张 丹 陈全飞 夏向东 刚玉印

（中兵勘察设计研究院有限公司，北京 100053）

0 引言

随着城市建设和地下空间开发的发展，我国的深基坑工程越来越多。城市中心的基坑工程周边环境复杂，如紧邻建（构）筑物、地铁隧道等，使得深基坑工程在设计及开挖过程中面临诸多复杂问题[1-7]。

基坑工程具有风险高，涉及到的理论多而复杂，有着非常强的综合性等特征。因此，在基坑工程设计中，尤其在复杂环境下深大基坑的设计中，保证基坑工程质量和施工安全，选择一种经济合理、施工工艺成熟的支护方案是一个重要研究课题。

本文以北京市昌平区某深大基坑设计项目为例，对该项目支护设计及监测成果进行分析，研究结果可为类似工程提供借鉴作用。

1 环境条件

该项目位于北京市昌平区昌平医院院内，地上14层，地下3层，基坑设计开挖深度约18 m。

基坑周边环境特别复杂，拟建建筑物结构外墙与周边建（构）筑物距离关系如下（见图1）：

图1 基坑及周边建筑物位置图

（1）北侧为在建污水处理站，距离2.60 m，基础埋深约13 m；

（2）西侧为既有门诊楼，距离2.0 m，建筑层数8F/2B，为预制桩基础，桩长14～17 m，基础承台底埋深约5 m，西侧部分承台底埋深约10.5 m；

（3）西北侧为既有综合楼，距离5.10 m，地上5层，无地下室，条形基础，基础埋深约3 m；

（4）西南侧为既有内儿楼，距离5.90 m，建筑层数9F/2B，筏板基础，基础埋深约13 m；且拟建工程汽车坡道在-2层与内儿楼相连。

（5）南侧与东侧紧邻市政道路，道路下无燃气等对变形敏感管线，管线埋深均小于3 m；

（6）东南侧为既有体检中心楼，距离5.30 m，地上3层，无地下室，筏板基础，基础埋深约3 m。

2 工程地质条件

拟建场地属山前冲洪积地貌单元，位于昌平区医院院内，地势较为平坦。场地地层由上至下分别为：人工堆积层、新近沉积层、一般第四纪沉积层和侏罗纪基岩四大类。按照岩性，物理力学性质及工程特性，场地地层土划分为7大层，物理力学性质参数见表1，典型工程地质剖面图见图2。

地下水情况，场地50 m深度范围内共存在2层地下水，描述如下：

第1层地下水为潜水，埋深5.8～7.5 m，主要含水层为粉质黏土—黏质粉土②层及黏质粉土③1层；

第2层地下水为潜水，埋深约14.9 m，主要含水层为粉质黏土—重粉质黏土④层。

图2 场地典型工程地质剖面图

3 基坑支护设计

本工程基坑支护开挖面积大，周边建筑物情况各异，环境条件复杂，对基坑变形控制要求高。该项目设计的主要思路是“保证安全、节约造价、便于施工、工法成熟”。经研究确定，本方案采用了“多标高+降台阶+不同参数”的桩锚支护体系。

3.1 设计选型

本基坑工程设计选型基于周边环境特点，工程地质条件、周边建筑物产权关系、北京市场成熟施工工艺条件、工程造价分析等因素进行。北京地区基坑工程市场中针对深大基坑工艺较为成熟的支护形式分别由护坡桩+预应力锚索/内支撑、地下连续墙+预应力锚索支护/内支撑支护体系等。

本工程周边建筑物产权均为昌平医院，具备摘土至邻近建筑物外墙的条件。

周边建筑物既有资料齐全，其基础情况、桩基础平面布置等资料准确。

项目工期紧、资金预算紧张，在保证质量及安全的前提下，应尽量选择施工速度快、造价较低的支护形式。

基于以上条件，本基坑采用了护坡桩+预应力锚索的支护形式，根据与周边环境的不同特点，分别采用降台处理、调整平面布置处理等方式。

3.2 设计方案

（1）护坡桩均采用φ800的钢筋混凝土灌注桩，桩顶设置一道现浇钢筋混凝土冠梁，沿基坑开挖深度方向分层设置水平向预应力锚索。

（2）常规支护范围，周边环境条件简单的区域，采用常规桩锚支护，共设置3排预应力锚索，支护参数见图3（a）。临近无地下室或周边建筑物基础埋深对预应力锚索不造成影响的支护区域，采用常规桩锚支护，通过对预应力锚索进行适当加强，增加支护结构整体强度。

图3 基坑支护剖面示意图

（3）临近周边建筑物地下室/地下结构对支护结构施工造成影响，且采用天然地基，采用摘土至既有建筑物基础底标高/承台底标高以上0.5 m，并采用桩锚支护的形式，支护参数见图3（b）。

该方式存在以下问题，设计时应充分考虑：摘土后既有建筑物地下室土压力不平衡问题。根据本工程经验，可通过以下措施进行控制：

摘土应沿既有建筑物短边方向进行，以减少两侧土压力不平衡导致的建筑物倾斜；如摘土沿既有

（4）临近周边建筑物地下室/地下结构对支护结构施工造成影响，且采用桩基础时，采用摘土至既有建筑物基础底标高/承台底标高以上0.5 m，并采用桩锚支护动态设计的形式，支护参数见图4。

