摘要： 本文针对常州莱蒙都会C区工程，根据场地周边的实际情况、场地地质条件、因地制宜的分析研究了基坑支护设计方案、基坑施工组织方案，并结合紧邻文保建筑这一情况，优化改进相关的支护体系。希望可以为相关人员提供一定帮助。
关键词：基坑支护；基坑开挖；文保建筑保护；环境保护
引言
进入21世纪以来，深基坑工程进入了一个快速发展的阶段，相应的深基坑工程的关注度也得到了越来越多人的重视，基坑的深度及面积屡次刷新纪录，类似上海海门路55号地块项目，基坑面积30440m2，开挖深度36.25m，为上海基坑开挖深度之最，相当于在地面以下十二层的深度；南京金鹰项目，基坑面积52000m2，平局开挖深度23.05m，最大挖深33.7m，此类工程一般具有较大的社会影响。而任何一个基坑的事故，不论其大小，均会对周边环境造成较大的影响，可能产生极为恶劣的后果，因此如何做好基坑支护的整体设计，确保整个基坑施工过程中支护体系的稳定安全，确保基坑施工的安全稳定是各类相关人员密切关心的一个问题。
1 工程概况
本项目为常州莱蒙都会C区项目。工程主体结构为1栋15层高层商住楼、2栋29层高层住宅、1栋44层超高层住宅、1栋48层超高层住宅及部分3-6层商业裙房，地下二层，总建筑面积125159m2。
工程基坑面积为13500 m2，呈“凹”字形，东西长约190m，南北宽约95m，总延长米约618m。
场地原为居民住宅区，西大街小学、轻工局招待所，原有建筑基本拆除，地势基本平坦。地貌为长江下游三角洲冲积平原，地貌类型单一。根据勘察报告，各土层特性自上而下描述如下：
表1 土层特性情况表
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2 围护体系选型研究
深基坑围护体系的选择直接关系到工程及周边环境安全、工程造价的多少、工程进度的快慢，必须因地制宜、认真分析研究。
大多数基坑采用较为单一的支护体系，例如：放坡开挖、地下连续墙加混凝土支撑、止水帷幕排桩支护加支撑系统、SMW工法桩加钢支撑系统、土钉墙等，上述各类支护体系，经过多年的实际运用，再加上Clough[1]支护体系刚度研究以及Addenbrooke[2]位移柔度概念等理论支持，已经有了完善的经验总结及系统理论。而针对本工程的基坑开挖深度、面积、周边复杂的环境等实际情况，将从围护体、止水帷幕、支撑形式等几方面进行分析。
2.1围护体选型分析
根据已实施的大量基坑工程的成功实践经验，类似地下二层基坑工程普遍采用板式支护体系，板式围护体一般可供选择的有SMW工法以及钻孔灌注桩结合止水帷幕。
围护方案阶段对包括上述两种围护型式进行了经济、技术比较。从经济角度出发，SMW工法三轴桩水泥掺量比普通三轴水泥搅拌桩掺量高7%左右。
根据工程的实际工况，考虑到本基坑工程规模较大，类似规模的深基坑工程如采用SMW工法作为围护体，其内插型钢虽然可拔出回收利用，但一方面由于型钢租赁期较长，同时将产生机械二次进出场费。另一方面根据地勘情况，由于本工程浅层土层渗透性系数很大，如采用SMW工法作为其围护体，由于该类型围护体自身的特点，对围护体的变形控制较为严格，否则将会产生由于变形过大引起SMW工法搅拌桩开裂，从而导致基坑发生渗漏水的不利情况，为控制围护体的水平变形势必辅于增大内插型钢插入密度的措施，因此采用SMW工法作为围护体，虽然有一定有一定的施工便利性，但其经济性方面并不具备优势。
从技术角度而言，主要考虑围护桩的刚度及施工条件情况。根据计算，按同刚度原理折算成地下连续墙厚度，则h=0.440m。钻孔灌注桩拟采用Ф700@900，同样折算后，h=0.451m。钻孔灌注桩刚度较有优势。通过简单的比较，可以发现在通常情况下，钻孔桩往往有较大的刚度，能够更好的控制墙体变形。
2.2止水帷幕选型分析
