紧邻民用建筑的深大基坑围护设计与施工分析

张丽丽

上海市建工设计研究总院有限公司 上海 200235

随着当前城市地下空间的开发，基坑工程正向着大规模、大深度发展，由此带来的基坑围护体系也越来越复杂，单一的围护形式不足以满足基坑工程施工对安全、经济以及工期进度等的需求。因此，针对不同的周边环境进行区别对待，采用多种组合式围护结构体系[1-2]，才是经济合理的选择。

以湖南某一棚户区改造项目基坑工程为例，介绍了在基坑围护设计过程中，针对不同的周边环境采取的不同的支护结构进行分析，并根据现场情况评价其实施效果，以期为类似工程施工提供参考。

1 工程概况及周边情况

1.1 工程概况

本项目位于湖南省永州市冷水滩区，中兴路与湘江东路交会处东北角，永州市政府南侧。该项目包括6栋17～33层住宅和1栋2～5层商业配套用房及2层地下室。基坑形状不规则，开挖面积约39 800 m2，周长约886 m（东西向长约280 m，南北向宽约175 m）。至大地库基础承台底挖深9.70 m，至坑边号楼基础梁底挖深10.2 m。地库集水井相对地库底板落深1.30 m，号楼内集水井、电梯井等落深2.00～3.40 m。

因基坑大面积挖深9.70 m，根据行业标准《建筑基坑支护技术规程》相关规定，基坑安全等级为二级。

1.2 周边环境概况

本项目北侧为永州市人民政府及已建建筑，东侧为市政府宿舍区及在建民房，南侧为市政道路中兴路，西侧为市政道路湘江东路。

东侧环境详述如下：东侧北段为市政府宿舍区6层建筑，桩基础，开挖边线距用地红线最近6.71 m，红线外最近5.68 m即为市政府宿舍区建筑（位于1倍基坑挖深范围以内）。东侧南段为在建5层民用建筑，桩基＋承台基础，φ400 mm长螺旋钻孔灌注桩，桩长约14.00 m，开挖边线距用地红线最近4.84 m，红线外最近2.50 m即为民用建筑（位于1倍基坑挖深范围以内）。

综上，本基坑位于市政府大楼前，其重点保护对象为东侧已建市政府宿舍楼与在建民房、南侧及西侧市政管线等。

1.3 地质概况

1.3.1 地层情况

拟建场地地貌属湘江Ⅱ级阶地冲洪积地貌。场地原为居民区，现已拆迁平整。各勘探孔地面绝对高程在96.79～103.51 m之间，相对高差约为7.00 m。

本基坑开挖深度范围内涉及的地层主要有①1路面基础、①人工填土、②粉质黏土、③粉土、④卵石、⑤强风化泥质粉砂岩等，基底主要位于④层。

1.3.2 地下水分布情况

拟建场地地下水主要为松散岩类孔隙水，主要赋存于④层中，具承压性，水量丰富。地下水主要接受大气降水和湘江侧向补给，以侧向补给邻区、蒸发、民井等形式径流、排泄。水位随季节性变化较大。勘察测得其稳定水位埋深为0.25～6.72 m，相当于绝对高程96.408～97.960 m，水位年变化幅度为2～3 m。

此外，强-中风化基岩风化裂隙中可能存在基岩裂隙水，多具承压性，主要由第四系层中的地下水、区域地下水通过上覆土层、岩层裂隙下渗补给，其水量大小受岩体内节理裂隙的发育程度、连通性影响，未形成连续水位面，地下水赋存不均一。

2 基坑围护方案

2.1 基坑特点

1）基坑开挖深度较深（大面积开挖深度8.9～10.2 m），开挖面积较大（约4.0万 m2）。

2）基坑北侧为市政府大楼，基坑东侧为已建市政府宿舍区和民用建筑（在1倍的开挖深度范围内），西侧和南侧为市政道路和管线（在1～2倍的开挖深度范围内），对位移要求严格，总体保护要求较高。

3）场地内①层状态松散，组成较杂，基础开挖时需清除。基坑开挖的坑底为渗透性系数较大的粉土、卵石层，围护设计需采取合理的止水和坑内降水措施[3-5]。

2.2 围护方案总体思路

2.2.1 围护结构选型分析

基坑西北、东北及东南三侧基坑挖深9.70～10.20 m，用地红线与基坑边线距离5.50～9.40 m，坑外为道路或建筑，结合基坑形状，采用φ1 000 mm灌注桩＋钢筋混凝土角撑进行支护，灌注桩间距1 400 mm，有效桩长16.0 m，桩底进入强风化泥质粉砂岩至少0.5 m。

