探討高層建筑深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

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摘要：高層建筑通常基礎(chǔ)埋深偏大，以致往往需要在基坑開挖的過程中予以相應(yīng)地支護(hù)與止水施工。尤其是對(duì)于地質(zhì)水文情況復(fù)雜或毗鄰構(gòu)筑物、地下管線等情況時(shí)，更須將相應(yīng)地支護(hù)、降水等工作做好做到位，以有效規(guī)避因防護(hù)、處治不到位而致使基礎(chǔ)沉降不均或地下管線變形等情況出現(xiàn)。本文以南昌某高層建筑施工項(xiàng)目的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)為例，對(duì)高層建筑深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)思路展開簡(jiǎn)要探討，以期可為眾設(shè)計(jì)同人在開展類似項(xiàng)目的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)有所裨益。

關(guān)鍵詞：深基坑；支護(hù)設(shè)計(jì)；方案比選；方案分析

1工程概況

1.1項(xiàng)目概況

南昌市某城市棚戶區(qū)改造安置房建設(shè)項(xiàng)目位于南昌市羅家西路以東、南鋼鐵路專用線以南、羅家中路以西、廣州路以北。擬建項(xiàng)目建筑物由八棟高層建筑和一棟商業(yè)樓組成，設(shè)置一層整體地下室，框剪結(jié)構(gòu)。地下室占地面積約30700m2，基坑周長(zhǎng)約1000m，地面整平標(biāo)高19.5m，基坑承臺(tái)底標(biāo)高13.00m，基坑開挖深度為6.5m，基坑安全等級(jí)為二級(jí)。

1.2周邊環(huán)境

根據(jù)本項(xiàng)目工程周邊地下管線資料，擬建場(chǎng)地東側(cè)及南側(cè)有較多市政給排水、電力以及電信管線等分布，基坑西側(cè)羅家西路道路下埋設(shè)各種給排水及雨污水管線，周邊管線較多，為避免基坑開挖過程因出現(xiàn)過大變形而對(duì)管線造成不良影響，須合理選擇基坑開挖支護(hù)方案，以有效確?；又苓吂芫€的安全。

1.3地質(zhì)水文

擬建場(chǎng)地位于江西省南昌市青山湖區(qū)，根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際地質(zhì)勘察結(jié)果分析，擬建場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)主要分為第四系人工填土（Q4ml）、第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q4al、Q3al）及第三系新余群（Exn）組成。按巖性及其工程特性，自上而下依次劃分為：①雜填土→②-1粉質(zhì)黏土→②-2細(xì)砂→③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土→④粉質(zhì)黏土→⑤粗砂→⑥礫砂→⑦圓礫→⑧-1強(qiáng)風(fēng)化風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖→⑧-2中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖組成。③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土呈高壓縮性，高含水率、土質(zhì)軟弱等不良地質(zhì)特點(diǎn)，物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差，尤其在外荷載下土體強(qiáng)度極易降低，開挖中應(yīng)盡量避免土體擾動(dòng)。場(chǎng)地內(nèi)地下水主要為松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系沙礫層中，②-1粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及④層粉質(zhì)黏土為其相對(duì)隔水頂板，下伏基巖為相對(duì)隔水層底板?？辈炱陂g屬豐水期，實(shí)測(cè)該層地下水穩(wěn)定水位高程為9.94m~14.47m，平均穩(wěn)定水位高程為12.70m，水位年變幅1.5m~3.0m?？紤]水位變幅影響，設(shè)計(jì)地下水位標(biāo)高取15.00m?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)巖土參數(shù)建議值如表1所示（表中帶“*”為經(jīng)驗(yàn)值）、

2高層建筑深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原則

深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，不僅關(guān)系基坑開挖、周邊環(huán)境的安全，而且還直接影響土方開挖、地下結(jié)構(gòu)的成本，其支護(hù)類型多種多樣，主要分為土釘墻、排樁（灌注樁、攪拌樁、旋噴樁等）、地下連續(xù)墻與錨桿組合等，因此，在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考量多方面影響支護(hù)穩(wěn)定性、可行性、經(jīng)濟(jì)性等多方面因素，并遵循如下設(shè)計(jì)原則：（1）深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，深基坑重要性系數(shù)為1.0，地面超載值為20kPa。（2）深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)結(jié)合建筑地下室邊墻的外界尺寸，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范運(yùn)行的結(jié)構(gòu)受力、變形情況以及施工誤差等予以合理放線施工，同時(shí)，還要能夠滿足建筑地下室對(duì)于凈空的要求。（3）深基坑支護(hù)計(jì)算采用同濟(jì)啟明星基坑計(jì)算分析軟件，施工階段控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大變形量中，側(cè)向位移不得超過允許的變形值40mm，地表沉降不得超過允許沉降量30mm，周邊鄰近管線沉陷量控制不得超過10mm。

