND ulTrA DEEp FouNDATioN piTWEI Feng-xian,LYU Guo,SUn Hua-bo,CAO Shi-chao(Cigis(China)Limited,100007,Beijing,China)Abstract:Taking the 31.4 m small-scale deep foundation pit project of Sinopec science and technology research center as an example,based on the realistic monitored data of the whole project works,the horizontal deformation,vertical deformation,peripheral road settlement and stop precipitation of the foundation pit are analyzed.It is concluded that the deformation in the middle part of the deep foundation pit is greater than that in the corner of the pit due to the spatial effect,and the setting of water stop curtain can usefully decrease the foundation deformation.The analysis shows that the design of supporting structure is reasonable,which can provide reference for the analogous projects.Keywords:small scale;super deep foundation pit;in-situ monitoring;space effect;waterproof curtain随着城市建设快速发展，城市规划也在不断推进，建设用地资源越来越紧张，很多新建项目集中在市区，周边被已有建筑物或管线道路包围，导致施工作业空间有限，因此，对有限施工空间内的超深基坑工程的开挖和支护方案进行具体分析显得尤为重要。地下水的存在给基坑的设计和施工带来很大影响，且北京地区对基坑施工降水限制严格，各地区对于地面沉降防控的要求也越来越高，根据学者们的研究，布设止水帷幕可很大程度上的阻隔基坑外侧地下水的渗入以有效减小周围地面沉降变形，但现行的基坑设计规范尚未考虑支护结构周边有止水帷幕时的影响。因此，以中石化科学技术研究中心 31.4 m 的超深基坑工程实例进行分析研究，结合工程区的地质地层条件、地下水条件、周边环境对有限施工空间内的超深基坑支护及地下水控制方案的影响进行了分析，提出了有限施工空间内超深基坑支护及地下水控制的注意事项及整体方案，通过选用可靠的支护方案和监测措施，确保工程及其周边建筑物的安全，以期为其他类似超深基坑工程建设提供参考。1 工程概况1.1 研究区概况研究工程位于北京市昌平区沙河镇，项目包括科研楼部分和住宅楼部分，由数据中心、能源中心及锅炉房、书库、文体中心、3 号科研办公楼及裙房、纯地下车库和 110 kV 变电站组成，3 号科研办公楼地上部分共设计 14 层，结构设计为框架 剪力墙，基础设计为筏形基础。基坑开挖深度达到 31.40 m。基坑周边有管线道路，西侧与 4 号科研楼相连，北侧道路有地下管线，因此基坑四周边对位移变形要求均很高。1.2 工程地质水文地质条件工程区各建筑对应的直接持力土层统计见表 1。场地内共有4层地下水，见表2，因本工程地下水丰富，采用搅拌桩止水帷幕方案并结合坑内疏干井。2 基坑概况2.1 基坑支护设计该深基坑工程有如下4个特点：（1）基坑深度大，达到 31.4 m；（2）开挖面积较小，长仅为 66 m 左右，收稿日期：20230210作者简介：魏峰先（1978），男，山东潍坊人，高级工程师，硕士，e-mail:.