图4 临近周边建筑物（桩基础）支护剖面

该范围为临近现状门诊楼一侧，由于锚索施工需穿过门诊楼既有桩基础，受既有桩的影响，锚索施工难度大、可实现程度未知。

在设计中采用了在施工过程中实施动态设计管理的思路。

在基坑平面设计时，将基坑护坡桩中线与既有门诊楼外墙平行布置，将预应力锚索从桩间穿过的可行性加强。

由于受现场的施工偏差、既有桩基础施工的不确定性等条件约束，锚索预计施工情况与设计情况可能发生一定偏差，因此，该区域采用了动态法设计，即在施工过程中根据及时反馈的实际施工状态，跟踪锚索施工成孔率，调整后续设计及施工参数，以满足工程安全、节约工程造价。

根据后期施工反馈，部分锚索成孔仍与桩基础发生碰撞，锚索成孔未实现1桩1锚的设计条件，但全范围均满足3桩2锚。

基于以上条件，对已完成锚索按设计要求进行张拉锁定，并对应已完工锚索位置增加1道预应力锚索进行补强。

（1）由于部分区域基坑护坡桩桩顶进行摘土，造建筑物长边进行时，应对既有建筑物在土压力作用下产生的基底压力不平衡进行沉降验算。成摘土区与非摘土区衔接部位桩背土体支护难度较大，本工程设计中，在该部位设置过渡桩，并为减少过渡桩变形，在过渡桩后设置锚拉桩。（见图5）

图5 摘土过渡部位处理平面图

（2）本工程塔吊位于基坑坡顶，在该部位对塔吊设置桩基础，并对支护结构进行加强。（见图6）

图6 临近塔吊部位剖面图

3.2 设计计算

本工程基坑支护设计采用理正深基坑进行辅助计算，基坑侧壁安全等级为一级，重要性系数为1.1。

根据计算结果，基坑在开挖至槽底后产生最大变形，水平向最大位移约43 mm，周边地面最大沉降27 mm，周边建筑物最大沉降20 mm。

计算结果表明，基坑变形可以满足一级基坑变形的控制要求。

4 基坑监测

本工程按照一级基坑要求对坡顶水平位移、周边地面沉降、周边建筑物沉降等项目进行了第三方监测，监测点平面布置图见图7，监测周期为自从基坑开挖至基坑回填完成，目前建筑物已完成结构封顶。

根据现场监测，结果显示：

（1）基坑顶部水平位移最大点为S21点，即坡顶塔吊处（临近体检中心、基坑阳角点），累计位移值为15.7 mm，最大变形速率1 mm/d。

其他部位基坑顶部水平位移累计值8.2～13.4 mm，最大变形速率1 mm/d。

基坑顶部水平位移预警值为50 mm，变形速率预警值3 mm/d，基坑顶部水平位移值均在预警值内。

（2）基坑顶部垂直位移最大点为S21点，即坡顶塔吊处（临近体检中心、基坑阳角点），累计沉降值为7.77 mm，最大沉降速率1 mm/d。

其他部位基坑顶部垂直位移累计值3.3～6.9 mm，最大变形速率1 mm/d。

基坑顶部垂直位移预警值为30 mm，变形速率预警值3mm/d，基坑顶部垂直位移值均在预警值内。

（3）基坑周边建筑物累计沉降值最大点为C19，即既有综合楼西南角点，累计沉降值为11.94 mm，倾斜0.07%。

其他部位建筑物累计沉降值0～5.3 mm，最大倾斜0.04%。

周边建筑物沉降的限值为20 mm，倾斜限值0.2%。基坑周边建筑物沉降值与倾斜均在限值内。

（4）基坑深层水平位移最大点为S21点，即坡顶塔吊处（临近体检中心、基坑阳角点），累计位移值为18.9 mm，最大变形速率2 mm/d。

其他部位基坑深层水平位移累计值8.6～16.7 mm，最大变形速率2 mm/d。

基坑深层水平位移预警值为30 mm，变形速率预警值3 mm/d，基坑深层水平位移值均在预警值内。

（5）在基坑开挖至回填期间，既有建筑物未产生裂缝。

图7 基坑监测点平面布置图

5 结论及建议

本文以北京市昌平区医院某基坑设计为例，叙述了支护方案选型设计、复杂周边建（构）筑物条件下的设计方案及参数选取，利用理正深基坑计算软件对支护结构的强度、基坑位移等进行了设计计算，对实际实施监测成果进行了分析探讨。主要结论如下：

（1）深基坑周围环境条件复杂时，可采用适当的选择分区支护方案，充分利用现场条件，在保证基坑支护质量的同时，降低工程造价。基坑监测数据结果表明，该项目支护方案合理可行，实施效果良好，基坑坡顶竖向、水平位移，周边建筑物裂缝，沉降等均在容许范围内。

（2）在基坑支护方案中采用摘土降台处理时，摘土应沿既有建筑物短边方向进行，以减少两侧土压力不平衡导致的建筑物倾斜；如摘土沿既有建筑物长边进行时，应进行既有建筑物基底水平抗滑移验算，并对既有建筑物在土压力作用下产生的基底压力不平衡进行沉降验算。应注意摘土衔接部位的高低差处理。

（3）在基坑设计中，对复杂部位，尤其是周边建筑物采用桩基础或进行过地基处理时，宜采用动态法设计，对施工过程进行及时跟踪，依据施工反馈数据对设计文件进行及时调整。

（4）复杂周边环境下的深大基坑工程问题越来越多，设计人员要对此加以重视，对复杂环境条件下深大基坑工程的设计和施工进行深入地研究，确保施工单位按照设计图纸和设计要求进行施工时可以取得良好的效果。