2.2方案比選

基坑支護(hù)是個(gè)系統(tǒng)工程，不僅需要受力合理，同時(shí)要方便施工，工期可控，因此，在方案的選取時(shí)應(yīng)綜合不同地質(zhì)條件、水文條件、周邊環(huán)境等多方面因素予以合理選取。該項(xiàng)目基坑開挖深度不大，周邊環(huán)境不復(fù)雜，但土質(zhì)較差，地下水位高。如果開挖過程中控制不當(dāng)，極有可能導(dǎo)致鄰近道路、管線失穩(wěn)，因此，本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，是采取合理的支護(hù)體和止水措施，以保證基坑開挖的快捷安全。（1）支護(hù)形式。根據(jù)基坑地質(zhì)水文條件、周邊環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，該工程建議采用順作法、整體開挖施工方案。根據(jù)南昌類似工程成功經(jīng)驗(yàn)，基坑工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)一般有灌注樁、土釘墻等可供選擇，而這兩種支護(hù)形式又各有優(yōu)劣（見表2），就本項(xiàng)目而言，其適用性為：①灌注樁施工工藝簡(jiǎn)單，灌注樁布置形式靈活，造價(jià)低，適用基坑開挖深度不大且周邊環(huán)境比較空曠的場(chǎng)地，本項(xiàng)目基坑符合該條件；②因場(chǎng)地有限不能提供足夠的空間放坡，因此土釘墻支護(hù)形式對(duì)本基坑不適用。（2）降水措施。對(duì)地下水的處理，一般采取兩種思路，一是降低地下水位至基底，二是周邊用三軸攪拌樁或高壓旋噴樁，形成止水帷幕隔水?？紤]到本基坑周邊有施工道路及市政道路，降水對(duì)道路影響較大，因此采用第二種方式即止水措施。本基坑水頭差為2m、基巖埋深較深、周邊環(huán)境較簡(jiǎn)單，但存在較厚的礫砂和圓礫層，且粒徑較大，三軸攪拌樁下鉆會(huì)很困難，因此采用樁間插入高壓旋噴樁懸掛式帷幕止水。為滿足地下室施工干作業(yè)，可設(shè)置降水井使基坑地下水位降至基底以下0.5m。結(jié)合本工程的地質(zhì)水文情況、周邊環(huán)境因素，綜合考慮工程施工的可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性以及工期的可控性，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)擬定方案為灌注樁懸臂支護(hù)，結(jié)合樁間插縫高壓旋噴樁帷幕止水方案。

2.3方案設(shè)計(jì)

根據(jù)擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)條件及水文條件，以及周邊道路及地下管線情況，采用灌注樁懸臂支護(hù)，并結(jié)合樁間插縫高壓旋噴樁帷幕止水。該高層建筑深基坑設(shè)計(jì)深6.5m，地下室結(jié)構(gòu)外邊線與用地紅線最小距離為7.5m，紅線以外為施工便道，無管線標(biāo)注。計(jì)算土層結(jié)構(gòu)大致為雜填土2.5m、粉質(zhì)黏土3.8m、淤泥質(zhì)黏土1.3m、粉質(zhì)黏土2.7m、粗砂3.4m、礫砂3.2m以及圓礫9.2m。（1）灌注樁懸臂支護(hù)?；硬捎霉嘧稑稄?.1m懸臂支護(hù)、間距1.3m、樁長(zhǎng)20m，樁間Φ700插縫高壓旋噴樁，嵌固深度為14.4m，樁頂冠梁截面為1.2×0.9m。用該設(shè)計(jì)計(jì)算整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.78，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)1.86，樁頂位移36.3mm，地面沉降21mm，均能滿足規(guī)范要求（基坑支護(hù)剖面圖如圖1）。（2）高壓旋噴樁止水。由于本工程周邊市政道路較多，若采取降水則勢(shì)必會(huì)造成周邊道路發(fā)生沉降，因此，考慮采取止水措施，但本項(xiàng)目由于存在較厚的礫砂和圓礫層，故采取樁間插入高壓旋噴樁懸掛式帷幕止水，樁徑0.7m，樁長(zhǎng)20m。

