浅析基础工程中的深基坑支护技术之要点

摘要：本文根据作者多年的工作经验，结合工程施工的实况，介绍了基础工程中的深基坑支护技术，主要分析了基坑支护的设计条件，支护方案，支护结构，支护桩结构施工以及物体沉降观测等，以上观点仅供同行参考。

关键词：基坑支护；支护结构；沉降观测

中图分类号：TB1 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2009）017（c）-0078-02

一、工程概况

该工程设计高度为99.75m，主楼28层，框剪结构；裙房六层，高度32.00m，框架结构，筏板基础。工程占地面积3500m2，建筑面积44139m2，该工程主楼地下室二层，深度12.06m，电梯井处局部深度14.95m，东北裙楼地下室一层，深度6.71m，地下车库一层深度4.46m，主楼筏板厚度1.8～2.5m，裙楼筏板厚度0.6～1.0m。

该项工程位于市区两条主要干道交汇处，其地下埋有南北向的邮电通讯光缆、市政给水管线及深基坑施工降水用排水暗渠，北距本工程六层附属办公楼13.27m，东距二层锅炉房2.50m，25m高砖烟囱3.20m，邮局1#八层住宅楼25m。

该场区内地层为第四纪冲积层，高漫滩地貌单元地质条件岩性描述由上而下：①杂填土；②粉质粘土；③园砾:承载力标准值fk=480kPa，本层为裙楼筏基持力层；④中砂：最大厚度13.00m，承载力标准值fk=400kPa，本层为主楼筏基持力层；⑤筏基持力层的下卧层；a。7～10m厚的砾砂层其中夹有中粗砂，粘土夹层和透镜体；b。9～10m厚的中砂层c。大于6m的粘土层，灰绿色，致密硬塑状态。

拟建场区内地下水为第四纪孔隙潜水，受大气降水影响并与嫩江水互为补给，埋深43m以上均为砂砾层，透水性好地下水量丰富，勘察期间初见水位埋深在3.60～4.60m，静止水位自然地面下2.65~4.01m。

二、基坑支护

(一)基坑支护设计条件

本工程由主楼与东北裙楼组成，主楼基坑开挖尺寸39.9m×39.9m，挖土深度11.36m；东裙楼基坑开挖尺寸16m×24m，挖土深度5.9m；北裙楼基坑开挖尺寸39m×46m，挖土深度5.4～6.84m。主楼深基坑西、南邻主要干道，东北两面与裙楼基坑相连，在主楼基坑南面有一原旧楼房钢筋混凝土基础圈梁，利用其进行边坡稳定性验算，可采用放坡卸荷方法开挖；但东、西、北三面土方要垂直开挖，边坡需支护；北裙楼基坑东邻锅炉房砖基础仅2•0m，距砖烟囱仅3•20m，它们对边坡的稳定、沉降极为敏感，故必须采取可靠支护。

（二）支护方案的选定

本工程深基坑支护设计必须达到如下目的：①为基坑施工提供足够的作业面；②不影响基坑周围环境正常运行；③快捷、经济，尤其是支护结构的变形，不得引起坡顶土体严重开裂，不对附近房屋及地下管线构成威胁影响正常使用。

鉴于上述条件，控制支护结构刚度及土体变形是本方案设计的关键。经过对工程地质条件、工期、造价及本地区施工设备状况等条件分析，并对比了几种可行的支护方案，最终选定：无砂钢筋混凝土悬臂桩，桩顶设钢筋混凝土连梁支护技术，作为本工程深基坑支护体系。无砂钢筋混凝土桩优点是：施工速度快、成桩质量好、施工简单、造价较低、施工周期短等。

（三）支护结构设计

本支护结构采用了桩径600mm无砂钢筋混凝土悬臂桩，桩中间距@800mm，在主楼基坑西侧坡顶为施工区域，附加荷载较大，故按双排桩阶梯式布置，东、北两侧均单排桩布置桩尖落在中砂层中。支护桩中轴线沿基础结构边轴线向外1200mm设置，桩顶设一道400mm×600mm的钢筋混凝土连梁用来加强支护刚度和整体性。由于主楼基坑支护轴线跨度在40.20m，为减小桩在跨中部的侧向位移变形，在两个坑角分别设置一道HK300a工字钢支撑。

受场地限制和工期影响，本工程采用了悬臂桩顶部无拉结支护体系。其内力按布鲁姆理论计算，桩顶标高根据工程设计意图，分别控制在-3.41m和-7.41m标高上。桩顶和坡顶高差在2.50m左右，经1：1放坡后，将高出桩顶部分的土体和施工附加荷载，折算成均布荷载。支护桩前后的土压力按朗金理论计算。因基坑采用深管井降水，主动土压力中没有考虑水的压力。

