国投开发安信证券股份有限公司 广东深圳 518000
摘要：安信金融大厦基坑开挖深度24.2米，局部最深为29.7米，基坑挖开面积为4605m2，周边管线复杂，距地铁1号线63米，基坑南侧与已有地下结构共用地墙约62米。通过采用有限差分三维模拟施工过程来优化环形支撑基坑支护方案，采用植筋连接等加固措施解决共墙基坑新老结构连接问题，通过深层注浆帷幕和增设回灌井等变形控制措施及通过现场同步监测技术，确保基坑施工过程中的安全及地铁线路安全状态。
关键词：共墙；地铁；深基坑；支护；基坑监测；三维数值分析
1 工程概况
工程概况及周边环境
安信金融大厦工程地理位置处于深圳市福田中心区，西侧是深圳市有名的五洲宾馆和香蜜湖，北侧和西侧紧邻市政道路，东侧紧邻市政规划路和已建的新华保险大厦写字楼平面距离不到10米，南侧外墙紧贴已有建筑物中信大厦建筑外墙，并且南侧距离已运营的深圳地铁1号线约63米左右，详见图1。
安信金融大厦规划总用地面积4813.45m2，总建筑面96828.64m2。本项目拟建1 栋40 层总部办公大楼，建筑最大高度为198m，属于超高层项目。拟建地下5层地下室，基坑形状基本层长方形，南北长约73.6米，东西向宽62.7米，开挖深度23.4-29.2米，基坑挖开面积为4605m2，采用D1000钻孔咬合桩围护结构，一荤一素布置，布置间距1.6米，围护结构在基坑之下的嵌入深度为8.1米，其中南侧与中信银行大厦共用围护结构，嵌固深度为5.6米，基坑支护结构设4道钢筋混凝土环形支撑加强支护，塔楼部分增设一道门槛撑，内支撑砼标号为C30，项目土石方挖运约12万方，1.0m立柱桩19根，咬合桩270根，其中1.2m咬合桩荤素各135根，立柱桩、咬合桩荤桩砼标号为C30，咬合桩素桩采用超缓凝砼，标号为C15，土方分层开挖，配合支撑逐层开挖土方，基坑平面图如图2。
工程地质情况
场地内特殊性岩土包括人工填土、残积土和花岗岩的风化岩，拟建场地原始地貌单元为剥蚀一级阶地冲洪积地貌单元，后经人为改造活动填土整平。场地内无地表水体和常年地表水流分布。场地地下水类型主要为孔隙潜水和基岩裂隙水。勘察期间测得钻孔地下混合稳定水位埋深在4.10～5.30m，高程介于1.26～3.10m之间
各地层岩性特点自上而下分述如下：
（1）人工填土层：主要为粘性土回填，层厚介于1.20～2.30m，平均层厚1.80m，层底标高4.26～5.95m。
（2）粉质粘土：层厚介于0.90～9.00m，平均层厚2.89m，层顶4.26～5.95m。
（3）砾砂：局部见有少量小卵石，卵石粒径20-30mm，含粘性土约8-15%，局部粒径小，局部夹粉砂、粉质粘土团粒或透镜体，水平方向及垂直方向不均匀。层厚介于2.10～4.50m，平均层厚3.31m，层顶标高1.85～6.89m。
（4）砾质粘性土：本层在场地内大范围分布，为4.40～18.30m不等，平均层厚11.54m，埋深4.50～11.30m，层顶标高-4.15～2.39m。
（5）全风化花岗岩：该层在场地内所有钻孔均有揭露，层厚介于2.40～12.40m不等，平均厚度7.65m，埋深6.50～26.30m，层顶标高-18.85～0.86m。
（6）强风化花岗岩：本层在场地内全部钻孔均有揭露，层厚介于4.80～16.40不等，平均厚度9.86m，埋深18.40～34.80m，层顶标高-27.35～-11.04m。
（7）中风化花岗岩：场地各钻孔均钻至该层。层厚介于0.50～8.50m，埋深27.60～44.10，层顶标高-36.65～-20.45m。