由于场地内存在承压水层，第一承压水层从（5）层粉土夹粉砂层至（17）粉砂夹粉土层，承压水层局部区域虽有隔水层隔开，但从整个区域考虑是贯通的，其平均深度根据断面图显示可达到33米左右，完全隔断承压水层除地下连续墙外其他技术均不能有效达到。分析地勘报告并结合现场抽水试验后可知，该基坑地下承压水情况与上海7-1、7-2层承压水类似，采用止水效果较好的Ф850@600三轴水泥土搅拌桩作为止水、隔水帷幕，虽不能完全隔断承压水层，但能加大绕流路径，减少渗流水量，有效隔断降水坡线。使基坑外的承压水降水水头控制在较小范围内，减小影响范围和周边沉降量，满足环境保护要求。
本文认为根据场地地质条件分析，同时考虑周边复杂的环境，采用钻孔灌注桩结合三轴水泥土搅拌桩的围护形式更为妥当。
2.3支撑选型分析
本基坑形状呈U字形，基坑东西方向长度约为198m，南北方向长度约为51m，常规基坑可供选择的支撑型式有两种：钢支撑系统、混凝土支撑系统。
钢支撑系统综合而言适合用于对撑布置方案，平面布置受限，只能受压，不能受拉。本工程基坑其属于不规则基坑，支撑系统如采用钢支撑，由于基坑端部不规则，阳角较多，支撑布置困难，难以形成可靠的钢支撑系统。而设置南北方向贯通的钢支撑，则支撑刚度偏小，难以控制基坑变形、不利于基坑的稳定。另外，东西方向较长，钢支撑长度过长，施工过程中支撑自身水平和竖向偏差难以控制，若其偏差较大，将对支撑受力将产生不利的影响。且由于基坑挖深较深，主动土压力较大，根据计算钢支撑系统受力不利，变形较大。很难满足周边环境的安全要求。
支撑系统如采用混凝土支撑，则可选择的水平支撑布置形式较多，主要可分为：（1）双圆环布置；（2）边桁架结合对撑；（3）角撑结合对撑。
国内常见的环形支撑随着基坑挖深的增加与基坑面积的增大，使支撑的环压难以准确的估计，本工程由于基坑呈U型，如需布置环形支撑则必须采用双圆环的支撑布置，易造成支撑形式不规则，且更加的不稳定，对于轴力的测算及控制极为不利，故不考虑采用环形支撑布置。
而对撑布置的优势在于受力明确，支撑布置形成体系快，通过计算轴力、弯矩及位移来比较角撑及边桁架的布置形式，采用角撑布置时，可有效的控制基坑变形和稳定性。
图1 混凝土支撑平面布置图
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综上所述，本文认为混凝土支撑荷载水平高，刚度大，稳定性更好，虽然拆除周期相比钢支撑较长，但结合基坑面积较大，可分区域分段拆除。因此在考虑到减少围护体位移，确保刚度和基坑快速完成的前提下，基坑支护体系选定为钻孔灌注桩结合外侧止水帷幕＋钢筋混凝土支撑体系。
3 文保建筑围护研究分析
本工程的特殊情况：基坑南侧传胪第为常州市文保建筑，需严格保护，且其结构形式为土木结构，基础埋深较浅，故优化设计方案对保护建筑侧围护结构进行加强，采用重力坝结合门式刚架的围护体系。根据常州地区特有的土层分布，即地表下1m～7m深度的硬塑状态的粘性土相当于一块厚板的情况，浅层土体可采用土钉墙，采用后可以减少一道混凝土支撑，对工期及造价均有一定的帮助。
而在工程的实施过程中，由于受到违章建筑等原因的影响，文保建筑东侧的门式刚架无法形成，最终通过现场实际的研究与分析，在文保建筑的东侧采用预应力锚杆结合钢支撑的形式进行处理。
在三轴搅拌桩施工过程中，由于文保建筑东侧的违章建筑存在，迟迟无法妥善拆除，导致支护体系无法形成，额外增加了基坑施工的周期。为了避免长时间耽搁对周边环境造成不利影响，通过现场实际勘察及研究分析，决定对文保建筑东侧的支护体系作出一定的调整。对于三轴搅拌桩机无法靠近的部位，止水帷幕采用Ф800@500高压旋喷桩进行替代，桩长25.3m；重力式挡墙区域采用同规格高压旋喷桩替代，桩长6.9m。
