1 工程概况
以某新城区体育中心的建设场地为例，项目总用地面积30.73万m2，总建筑面积25.6万m2，采用钢结构+框架结构，体育馆、体育场及游泳馆为地上2层地下3层。场地原始地貌为浅海海滩区，东部有大沙河流入深圳湾，后经人工填海形成陆域，现地面高程3.94～13.04m。基坑底面积约10.5 万 m2，周长约 1570m。建筑物±0.00 相当于绝对高程 7.50m，基坑底相对高程为-12.00m（坑底为淤泥区考虑换填500mm 厚的砖渣，坑底相对高程为-12.50m），基坑开挖深度12.5m。
2 优化设计原则
结合本工程地下结构物特点为三层地下室,开挖深度达 12.5 m,而桩基础施工机械通常要求10 m 净高。因此,本工程场地基坑开挖过程采用的支护方式,需能够尽量保证支撑结构不会占用基坑上方空间。综上,本工程基坑支护采用钢筋混凝土内撑式排桩支护结构。由于本工程场地条件特殊,同时业主对工期有特殊的要求,需对本工程的支护体系进行优化,所采用的支护体系应具有以下两方面特点:(1)最大化立面空间作用面。减少钢筋混凝土圈梁的道数。本工程支护体系支撑仅采用一道钢筋混凝土圈梁;(2)最大化平面空间作业面。结合业主工期要求,确保主楼先出地面且不受支护体系的影响,即保证支护体系中的混凝土结构体系不会占用主楼的平面位置。从受力最优、平面空间最大原则出发,钢筋混凝土圈梁结构形式采用圆形形式,保证圈梁内部支撑、节点尽量稀疏。
3 基坑设计方案
基坑圈梁和环梁布置见图 1,施工现场照片见图2。围护桩采用钻孔灌注桩。 围护桩与围护桩之间的外侧均采用双重管高压旋喷桩挡土止水。 支撑柱采用格构式钢柱与钻孔灌注桩形成组合桩。 以碎裂状强风化花岗岩为持力层,桩端需进入持力层的深度不少于 5.0 m。
图 1基坑支护方案
图 2 现场照片
由于基坑东侧有软土淤泥较厚、土压力较大,且周边有新建高层住宅小区,基坑发生失稳坍塌的风险较高,因此基坑钻孔灌注桩采用 ϕ1100 mm 桩径,桩中心距采用 1400 mm。与围护桩之间的外侧采用 ϕ600 mm 桩径的双重管高压旋喷桩,进行挡土止水。由于本工程基坑场地部分区域裸露,且该地层工程地质多为残积土,遇水容易松软,失去承载能力,同时可能出现流泥、流沙等,造成基坑底部承载能力丧失。为了降低基坑发生水毁的风险,进行基坑降排水设计优化。杂填土的上层滞水水量有限,可采用明排疏干。 针对残积土及风化岩存在的裂隙承压水,易使基坑开挖时残积土及风化岩遇水发生软化。为确保基坑土方开挖干作业进行,在基坑内部及周边布置降水管井以降低承压水头。
4 有限元分析
4.1 有限元模型
为了减小基坑开挖过程中出现安全事故,同时为了更为准确地掌握本文优化设计的复杂环境软土基坑开挖支护方式的变形规律和受力特性,采用专业有限元软件 MIDAS GTS NX,对本工程基坑开挖进行有限元分析。
支护结构中的圈梁、环梁、支撑柱等,均采用足尺进行几何模型的建立。 土体范围的确定以减少土体边界条件对有限元分析结果影响为原则,因而有限元整体几何尺寸为450 m×350m；土体最大深度位置宜距离桩底长度应大于桩径的 3 倍以上,因而有限元模型高度取 150 m。支护结构中的圈梁、环梁、支撑柱,以及开挖土体和周边土体均采用六面体单元,采用滑动库仑摩擦模型模拟支护结构与土体的接触方式。 在保证计算精度和分析结果具有代表性的前提下,进行网格分区域划分,支护结构和土体相交范围内采用精细网格,其它非重点关注位置采用稀疏网格。
4.2 分析结果
图4 给出了最不利工况下,基坑周边土体位移云图。由图可见,基坑开挖完成后,土体坡顶水平方向和竖直方向位移达到最大,分别为 28.4 mm 和 28.5 mm。 由于两侧工程地质和围护桩的尺寸存在差异,因而土体变形呈现出不对称。 基坑开挖完成后,越接近基坑中心,基坑周边土体沉降越大。
图4 土体位移云图(单位:mm)
5 结论
(1)基于本工程特殊工程地质和施工环境,以及业主对施工工期和施工进度的特殊要求,提出并设计适合复杂环境软土基坑开挖的支护方法,既能优化施工工序、缩短工期,又能保证基坑开挖安全,可为后续其它同类型基坑工程提供借鉴和参考。(2)有限元分析结果与实测结果较为接近,说明采用本文所建立有限元模型进行基坑开挖过程模拟的可行性。(3)通过有限元和现场监测结果表明,验证了所提出的复杂环境软土基坑开挖的支护方法,能够有效控制基坑开挖过程中土体的变形,同时支护体系中的围护桩、圈梁和环梁等的受力性能满足规范要求,具有较好的适用性。
参考文献：
[1] 龚少飞, 苏林林, 王翠英. 基于评价指标体系优选的深基坑支护方案设计——以常州市轨道交通1 号线控制中心基坑为例[J].湖北工业大学学报 ,2019,34(04):108-112.
[2] 王国富,刘凤洲,王丹,等.紧邻高层结构深基坑支护方案优化分析--以济南地铁 R3 线龙洞庄车站基坑为例 [J]. 隧道建设,2020,37(06):708-716.