（8）微风化花岗岩（④4层）：场地内各钻孔均揭露该层，揭露厚度3.8～6.08m，埋深31.20～47.10m，层顶标高-40.04～-24.05m。
基坑支护方案
优化的环形支撑模型分析
优化模型介绍
虽然环形支撑的内支撑布置方式使得坑内支撑密度大大降低，有效减小了取土难度、提高施工效率，但相对于十字支撑，环形支撑较小的支撑密度使得墙体水平变形相对增大，为了减小墙体的水平位移，将采用支撑上局部加板方式进行优化。其支撑模型及平面图如图3、4所示。
支撑局部加板采用shell单元模拟。与liner单元相似，shell单元也可承受表面荷载和弯曲荷载。实际的水平梁板支撑可视为多个壳单元的集合。壳单元是一系列由三节点等厚度三角形单元组成，空间任意曲面的结构壳可模拟成一系列三角形壳单元。每个壳单元特性可以为各向同性或正交各向异性，缺省情况下为无破坏界限的线弹性材料；
本次加固采用混凝土强度等级为C30，按经验关系考虑混凝土刚度折减，弹性模量取为24GPa，泊松比取为0.2，重度取为25kN/m3，加固区域为东西向支撑支撑中部25m*8m，南北部支撑中部20m*6m范围内，加固板厚0.3m，加固板与支撑、墙体及桩之间刚接。
模型计算结果分析
图5为优化环形支撑支护方案下下土体竖向位移分布。与未优化环形支撑方案结果相似，在基坑开挖区域附近靠近墙体的外侧，土体会出现较小隆起，约5mm左右；远离基坑开挖区域土体出现微小沉降，约2mm；基坑开挖同时会引起邻近中信大厦结构外侧土体发声微小沉降，约1mm。
图6为基坑开挖结束之后墙体东西方向水平位移分布云图。与未优化环形支撑方案结果相似，随着基坑的开挖，东西侧墙体（x方向）向坑内变形并逐步增大，至基坑开挖结束之后，墙体水平变形达到最大值，约21mm；邻近中信大厦地下结构墙体发生微小水平变形，约0.1mm左右。基坑开挖对于邻近建筑物产生影响微小。
图7为基坑开挖结束之后墙体南北方向水平位移分布云图。与未优化环形支撑方案结果相似，随着基坑的开挖，南北侧墙体向坑内变形并逐步增大，至基坑开挖结束之后，北侧墙体向坑内变形达到最大值，约16.7mm；南侧墙体受邻近中信大厦地下结构影响变形较小，约3.54mm；同时，邻近中信大厦地下结构墙体发生微小水平变形，约1mm左右。基坑开挖对于邻近建筑物产生影响微小。
图8为环形支撑下墙体上测点CX1~CX4在基坑开挖过程中的水平方向变形的分布，其中图（a~d）为测点CX1、CX2、CX3、CX4在开挖不同阶段水平位移随深度的发展规律，CX1~CX4分别为东、西、南、北各个侧墙上测点，图e为开挖结束之后各个测点的水平位移随深度分布规律。与未优化环形支撑方案结果相似，墙体水平位移随着开挖的不断进行总体上呈现不断增加的趋势，水平位移随深度增加先增大后减小，呈凸鼓状。东、西侧墙体（CX1、CX2）变形基本相似，最大墙体变形位于第三道支撑处，约21mm；南、北侧墙体（CX3、CX4）由于墙外侧土压力的不同而产生不同的水平变形，南侧墙体外侧为临近安信大厦地下结构，侧压力较小，墙体变形较小，甚至在顶端和低端部位出现向坑外变形现象，其最大变形位于坑底以上3m处，其值约3.54mm；北侧墙体相比受支撑影响出现较大水平变形，最大变形位于第三道支撑和第四道支撑之间，其值约16.7mm。
综上，优化环形支撑方案进行基坑支护产生会进一步减小土体的竖向变形及墙体水平变形，优化环形支撑下土体最大变形约4mm；同时基坑开挖过程中，坑内土体卸荷，基坑墙体发生更大水平变形，并随着深度的增加先增大后减小，呈现凸鼓状。墙体最大变形发生在东西侧墙第三道支撑和第四道支撑之间，约21mm，北侧墙体变形较小，约16.7mm，南侧墙体受邻近中信大厦地下室影响变形最小，约3.54mm。
2 工程难点及特点