3高層建筑深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案分析

3.1基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響

通常而言，基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響主要包括以下幾個(gè)方面：（1）因基坑開挖卸載導(dǎo)致周邊建筑地基失穩(wěn)、沉降、開裂等；（2）軟弱土層地質(zhì)段嵌固深度不足致使坑底隆起；（3）由于開挖過程中地下水控制不當(dāng)導(dǎo)致管涌、水位下降等；（4）基坑開挖施工中，大型設(shè)備所導(dǎo)致的噪聲擾民或施工中產(chǎn)生的淤泥外排造成的環(huán)境污染等。因此，基坑開挖施工前，在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)階段，務(wù)須全面考量基坑周邊的環(huán)境因素，并通過合理可靠的支護(hù)加固及止水方案，確?；娱_挖過程的安全性與穩(wěn)定性。由于建筑深基坑開挖施工的復(fù)雜性，使得無法完全模擬基坑開挖的實(shí)際過程，本項(xiàng)目深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用同濟(jì)啟明星基坑開挖環(huán)境影響分析軟件JK3E做有限元分析，選取最不利的DA段對(duì)基坑開挖環(huán)境影響分析。分析中土體采用三角形單元，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鄰近基礎(chǔ)、工程樁和隧道采用梁?jiǎn)卧?，?nèi)支撐采用彈簧。考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鄰近基礎(chǔ)、工程樁和隧道與土體共同作用，在管線相應(yīng)位置建立節(jié)點(diǎn)，來間接反映基坑開挖對(duì)地下管線的影響，即不考慮管線自身的剛度影響。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土之間設(shè)接觸面單元，周邊環(huán)境影響分析如下表3所示。由上表管線1、管線2的監(jiān)測(cè)及計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)目中基坑開挖周邊管線的水平位移及最大沉降均滿足施工規(guī)范允許的位移與沉降值中10mm的要求，因此，均滿足基坑開挖施工的相關(guān)要求。

3.2基坑開挖的水平變形分布情況

水平變形分布情況（如圖2）表4中理論計(jì)算結(jié)果表明，圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移最大值為36.6mm，周邊地表沉降最大值為24.2mm，臨近管線最大沉降為2.0mm，均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求?；娱_挖對(duì)周邊環(huán)境的影響在可控范圍之內(nèi)，在實(shí)際施工中還需加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，進(jìn)行信息化施工。

4結(jié)語

通過對(duì)深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)予以科學(xué)比選、設(shè)計(jì)，既可確保建筑基礎(chǔ)開挖與結(jié)構(gòu)施工的安全，又可有效確保項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)收益與社會(huì)效益。而對(duì)于深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)從抗傾覆穩(wěn)定性與樁基嵌入巖深等多方面予以全面考慮，并以保障質(zhì)量與安全為根本前提，對(duì)支護(hù)方案予以合理選取，進(jìn)而確保支護(hù)結(jié)構(gòu)安穩(wěn)無隱患。本項(xiàng)目通過對(duì)基坑所在區(qū)域的地質(zhì)水文情況予以全面分析，從適用性與經(jīng)濟(jì)性等多方面對(duì)灌注樁支護(hù)與土釘墻支護(hù)兩類基坑支護(hù)方案以及諸類常用降水方案做比選分析，最終選定采取灌注樁懸臂支護(hù)結(jié)合樁間插縫高壓旋噴樁帷幕止水方案予以實(shí)踐應(yīng)用。經(jīng)專業(yè)軟件分析與施工實(shí)踐驗(yàn)證，該方案很好地達(dá)成了既定基坑支護(hù)、止水目標(biāo)，確保了基坑結(jié)構(gòu)安穩(wěn)，保障了項(xiàng)目施工及周邊環(huán)境安全，對(duì)類似項(xiàng)目具備一定借鑒參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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作者：周開永 單位：江西省贛西土木工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院