地铁深厚软土地质基坑方案优化研究

地铁深厚软土地质基坑方案优化研究

张体权

中铁上海工程局集团华海工程有限公司上海

摘要：随着地铁建设的不断发展，地铁施工时会导致邻近的建筑物裂缝、倾斜、坍塌的可能，所以在施工前必须要做好严密的调查工作，施工中还要做好监测工作和对邻近建筑物安全风险控制工作，并优化基坑施工方案。本文对南京地铁四号线龙江站西端基坑施工引起宁工新寓住宅楼不均匀沉降基坑施工方案优化进行总结，可为今后类似工程的施工提供借鉴。

关键词：建筑物；沉降；倾斜；基坑；方案；优化

随着城市建设大规模发展和地下空间开发利用的快速推进，在城市建筑物密集的中心区进行深基坑施工的情况日益增多。而目前我国大量的城市深基坑工程集中在东部沿海的冲积平原地区，多为软土地基，此类地区的特点是地下水位高、地基土体强度低灵敏度高。在这些地区的基坑工程容易产生挡土结构位移过大甚至失稳等严重问题，或因地基过大沉降而导致邻近建筑物产生倾斜、裂缝，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。针对这类工程问题，必须要有安全、有效、便捷的处理措施和应对策略。

1工程概况

1.1工程概述

南京地铁四号线龙江站沿草场门大街东西向布置，横跨漓江路、江东北路两个路口。龙江站为地下二层岛式站台，车站外包总长520.6m，标准段总宽21.7m，车站标准段开挖深度约19.7m。龙江站共分三段施工，即东段（江东路及以东段，43-66轴）、中间段（漓江路及以东至江东路，15-43轴）、西段（漓江路以西，1-15轴）。对宁工新寓影房屋影响较大的为西段约120m长的基坑。

图2基坑与房屋剖面图

1.2工程地质

西段基坑开挖范围地层从上到下依序为：①-1杂填土，状态处于松散～稍密，该土体强度低、中高压缩性、密实度均匀性较差、弱透水层；①-2素填土层，状态处于软～可塑，该土体强度低、中高压缩性、密实度均匀性较差、弱透水层；②-2b4粉质粘土、淤泥质粉质粘土，状态处于软～流塑，该土体高压缩性、弱透水层，中高灵敏度；②-3b3-4+C3粉质粘土夹粉土，状态处于流～软塑，该土体强度较低，中高压缩性、弱透水层，水平性渗透性略好于垂直向；车站底板位于②-2b4粉质粘土、淤泥质粉质粘土中，地连墙墙趾位于②-3b3-4+C3粉质粘土夹粉土中。

图3地层分布图

1.3周边环境

宁工新寓小区，建设于上世纪的1993年，均为7层砖混结构，条形基础+水泥搅拌桩复合地基，桩径600mm，桩长12m。小区邻街3幢楼，共12个单元，与基坑距离最近，其中一层为商铺，共33家；其余共151户，涉及居民约500人。房屋的设计单位为原南京第二民用建筑设计院，施工单位未能查询到，竣工资料缺乏。由于一层住房均被业主私自改造为门面房，以前的砖混结构已改为简单的支撑或悬挑结构，大大减弱了房屋的受力体系，而且这种改造被装饰遮盖，已无法弄清其具体结构。

2原设计方案

西段基坑端头井地墙深度为41m、标准段地墙深度为37m，墙厚均为1m；原设计基坑竖向布置6层内支撑，第一、四层采用钢筋砼支撑，其余均为Φ609钢管支撑。基坑内部采用抽条+裙边高压旋喷桩加固。

图5支撑体系纵向布置图

3优化原因及监测数据分析

3.1方案优化原因

龙江站西段基坑围护结构施工时（2013.6.5～2013.11.14），中间段基坑基坑施工过程中（2014.9.20-2015.5.5），宁工新寓及周边建筑物产生大量的沉降。导致宁工新寓建筑物产生倾斜，影响房屋安全。

3.2监测数据分析

1）西段围

围护结构施工完成后10.5个月内，建筑物、沉降较围护结构施工期间速率有所减少，期间累计沉降量平均达到58.41mm，是围护结构施工期间平均沉降量27.06mm的2.16倍。建筑物沉降速率为-0.1mm/d，地表沉降速率为-0.05mm/d。

3）中间基坑施工阶段

中间基坑施工时，邻近基坑宁工新寓建筑物受到影响，沉降加剧，沉降最大速率达到0.61mm/d。

4）小结

从监测数据表明，在软土地质深基坑施工时，地质一旦受到扰动，极易影响周边建筑物，周边建筑物将处于不稳定状态，产生较大沉降及倾斜，并在长时间不收敛。

从最大变形点沉降量与时间之间的关系我们可以得到以下公式：M=0.304mm/d*t，M为沉降量，t为时间。沉降速率远远大于《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）规定的房屋沉降稳定速率小于0.04mm/d。

4优化研究过程

由于西段基坑围护结构施工过程中造成了宁工新寓建筑较大沉降、倾斜，为找明原因，为下一步施工提供依据和措施。首先对宁工新寓相应监测数据进行分阶段整理、统计、分析。其次根据监测数据分析结果进行专家咨询。经专家分析原因为：因建设场地处于长江低漫滩地区，软弱地基具有高灵敏性、触变性和流变性特征，车站基坑挡土结构施工（含导墙加固和坑内加固）引起地基变形是造成宁工新寓房屋持续沉降的原因之一；因建设场地交通疏解的改移，原人行车道作为机动车的主通道，车辆荷载对下卧软弱土层的反复扰动是房屋沉降的原因之二；既有房屋系底层为商业用房的7层住宅砖混结构且底层结构经多次改造，结构抗变形能力弱，自身属性为原因之三。