1、工程地点可用空间狭小，项目因地理位置处于市中心地带，项目四周又紧邻市政道路和已有建筑，四周布满了市政管线，对周边市政管线的保护是一个难点及重点；
2、本项目基坑平均深度24米，核心筒位置深度局部达29.3米，属超深基坑，开挖土方量近12万方，采用垂直开挖，支护及土方工程施工难度比较大，咬合桩的垂直度控制比较困难，对支护工程的稳定性要求比较高；
3、项目南侧红线已触及已有中信银行大厦建筑物外墙，深基坑施工时此项目南侧整侧约62米外墙将共墙施工，超深基坑共墙施工技术应用及对已有建筑物外墙的保护及变形监测是本项目基坑施工的重点和难点，控制不好会导致基坑垮塌，具体见桩基平面布置图9。
4、在项目的西南侧63m 以外有地铁1号线的香蜜湖站～购物公园站区间隧道，该隧道顶埋深约13.5m，双洞双线，隧道内直径6.0m，本项目基坑支护和人工挖孔桩施工期间抽排水会引起周边地下水位的下降，会导致周边建筑构建物的变形，施工期间对地铁隧道的变形及沉降控制将又是本工程的一个难点。
5、地质情况复杂，场地基岩为花岗岩，全风化及强风化岩遇水易软化、崩解，且各风化层厚度、高差起伏面较大，尤其是中风化岩层厚变化大，基坑支护工程和桩基础工程施工难度大。
针对搭接部位裸露的土层采用土体加固技术，从上之下采用挂10#铁丝网，铁丝网两侧采用植筋¢25@500固定在支护桩上，外侧采用喷砼80mm厚处理，具体见立面加固图11。
3.2新旧支撑衔接技术
本基坑咬合桩支护体系是利用南侧中信银行大厦原有支护结构体系，整体南侧约70米长外墙将共墙施工，共墙处新施工的内支撑体系和原有中信银行支护桩的衔接也是本项目的难点。
为了保证新旧支撑体系的整体稳定性，针对基坑内支撑腰梁与中信外墙的衔接，采用植筋加固措施，咬合桩与腰梁连接时要凿除原咬合桩外层混凝土面层，植入¢25@1600钢筋，植入深度400mm，最后灌注处理；支撑梁（WL1-1）与原有冠梁连接时要凿开中信外墙原支护冠梁近600深，再进行植筋灌注施工，使得新旧支护体系形成一个整体，共同支撑整个基坑的围护，如下图12、13所示。
3.3 基坑变形控制措施
3.3.1 深层注浆帷幕变形控制
在场地的西南侧63m 以外有地铁1号线的香蜜湖站～购物公园站区间隧道，该隧道顶埋深约13.5m，双洞双线，隧道内直径6.0m。深圳地铁1号线为运营线路，虽然本项目与地铁隧道的间距大于地铁公司要求的50m控制范围之外，仍应依据深圳市地铁有限公司《地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法》的有关规定，分析并控制周边工程项目施工对轨道交通设施的影响，确保地铁安全运营。具体详见平面图14。
本项目人工挖孔桩施工时局部降水深度将达到42m，可能会引起地铁隧道所处场地的地下水位发生变化，从而导致隧道产生不利的变形，影响轨道交通安全运营。
为了减少地下水位的下降对地铁1号线盾构隧道和周边的影响以及确保南侧中信银行大厦外墙位移及沉降的得到有效控制，在本项目围护结构内侧注浆帷幕沿支护桩西侧和南侧采取注浆帷幕加固措施，详见图15、16所示。
3.3.2 增设回灌井变形控制
本项目场地位于深圳市福田中心区，场地周边环境条件较复杂，东侧与在建的高层写字楼平面距离约10余米，北侧紧临福华一路，北侧临近咬合桩外侧是市政重要电缆管线。西侧紧邻新洲路，周边环境对地面沉降敏感。其中西侧荔枝林地下1.5m左右埋有燃气管、电缆、电信光纤等地下管线，加强对周边地下管线的保护至关重要，管线图见图17。