桩的埋置插入深度是悬臂挡土结构平衡桩侧主动土压力的关键。计算中除按布鲁姆理论计算取桩入土锚固深度外，按太沙基-皮克法公式取安全系数F=1.5，对基坑抗隆起进行验算。虽然本工程深基坑采用了深管井降水没有水头差。但为了预防施工中可能出现的意外情况而发生管涌或流砂现象。桩的入土深度按公式进行验算，即支护桩的入土锚固深度是经过上述三项验算后确定的。桩的配筋验算：考虑悬壁桩顶有钢筋混凝土连梁，坑角有支撑，其受力较为复杂，故按桩的最大弯矩，取无砂桩混凝土强度等级C20计算配筋，并沿桩周边均匀配置，取安全系数K≥1.3。在北裙楼地下一层车库深4.40m基坑的东部紧邻两层锅炉房和25m高砖烟囱，其砖基础深2.30m，对土体的滑动沉降变形敏感，故在悬臂支护设计时，按设计规范的取值规定将锅炉房内的有关荷载均进行计取，累加后，折算成均布荷载，按坡顶附加荷载进行计算，取值偏于安全。

(四)支护结构构造措施

1、在主楼基坑南部基础外边缘轴线距离8m，埋深2.30m，有一道500mm×700mm长50m原旧楼基础钢筋混凝土圈梁，利用其在-2.50m圈梁的下部向基坑内1：1放坡，在坡底沿筏基底板的外边缘，砌宽620mm，高2.1m挡土墙，隔4.0m设500mm×500mm×2100mm附墙垛。为避免坡面砂土受风化、雨水冲刷而引起砂土流失或滑坡，在坡面上随土方向下开挖采用：Φ25@1500，L=2.0m的钢筋钉入土体内，上铺Φ8@250钢筋网与坡面土体间距40mm，上抹60mm厚C20细。石混凝土来硬化坡面，增强边坡稳定性。在支护桩顶放坡的土体坡面上，也均采用了此方法。

2、为提高桩的被动土压力强度，在基底沿桩内侧1.00m范围内，混凝土垫层加厚至200mm，内配Φ14@200双向钢筋网与基础混凝土垫层相连接。支护桩间200mm缝隙用1：3水泥砂浆抹面固化。

3、为了防止地表水流入基坑内，在基坑上边缘硬化的地上240mm×300mm止水边梁一道，用粘土实心砖砌筑。基坑内利用电梯井局部加深处做积水坑，内设潜水泵，用来排除雨水或其它积水，保证基坑内干作业。

三、支护桩结构施工

本工程深基坑悬壁桩支护结构采用钻孔压浆桩，为无砂钢筋混凝土桩，其成桩工艺流程为：稳桩机校孔位钻机抄平钻孔终孔注水泥浆提钻注浆护壁放钢筋笼投放碎石高压补浆密实成桩养护破桩。

四、横向位移观测

为了监测支护桩在基坑开挖过程中和开挖后的横向位移情况，在支护桩顶连梁上，共设19个位移观测点，从观测点的结果上看出，桩体最大横向位移出现在基坑西侧2#和3#观测点，分析原因：西侧为阶梯式双排支护桩，坑深11.36m，坡顶面为施工作业区，附加荷载较大，加之在土方开挖过程中，因停电，发电机功率满足不了降水需求，造成水位反复升降，桩尖下面局部流砂、涮空；另外，基坑上面的暗排水渠局部渗漏，使桩体最大横向位移变形量，由预估δ≤40mm，达到了74mm；第二排桩8#点位移44mm；其余北侧、东侧桩体的最大横向位移变形量δ≤20mm。南侧放坡混凝土表面未出现大的裂缝，坡面稳定。

五、周围地面、邻建(构)筑物的沉降观测

为了监测基坑开挖和降水过程中，周边邻近建（构）筑物及地面的沉降情况，在基坑的北侧办公楼、西北角住宅楼、东侧1#住宅楼、西侧、南侧的路面上，布置了沉降变形观测点，同时在施工区域内锅炉烟囱和QTF80施工塔吊的基础上，布置沉降变形观测和倾斜变形观测点。本次沉降监测按二等水准精度施测，采用蔡司Ni007水准仪及铟瓦水准标尺，经过70d对23个观测点的监测，并通过沉降变形观测资料分析，在本工程土方开挖、施工、大量抽排水期间，对其周边建筑物没有构成大的影响，相对稳定。倾斜变形观测：基坑土方开挖，降排水期间对施工区内的烟囱，塔吊进行了倾斜观测，每个构筑物按近似120°方向设三站进行垂直投点观测，根据其偏差计算了偏差角，塔吊的最大偏差为13′30″，烟囱的最大偏差为3′30″。

经过基坑开挖后的严密监测，结果表明，本工程的深基坑支护体系达到了预期设计目的，保证了工程地下部分的正常施工，未对周围环境造成影响。

六、结语：本工程深基坑土方工程量共4.5万m3支护桩217根，桩径Φ600mm，桩长约10m，桩顶连梁截面400mm×600mm，周长166m，混凝土总量890.40m3，钢筋量88t。施工期共16d，全部完成。经过67d的基础工程施工考验，支护桩体未产生大的变形，有效地抵抗住较大的主动土压力，满足了施工需求，确保了周围建（构）筑物及地下管网的安全，达到了设计目的，为本地区深基坑设计施工积累了成功的经验。

作者单位：冶金工业部华东勘察基础工程总公司二分公司