东侧中段坑外约4.8 m为在建6层民房[6-7]，基础形式为φ400 mm长螺旋钻孔灌注桩。为控制民房变形，常规做法为灌注桩＋钢筋混凝土对撑，但本基坑形状不规则，东西向长约280 m，支撑下须设置较多立柱桩，工期长且造价高。通过与业主及施工单位沟通，结合现场实际情况及当地地层特点，采用双排灌注桩门架＋坑内钢斜撑的支护形式。一般斜抛撑为直接撑在先期浇筑的底板上，考虑本项目环境的特殊性及斜撑下土方开挖的方便性，设计将斜抛撑撑至先期施工的结构柱及楼板上。双排桩采用φ1 000 mm灌注桩，间距1 400 mm，排距3 000 mm，有效桩长16.0 m。

基坑其余部位距离红线较远，坑外为道路或空地，采用φ1 000 mm灌注桩＋2道预应力锚索的支护形式。灌注桩间距1 400 mm，有效桩长16.0 m；锚索长度18.0～25.0 m，成孔直径150 mm，倾角30°，水平间距2.80 m，竖向间距3.90 m，采用3φ15.2 mm的1×7高强度低松弛预应力钢绞线。

2.2.2 止水帷幕选型分析

考虑湖南当地水文特点，场地内④层土含水量丰富，设计采用长16.0 m的φ1 000 mm高压旋喷桩进行灌注桩桩间止水，同时灌注桩进入⑤层强风化泥质粉砂岩不少于0.5 m，桩端2.0 m为素混凝土段，与高压旋喷桩底标高一致，桩长为16.0 m，保证止水的连续性与有效性。

2.3 东侧民房处斜抛撑区域施工工况

为减小基坑开挖对民房的不利影响，考虑基坑开挖的时空效应，分2区先后施工（图1），先进行1区土方开挖，待1区楼板、结构柱施工完成且架设好钢斜撑后，再开挖2区[8]。

图1 东侧民房处基坑分区示意

施工顺序为：施工灌注桩、高压旋喷桩等→采用深井降水，降至基底下0.5～1.0 m→开挖第1皮土方，施工钢筋混凝土圈梁及连梁，养护达到设计强度的80%后进行下一层土方开挖→坑内留土放坡至斜抛撑撑角部位，施工斜撑撑角以西的底板→先期施工的底板区域继续向上施工至B1板（－5.90 m）标高处，完成B1板及混凝土牛腿的施工→待B1板及混凝土牛腿达到设计强度的80%后，架设φ609 mm×16 mm钢管斜撑→开挖斜撑下坑边预留土坡→施工斜抛撑区域垫层、底板及传力带1→继续向上施工地下室外墙、柱、中楼板和传力带2，并与先施工区域的楼板连成整体→待中板和传力带2混凝土达到80%设计强度后，拆除斜抛撑→施工地下室结构至±0 m。

3 基坑开挖对既有民房的影响分析

3.1 数值模型建立

考虑到分析问题的合理性和计算速度，采用岩土工程专业二维平面应变有限元模型进行基坑开挖过程的有限元数值模拟[9-10]。

在基坑围护结构分析过程中，对不同分析对象采用不同的单元类型和本构关系，详见表1，由于基坑周边行走土方车辆，采用均布面荷载来模拟基坑周边超载，荷载为20 kPa。

表1 分析单元类型与本构模型

3.2 计算结果分析

有限元分析结果显示，基坑围护墙侧向变形值23.9 mm，引起的地面沉降为13.5 mm（表2），根据GB 50497—2019《建筑基坑工程监测技术标准》相关规定，支护结构侧向水平位移限值为30 mm，地面沉降限值为25 mm，基坑开挖安全性得到了保证。

表2 基坑围护结构计算变形值

基坑距民房基础边线最近4.8 m（位于2倍基坑挖深范围以内），由于开挖引起的民房水平与竖向变形均在20 mm以内，整体最大倾斜在0.3%以内，基坑开挖对民房的影响可控。

4 工程实施效果

根据最终监测数据，围护墙体最大深层水平位移为22.5 mm，民房沉降累计值为12.5 mm，符合民房保护要求，达到了预期的保护目标。

5 结语

以湖南永州某邻近市政府大楼及在建民房的深基坑为背景，围护设计选用了桩＋锚、桩＋混凝土支撑（局部斜抛撑）的多种组合支护形式。经实施，本工程较好地确保了基坑东侧民房建筑的结构安全，且保证了围护结构的经济性。主要结论如下：

1）在紧邻保护建筑的场地内进行基坑施工，应提前对已有建筑进行详细的调研，收集了解其结构形式及变形控制要求等，制订相应的保护措施。

2）通过前期策划和沟通，针对不同的周边环境，结合基坑自身形状，从围护源头进行优化设计，使得围护设计本身适用于本工程，且满足了业主对施工进度和经济效益的需求。

3）本工程施工工序与设计相符合，保证了基坑开挖施工的安全性，保护了周边环境，可为今后类似工程项目的实施提供一定的参考。