沉降原因分析清楚后，根据专家意见在不加固建筑物前提下提出了4+2综合措施：基坑工程4项措施为坑底满堂加固、平面分区、支撑属性调整及规避逆向工况影响；环境保护2项措施为垂直隔离、隔离两侧地基加固。后期由于建筑物需采取加固处理，造成环境保护2项措施不能够取得前期设计所需的效果，为此经过专家咨询，取消环境保护2项措施，只实施基坑工程4项措施。

5优化方案

根据专家意见，西段基坑施工过程中主要考虑控制建筑物沉降、倾斜变形，优化方案如下：

1）宁工新寓段基坑增加三处封堵墙，将基坑化分为三个小基坑，减小基坑开挖过程中的长边效应；

2）宁工新寓段基坑坑内地基抽条加裙边的加固方式，调整为满堂加固，加大基坑底部土体的刚度；

3）宁工新寓段基坑内6层支撑调整为5层，由一、四层支撑为砼支撑调整为除二层支撑为钢支撑外其余均为砼支撑；

4）在混凝土支撑施工过程中用钢支撑临时过渡，以控制由于混凝土支撑施工、养护时间长所引起的围护变形；

5.1封堵墙施工方案

三道封堵墙均采用钻孔桩施工，钻孔桩桩径为1350mm，桩长为37m，桩心距为1550mm，桩间采用φ800mm桩长同钻孔桩的旋喷桩作为桩间止水帷幕。

5.2地基加固施工方案

西段地基加固措施采用高压旋喷桩满堂加固，根据现场的施工条件，已经加固好的抽条间，上部无铺盖的位置先进行加固，位于铺盖以下的未加固部位待基坑开挖到4m位置再进行加固。加固部位仍采用φ800@600mm三重管高压旋喷桩，未加固过的区域加固深度为基底以下3m至基底上10m的范围内进行实桩加固，其余空桩；水泥掺量为实桩270kg/m，空桩80kg/m。

5.3支撑体系调整方案

为了有效的控制基坑在开挖过程中地下连续墙发生内敛变形，西段基坑将原设计基坑内6层支撑调整为5层，由一、四层支撑为混凝土支撑调整为除二层支撑为钢支撑外其余均为砼支撑，同时施工混凝土支撑时采用临时钢支撑架设的方法施工。

5.4房屋消险加固方案

宁工新寓临街三栋建筑原设计采用条形基础+深搅桩复合地基。为保证地铁施工时该建筑的安全，现将该三栋建筑采用整板基础+锚杆静压桩方案加固，该设计方案按沉降控制原理设计，利用锚杆桩和原有复合地基共同承受房屋荷载。基坑变形达到稳定后，对房屋采取顶升纠偏。

1）筏板基础

筏板为厚度为500mm，强度标号为C40混凝土构件。筏板与原有条形基础采用植筋进行连接，筏板与原有基础整体浇筑在一起，筏板浇筑时预留锚杆静压桩孔。筏板配筋需拉通，遇墙阻隔时可采用钻孔穿筋的方法使钢筋贯通，并在穿筋后注砂浆防止钢筋裸漏。

2）锚杆静压桩

锚杆静压桩采用φ377mm，壁厚10mm的钢管桩，桩长为57m，每节长2.5m，并对上段12m长的桩填芯处理，桩尖采用开口型钢桩尖。压桩施工顺序采用先压中间部分桩，在压外围部分桩，每榀墙下不得超过两根同时压，避免对原结构基础产生不利影响。

6结论

6.1总结

1）宁工新寓发生大量变形主因为②-2b4为代表的地层物理特性所致。

2）软弱地基具有高灵敏性、触变性和流变性的特性，车站基坑施工时扰动土层引起软弱地基变形造成周边建筑物持续沉降，而导致建筑物产生倾斜、裂缝。

6.2对比分析

利用计算机相关有限元分析软件建立模型，经过对桩基承担不同比例的荷载时的沉降试算，筏板承担荷载引起的沉降较明显，对比如下。

表7采用筏板下均布57m长钢管桩的方式进行沉降试算

桩基承担荷载（%）筏板承担荷载（%）最大沉降理论值（mm）

2575134mm

505068mm

752544mm

通过中间基坑开挖数据监测分析和计算预测，按原设计方案施工时西段在开挖后地下连续墙主体最大变形将达到114.24mm，基坑周边建筑物沉降最大值达到219mm，将威胁宁工新寓房屋安全。

根据计算预测，按优化方案施工，建筑物加固完成后进行基坑开挖将控制基坑周边建筑物沉降最大值为44mm。

从以上数据对比可得出优化方案将在软土地基施工过程中有效的控制建筑物沉降、倾斜表现，有力保障建筑物安全。

参考文献：

[1]南京地铁四号线龙江站西端基坑设计图纸、施工组织设计和专项施工方案.

[2]陈超.对比分析软土地区深基坑支护方案.城市建筑，2015（24）.

[3]简艳春.软土基坑变形估算及其影响因素研究.河海大学，2001.