建 筑 技 术第 54 卷第 4 期464 表 1 各建筑对应的直接持力土层表 m建筑名称基础砌置标高相应的地基直接持力土层数据中心34.100 第三主层粉质粘土26.000 第五主层重粉质粘土能源中心及锅炉房 19.600 第六主层粉质粘土，局部细砂亚层文体中心35.300 第三主层粉质粘土及第四主层粘质粉土3 号科研办公楼23.000 第五主层重粉质粘土第六主层粉质粘土110KV 变电站37.600 第三主层重粉质粘土表 2 地下水类型统计表层号地下水稳定水位地下水类型埋深/m标高/m第 1 层1.403.8037.76039.350潜水第 2 层10.2012.2029.46030.960层间水第 3 层18.7020.2020.33022.490层间水（有承压性）第 4 层28.3031.6010.79012.720承压水宽仅为 45 m 左右，施工场地较狭小局限；（3）场地地下水丰富，采用搅拌桩止水帷幕，且帷幕长度达到31.9 m，坑内部采用37 m疏干井；（4）周边情况较复杂，对位移变形量要求较为严格。基坑设计严格遵循国标 JGJ 1202020建筑基坑支护技术规程，综合多方面考虑场地工程及地下水条件、周边建筑等环境条件及开挖支护深度等将该基坑划分成为 5 个支护区段，ABCDEF 段为 11 剖面，FGH 为 22 剖面，IJ、KL 段为 33 剖面，JK 段为 44 剖面，剖面 11、22 和 44 所用支护方式为土钉墙与桩锚联合支护方案，剖面 33 选用桩锚支护，9.690 m 标高与 15.000 m 标高交界为 55 剖面，用土钉墙支护。如图 1 所示。规划道路红线Z#塔式起重机基础底板轮廓线基础底板轮廓线基础底板轮廓线能源中心护坡桩水泥搅拌桩止水基坑内疏干井32.700北图 1 基坑支护、止水平面示意2.2 基坑监测对支护结构及基坑施工影响范围内通行道路、地下深埋管线和建筑物进行监测，综合北京地区的超深基坑相关施工经验并严格按 GB 504972009建筑基坑工程监测技术规范，对工程布设基坑监测点，监测项目及基坑变形警戒值见表 3。表 3 监测项目及基坑变形警戒值监测项目 剖面等级预警值变化速率/(mm/d)累计预警值/mm 累计控制值/mm水平位移（坡顶、桩顶）11一级12、2116、305、322一级12、2116、305、333一级2130344一级5、217、305、355三级213015竖向位移（坡顶、桩顶）11一级21、1430、205、322一级21、1430、205、333一级1420344一级11、1415、205、355三级28408深层水平位移11一级3045322一级3045333一级3045344一级30453基坑周边地表沉降21303锚杆轴力70%3 分析与讨论3.1 基坑水平位移分析对基坑水平位移进行监测可及时准确地掌握岩土体开挖过程中基坑及桩锚体等产生的变形大小及其方向11，由图 2 可看出水平位移随着基坑开挖深度的增大而缓慢增加，但最终都是趋于平稳的变化趋势，基坑水平位移累计值在10 mm以内，而JN05、JN06（基坑东侧中部），JN09（基坑南侧中部）处累计位移量稍大，这可能是由于受空间效应影响9，坑角部位变形量呈现小于基坑中间部位置的变化趋势。1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 11840.0020.000.0020.0040.00JN01JN02JN03JN04JN05JN06JN07JN08JN09JN10期数累计位移量/mm图 2 基坑水平位移监测3.2 竖向位移分析随着岩土体开挖的不断进行，基坑的竖向变形及其影响范围在不断扩大，随着开挖与支护的进行呈现出先沉降至稳定后又隆起直至稳定的变化趋势，变化2023 年 2 月465魏峰先，等：小尺寸超深基坑支护效果分析最大值为 30 mm 左右，沉降较小；北侧 22 剖面监测点 02、03、04 相较于南侧 11 剖面 07、08 变形更小，推测是由于北侧止水帷幕与钢管桩连结形成一体，增加整体刚度，变形减小，如图 3 所示。1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 11840.0020.000.0020.0040.00JN01JN02JN03JN04JN05JN06JN07JN08JN09JN10期数累计位移量/mm图 3 基坑竖向位移监测图3.3 基坑周边地表沉降变形对于超深基坑周边地表沉降变形进行实时监测可看出基坑开挖及支护施工时对坑周围环境的影响程度，各监测点位获得的基坑周边地表变形在不同时期各监测点数据如图 4 所示。