现阶段的工程建设中, 因建筑地理位置、工程规模、施工工况等日益复杂, 导致深基坑支护形式日新月异, 出现了各类特殊或形式复杂的支护体系, 使深基坑设计与施工难度增加。

武汉市位于汉水、长江交汇处, 具有明显的丘陵～平原地形特点, 按地面高程、切割深度和地形形态划分为平坦状平原、高岗～垅岗～波状平原和丘陵3种基本类型, 按地层结构和工程地质特征可分为一级阶地全新统地层结构, 二级阶地上更新统地层结构, 中、下更新统地层, 垅岗地区。其中, 一级阶地分布较广, 且位于市区繁华地段, 为深基坑工程集中分布区, 设计、施工难度大。一级阶地主要由第四系全新统河流相及部分河湖相冲洪积及冲湖积物构成, 上部为黏性土、淤泥质土;下部为交互层、砂及砂砾石层, 为典型的二元结构。二级阶地以黏土层为主, 且黏土层性状较好。

上述差异地层, 特别是一级阶地区域, 使得武汉地区基坑工程常面临各种困难与挑战。本文主要介绍几种基于特殊水文地质条件、特异工程特征或特殊施工工况的基坑支护形式, 并总结各支护体系适用条件及优势。

武汉市梦时代广场基坑工程位于武昌中南片区, 地处长江三级阶地, 采用h形背椅式高低双排桩支护体系。

开挖面积约9.18万m², 周长约1 400m;场地起伏较大, 现状标高26.500～41.000m;基坑开挖深度为16.700～31.700m。

原始地貌为长江三级阶地, 场地复杂程度等级为二级, 地基复杂程度等级为二级, 综合确定岩土工程勘察等级为甲级。

拟建场地处于锅顶山—王家店褶皱的倒转背斜核部, 场地内分布的地层有杂填土层, 第四系中更新统冲洪积层 (粉质黏土) , 第四系残坡积层, 志留系坟头组岩层, 强、中强风化粉砂质泥岩。

基坑东西地面标高差为14.500m, 基坑西南两侧存在1圈环形车道, 且车道位于地下室外墙外侧 (见表1) 。

h形背椅式高低双排桩平面及剖面如图1, 2所示。基坑东侧场边标高最高, 为41.000m, 设置坡顶重力式永久挡墙, 并采用单排桩+三道角撑。基坑北侧与地铁轨道及车站紧邻, 且无环形车道, 采用单排桩+三级坑内留土;局部靠近东侧深度较大处, 采用双排桩+三级坑内留土;后期采用盖挖法与地铁车站设置人行通道。基坑西侧标高最低, 为26.500m, 且存在地下室外环形车道, 采用h形背椅式高低双排桩+一级坑内留土。基坑南侧标高自西向东渐变, 且存在地下室外环形车道, 采用h形背椅式高低双排桩+二级 (三级) 坑内留土。

后排桩桩径0.8m, 主要支护上部软土区域, 为环形车道开挖提供支护条件;前排桩桩径1.2m, 底部进入岩层, 支护整体土层, 为地下室基坑开挖提供支护条件;前后排桩通过连梁连接, 整体受力。

本基坑采用中心岛法支护施工形式, 分段设计支护。场区下部地层存在岩层, 坑内留土较高, 多为二、三级留土, 并设置锚杆, 可提供较大的支护反力, 后期土方开挖与地下室施工采用半逆作形式, 由主体结构提供反力, 形成换撑, 开挖留土区域土方。

h形背椅式高低双排桩支护体系支护效果好, 充分利用土层力学性质, 适用于存在地下室外环形车道的特殊工况, 同时支护造价低, 坑内土方开挖与主体结构施工空间大、较为便利。

湖北省科技馆基坑工程位于武汉市武昌光谷片区, 采用圆环悬臂支护体系。

湖北省科技馆造型为球形, 使得基坑整体开挖支护平面形式为圆形;基坑开挖深度8.35m, 平面开挖圆形半径18.9m。

土层主要为耕植土、素填土、淤泥、粉质黏土、黏土、角砾、强风化泥岩。

采用圆环悬臂支护体系, 竖向采用悬臂桩, 顶部采用圆环形冠梁, 冠梁作为桩顶连接体系, 同时又作为水平向内支撑体系 (见图3, 4) 。圆环悬臂支护体系整体受指向圆心的土压力作用。竖向悬臂桩提供水平抗力, 同时桩顶冠梁充分利用混凝土受压性能好、圆环径向均匀受力时结构主受压的特性, 可将桩顶冠梁作为1道额外圆环撑, 提供额外水平抗力。

本支护体系可用于小型圆形基坑设计与施工中, 可减少内支撑布设, 取得良好的支护效果。

汉口凯德广场基坑工程采用新型双排桩二级支护体系, 从而使基坑设计、施工、造价及安全达到最优。

开挖面积6.5万m², 开挖深度14.4～17.1m, 属于超大超深基坑。基坑设计的特殊性如表2所示。

紧邻武汉轻轨和主干道高架桥, 周边环境复杂, 基坑变形整体控制要求较高。

属于长江左岸冲积一级阶地, 场区经拆迁回填整平地势较平坦。拟建场地覆盖层为厚达60余m的第四系全新统冲 (洪) 积地层, 具有典型的二元结构, 下卧基岩为志留系坟头组泥岩地层。