现场西侧为新洲路辅道，有燃气、给水、污水、雨水、电力及电信管线，距离基坑较近，管线埋设在中粗砂层、填土层中，基坑开挖和挖孔桩施工降水会引起坑壁土体沉降，对道路、管线产生安全隐患。避免和减少基坑位移超过允许值，从而引起道路、管线的沉降和位移，首先严格咬合桩、内支撑结构的施工质量，其次，为了避免和减少坑壁漏水，采取以下措施；
（1）在坑顶设置地下水回灌井11个，基坑北侧布置6个回灌井，西侧增设5个回灌井，回灌井直径400，内置D200硬质PVC管，管壁打D10@80*80孔，外包2层尼龙纱网设置，PVC管四周采用碎石回填，回灌井上口地下1.5米处采用黏土挤密封堵，注水总管引用自来水，分节进行连接，孔深度为地面以下22米，详见图18。在地下水下降至警戒值后及时进行地下水回灌处理，避免地下室水位的突然下降引起周边管线土层的沉降。
（2）北侧咬合桩导墙施工时，严格导墙施工质量，同时增加咬合桩导墙厚度，咬合桩施工同时铺设钢板保护电缆沟等市政设施。
4.现场监测
4.1基坑的监测
根据现场情况，本项目的同步监测内容为桩顶水平位移监测、道路及管线沉降监测、立柱沉降监测、桩身应力、四道支撑轴力监测、地下水位观测、桩体深层位移监测共七部分内容，经45期共180次的基坑监测，各项监测内容均在合理范围内，控制良好。
4.2 地铁的监测
基坑及人工挖孔桩施工期间抽排水会引起周边地下水位的下降，对正在运营的地铁1号线隧道香蜜湖段会产生影响，为了确保地铁1号线的安全运营，在地铁1号线（近基坑侧），里程号为KS9+132.5往东120米区间，按20米的间距布设监测断面，共布设7个断面，每个断面布设3个监测点，共设21个点位，监测指标设垂直、纵向和横向三个。对地铁隧道监测区域的21个点从2015年9月至2016年1月共115次的监测，最大值为4.6mm，监测的指标及数据均未超预警值（报警值为8mm），控制比较良好，对地铁1号线的营运没造成任何影响。
5.实施效果
基于理论分析，设计选择了最优的安信共墙基坑支护施工方案，该施工方案综合考虑了基坑变形控制和出土效率，此共墙深基坑支护方案得到现场有效应征；针对共墙基坑存在的受力不平衡问题，采用局部土体加固方案控制基坑变形和防止基坑失稳；针对新旧支撑体系的连接问题，采取了植筋连接等加固措施，使新旧支护体系形成一整体，有效解决新旧连接及整体基坑失稳问题；针对地铁及周边市政管线等保护，本文采取了深层注浆帷幕加固技术和在基坑周边设置回灌井等措施进行保护，有效解决周边建筑物的沉降问题。
各监测点变形量相对较小，南侧中信银行共墙处最大位移值为10.3mm，南侧中信银行外墙沉降最大值3.8mm，南边中信银行大厦共墙处变形控制较好，各项测数据均在允许值范围内，基坑支护结构处于稳定状态，共墙深大基坑施工技术取得了良好的效果。地铁隧道内监测点有些个别点超过3mm甚至4mm，但绝多数都在2mm左右对隧道产生的影响都处在预警范围内，地铁线路处于相对安全状态。基坑支护工程完工效果图如图19。
参考文献：
[1] 吴伯建，朱珍德，高伟，莫进丰，李爱国.深圳某邻近地铁隧道深基坑支护方案分析[J].施工技术，2012，41（374）：23-40.
[2] 冉岸绿，李明广，陈锦剑等.共用地下连续墙深基坑影响下地铁车站与隧道节点变形分析[J].隧道建设，2016，36（7）：844-850
[3] 姜峰，朱刚，孙卿.与地铁车站共墙的超级深基坑支撑底板的设计和施工优化[J].建筑施工，2009，31（3）：165-166.
论文作者:贺杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/27
标签：基坑论文; 墙体论文; 中信论文; 地铁论文; 位移论文; 隧道论文; 环形论文; 《基层建设》2017年第10期论文;