1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 11850.0040.0030.0020.0010.000.0010.0020.0030.0040.0050.00DN11DN12DN13DN14DN15DN21DN22DN23DN24DN25期数累计位移量/mm（a）1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 11830.0020.0010.000.0010.0020.0030.00DN31DN32DN33DN34DN35DN41DN42DN43DN44DN45期数累计位移量/mm（b）图 4 基坑周边地表沉降变形监测（a）DN11DN25；（b）DN31DN45从图 4 可看出周边地面变形累计量随着施工过程中岩土体开挖深度的增加而逐渐增大，并且在施工结束后其累计变形量没有立刻稳定，存在滞后性，推测是由于岩土体的侧向效应12导致的。尽管工程的施工引起了工程周边地表的沉降变形，但从沉降监测值可以看出累计变形量满足基坑各个工况下的安全要求，说明该超深基坑所选用的支护方案是合理有效的。3.4 止水帷幕分析由于地下水对深基坑开挖、围护结构及开挖后持力层地基土的工程性状有直接影响，为阻断坑外水进入，确保开挖顺利进行，在基坑周边设置三轴搅拌桩止水帷幕。止水帷幕的隔水和挡土作用对基坑变形影响明显，从基坑水平和竖向位移监测数据可看出基坑变形较小，推测与三轴止水帷幕有一定的关系。三轴搅拌桩是以水泥为加固剂，施工时用深层搅拌桩施工机械，将土、水和水泥的混合搅拌，利用水泥和土之间发生的水化反应，将土变得更加硬结14，实际工程时的水土作用压力首先是传递给止水帷幕，再间接将作用力传递给支护桩，若把支护结构和止水帷幕作为一个整体（基坑 22 支护剖面钢管桩与止水帷幕相连），三轴搅拌桩止水帷幕的布设增加了整体支护结构的刚度和重度，使整体稳定性进一步增加，因此基坑变形及地面沉降减小2，从而会出现北侧相较于南侧变形偏小的结果。4 结论基于中石化科学技术研究中心 31.4 m 超深基坑实地监测数据，对基坑水平位移、竖向变形、周边道路沉降及止降水等变形规律对比分析，得出以下结论。（1）现场实测监测数据分析表明基坑支护设计和施工过程安全合理，同一基坑的不同部位变形不尽相同，验证了小尺寸超深基坑受空间效应影响，实际工程中可合理利用空间效应，降低成本。（2）基坑止降水设计与基坑支护统筹考虑，设计时充分利用止水帷幕的隔水效应和可与周围结构形成一体进而增加整体的刚度，为类似工程提供参考。（3）基坑工程是一个多维度工程，除受空间效应影响外也有明显的时间效应。在实际施工时应注意，尤其是超深基坑工程更需充分考虑，合理安排分步开挖及各项支护工序的搭接，减小基坑变形；对出现异常点部位，施工方应重点对其支护情况检查，并做好处理突发事件准备。参考文献1 张震,叶建忠,贾敏才.上海软土地区小宽深比基坑变形实测研究 J.岩石力学与工程学报,2017,36(S1):36273635.2 项龙江,龙照,时轶磊,等.考虑尺寸效应的小尺寸深基坑土压力与变形计算分析 J.科学技术与工程,2020,20(34):1417814184.3 孟雷.北京某深基坑止水帷幕研究与应用 D.长春:吉林大学,2016.4 黄鑫磊,何晔,占光辉.深基坑减压降水设计优化与止水帷幕隔水效应分析 J.上海国土资源,2014,35(2):2527,61.5 聂子奇,张少钦.基坑止水帷幕隔水效应分析 J.南昌航空大学学报(自然科学版),2020,34(4):7782.6 陈鹏飞,龚晓南,刘念武.止水帷幕的挡土作用对深基坑变形的影响 J.岩土工程学报,2014,36(S2):254258.7 张柳.止水帷幕在深基坑支护及降水中的作用效果研究D.济南:山东大学,2015.8 高宣.考虑空间效应时基坑桩锚支护变形研究 D.邯郸:河北工程大学,2018.9 周振鸿,孙华波,吕果,等.深大基坑支护变形分析 J.土工基础,2021,35(3):311314.10 周振鸿,孙华波,吕果,等.深大基坑桩锚支护监测与数值分析J.岩土工程技术,2021,35(4):233237.11 贾海莉,王成华,李江洪.关于土拱效应的几个问题 J.西南交通大学学报,2003(4):398402.