此部位设计关于文保建筑浅层门式刚架挡墙方案也因此无法实施。在评估现场环境与文保建筑的基础形式后，本文认为，在考虑文保建筑浅基础且距离基坑较近的情况下，原方案的挡土墙鉴于实际情况无法实施，因此对原挡土墙区域的土体采取加固措施是比较稳妥的方法。根据分析研究，土体的固结加固采用预应力锚杆[3]，大量理论及实践证明，预应力锚杆支护下基坑水平位移和垂直位移均呈曲线分布，水平位移最大值发生在基坑顶面，随深度的增加而逐渐减小；基坑地表沉降最大值发生在坑壁处，随背离坑壁距离的增大而逐渐变小[4]，相关数据比较适合本工程的实际情况。锚杆长度控制在一定范围，避免对文保建筑的浅基础造成隆起效应。配合锚杆支护的水平位移最大值在顶面这一情况，该侧浅层围护采用钢支撑系统，在-2.150位置设置一道混凝土梁，钢对撑撑于混凝土梁之上，混凝土梁反力通过钢斜撑传至第一道支撑主撑位置，换撑阶段对钢斜撑进行替换。在A-1至4-1轴设置一排锚杆。深层仍采用一道混凝土支撑。
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图2 文保东侧围护剖面图
调整后的东侧围护体系，土体压力通过斜撑传力至混凝土支撑及格构柱，防止土体的侧向位移。而预应力锚杆柔性支护作为基坑加固措施，有效的减小文保建筑的土体沉降和位移。预应力锚杆采用可回收扩大头锚杆，锚杆长19米，其中自由段长6米，锚固段长10米，扩头段长3米（扩大头直径800mm）。锚杆间距2.1米，与水平夹角45度，锚杆内置4根Ф15.2无粘结钢绞线。锚杆施工完毕养护15天且强度达到80%后采用穿心千斤顶进行张拉和锁定， 4根钢绞线张拉值为600kN，锁定值为200kN。另对文保建筑周围坡体进行挂网喷浆加固，并设置排水沟，设置散水减少雨水对基础的影响。
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图3 散水设置 图4 型钢及预应力锚杆图
相比于常规的基坑围护布置形式，本工程根据项目的实际情况及当地的土质分析报告，选用的钻孔灌注桩结合止水帷幕、土钉墙结合一道支撑形式，虽然没有采用特殊的基坑围护施工工艺，但是从安全、稳定、经济性上来考虑，可以减少一道支撑的工程量、拆除量及相应的工期，有利于时空效应的发挥，工效得到了大大的提高。
4 结束语
本文对莱蒙都会C区项目周边环境、地质水文条件，基坑特点进行了研究分析。随后通过研究基坑围护结构的选型，依托多种支撑围护组合的方式，有针对性的对基坑周围的环境进行了保护，特别对重点文保建筑进行了切实的围护方案深化调整。
为在城市核心区域，特别是涉及到文保建筑的基坑施工提供了一定的借鉴经验。
参考文献：
[1] Clough G W,Smith E M,Sweency B P.Movement control of excavation support systems by iterative design[C]/Proccedings of foundation engineering;Current Principals and Practices,ASCE.New York;Geotechnical Special Publication,1989,2:869-884.
[2] TI Addenbrooke A flexibility number for the displacement controlled design of multi propped retaining walls,Ground Engineering,27(7),1994,41-45.
[3] 贾金青，郑卫锋．预应力锚杆柔性支护法的研究与应用[J]．岩土工程学报，2005，27(11)：1257-1261．
[4] 李广信．基坑支护结构上水土压力的分算与合算[J]．岩土工程学报，2000，22(03)：348-352．