本基坑支护体系采用中心岛法施工, 采用双排桩二级支护体系, 即双排桩坑内留土, 在基坑边塔楼区域留土段设置坑内悬臂桩 (见图5, 6) 。

基坑4个角部采用角撑, 各边界采用双排桩二级支护体系, 无大面积内支撑体系, 中心岛法施工可为土方开挖和主体结构施工提供无约束作业空间, 同时有效避开设置对顶撑、边桁架撑与塔楼核心筒及结构柱碰撞问题。

双排桩二级支护体系中双排桩进行桩间土体加固, 加固土体同时作为止水帷幕。坑内预留土平台进行土体加固, 提高软土岩土力学参数及被动土压力。采用坑内悬臂桩, 减小留土宽度。后期采用2道钢管撑, 由主体结构梁柱提供反力, 进行预留土体开挖。

双排桩二级支护体系可推广应用于软土区域超大型深基坑中, 便于施工、降低造价。

天悦星晨深基坑工程位于武汉市江岸区, 紧邻长江200m, 由于水文地质条件复杂、基坑开挖深度大, 设计采用“两墙合一”地下连续墙, 墙体进入基岩层1m, 既作为支护体系 (支护+防水) 又作为地下室外墙使用。

支护周长约437m, 开挖面积约9 260m², 大面积开挖深度为21.95m, 局部开挖深度为22.95～23.65m, 塔楼局部开挖深度为27.10m。

位于长江一级阶地, 为二元地层结构, 上部为粉土、粉质黏土、黏土, 下部为细砂、粉细砂, 底部为砂砾岩。地下水与长江存在紧密的水力联系。地下连续墙进入强风化砂砾岩1m, 属于嵌岩地下连续墙, 可隔绝地下水坑内外水力的联系。

水平支护体系自上而下布设4道内支撑, 每道内支撑由角撑、对顶撑、环边桁架撑组成;竖向支护体系为“两墙合一”嵌岩地下连续墙;基坑止降水为地下连续墙+两侧三轴搅拌桩, 坑内外布设降水井 (见图7) 。

“两墙合一”嵌岩地下连续墙由计算配筋段和构造配筋段组成。计算配筋段基本长度为32m左右, 构造配筋段为20～24m, 整体墙深为52～56m。

在地下连续墙两侧施工三轴搅拌桩, 既作为成槽导墙和加固壁, 也作为止防水体系, 防止地下连续墙渗水。

在地下连续墙内预埋环梁和壁柱插筋, 地下室施工阶段破除地下连续墙表层, 使插筋与环梁和壁柱整体浇筑 (见图8) 。

“两墙合一”嵌岩地下连续墙可推广应用于紧邻江河的富水软土区域深基坑工程中, 对于地下室层数多的商办工程, 可与地下室外墙两墙合一进行设计施工。

武汉市江岸区融科天城五期基坑工程开挖深度13.85m, 电梯井部位开挖深度19.50m, 周长约456m, 面积约11 000m²。虽紧邻长江, 但基坑水文地质条件、规模、施工工况相对常规, 基坑支护采用支护桩+2道内支撑体系, 较为常规。基坑支护平面如图9所示。

本工程唯一存在的特殊工况为地下室西北两侧沿地下室边界为机房, 地下1, 2层中空, 为无梁板结构, 采用常规换撑板带支撑作为地下室外墙支换撑时, 地下室外墙抗弯刚度不足, 必须重新设计建筑室内基坑支换撑体系, 如图10所示。

建筑室内基坑支换撑体系施工流程为:地下室底板→地下室外墙至第2道支撑标高下→施工换撑板, 拆除第2道支撑→地下室外墙至第1道支撑标高下→施工建筑内基坑支换撑体系及建筑外换撑板带→拆除第1道内支撑→回填基坑。

本工程支换撑体系为建筑工程中地下室结构复杂, 特别是环地下室周边缺少梁柱板结构的基坑工程提供新的换撑思路。

从特定水文地质条件、基坑自身特征、特殊施工工况及基坑设计最优化角度出发, 介绍5种特殊深基坑支护体系, 每种支护体系都有其特定的适用条件及优势。

1) h形背椅式高低双排桩支护体系除具有常规中心岛法施工优势外, 可推广应用于存在地下室外环形车道、结构、管线的特殊工况。

2) 圆环悬臂支护体系可用于小型圆形基坑设计与施工中, 无内支撑、造价低、可缩短工期, 取得良好的支护效果。

3) 双排桩二级支护体系可加大双排桩支护深度范围, 拓展了双排桩中心岛支护模式的应用范围, 无内支撑、施工便利、造价低, 可推广应用于软土区域超大型深基坑工程。

4) “两墙合一”嵌岩地下连续墙体系支护效果好, 可缩短工期、降低造价, 可推广应用于紧邻江河的富水软土区, 特别是地下室层数较多的商办工程。

5) 建筑室内基坑支换撑体系为环地下室周边缺少梁柱板结构的基坑施工提供新的换撑思路。