建筑基坑支护设计分析

摘要：基坑支护的优劣直接关系到基坑基础施工的顺利进行及基坑周边环境安全，因此，必须重视基坑支护设计工作。本文结合建筑基坑工程，在分析工程周围环境和地质水文条件基础上，介绍了基坑支护设计思路，对各个区段有针对性地采取不同的支护形式。工程监测数据表明，支护结构的水平位移、变形等指标均达到了要求。

关键词：基坑支护；设计；地下水控制；监测

随着建筑行业的发展和人们对地下空间的开发和利用的日益增多，基坑工程不仅数量增多，而且深度向着更大、更深的方向发展。基坑工程不仅要保证围护结构本身的安全，而且要保证周围建筑物的安全和正常使用，因此，基坑支护在建筑工程中发挥着越来越重要的作用。统计资料表明，在各种基坑事故中，因设计不合理造成事故占据着很大的比例，因此，本文以某建筑基坑工程为例，探讨基坑支护的设计问题。

1 工程概况

某学校宿舍楼工程，地上18层，地下2层，建筑物高度为63.9m，采用框架剪力墙结构，筏板基础；裙房地上3～4层，地下2层，建筑物高度15.3～22.5m，框架结构，筏板基础。

拟建建筑物基础埋深为-10.16m。建筑总面积44551m2，其中地上建筑面积29725m2，地下建筑面积14826m2。

3 水文地质条件

①耕表土：松散，色杂。②淤泥质粉质黏土：灰绿色-青灰色，软-流塑，局部可塑，夹杂少量腐殖物。③粉砂：灰绿色，饱和，松散-稍密，以石英、长石等为主要成分。④粉砂：灰绿色，饱和，中密，局部稍密。⑤粉质黏土：褐黄色-青黄杂色，可塑-硬塑。⑥1粉细砂：灰黄色，饱和，中密，局部稍密，以石英、长石、角闪石等为主要成分。⑦2粉质黏土：灰绿色-青灰色，可塑。干强度韧性中等，稍有光泽，摇震无反应。⑧含砾粉细砂：褐黄色-灰黄色，饱和，密实，以石英、长石、角闪石等为主要成分。本工程在勘察期间在30.00m深度范围内未见地下水，设计中可以不考虑地下水的影响。

总体来说，本工程所在场区地层稳定，工程地质和水文地质条件较好。

4 设计难点

（l）北侧2#人防通道地下结构外墙距20教工住宅地下结构外墙仅8.Om，东侧1并人防通道地下结构外墙距图书馆地下结构外墙约2.9m，距离都很近。20教工住宅为18层建筑，对基坑周边的位移变化很敏感，一旦基坑出现较大变形导致2并教工住宅出现不均匀沉降，后果会比较严重。

（2）东侧1#人防通道外墙距图书馆地下结构外墙约2.9m，图书馆独立柱基埋深-2.70m，人防通道深度-6.90m。如果采用土钉墙进行支护，坡顶和图书馆外墙就靠得很近了；如果采用混凝土灌注桩支护，钻机缺少足够的施工场地。

（3）本工程基础结构较复杂，由于基底设计标高不同，导致基础底板深度不同：北侧局部深-6.90m，基坑主体部分为-10.16m，要分别进行计算，不同深度衔接之处要考虑采用不同的支护形式。

（4）本工程东南侧设有化粪池，距基础地下结构外墙也很近，如果采用支护桩加锚杆支护，必须考虑化粪池的深度位置，防止锚杆施工造成化粪池渗漏，给基坑安全带来严重影响。

5 基坑支护设计

5.1 设计思路

根据上述分析，本工程施工场地周边已建建筑较多，不具备放坡条件，考虑采用混凝土灌注桩加锚杆的支护形式，针对基坑不同位置的基础结构和环境条件，将基坑分为12个剖面，对各剖面分别进行计算。基坑侧壁安全等级为：东侧1#坡道处为二级，1#和2#人防通道局部为三级，其他地段基坑侧壁安全等级为一级。

5.2 基坑北侧支护设计

基坑北侧与20教工住宅相邻近部分由于深度不同划分成三个剖面：从自然地面到-10.16m为1一1剖面，采用桩径为80mm间距1.5m的护坡桩加4道锚杆的支护形式，第1道锚杆的位置作一定调整，保证锚杆从2#教工住宅基础底部一定深度以下穿过；从自然地面到-6.90m平台的区段为2一2剖面，此段按常规做法等基坑主体部分回填上来以后再用土钉墙放坡进行支护，但是由于基坑西侧紧邻道路，常规做法需要场地条件不足，施工难度大，所以采用护坡桩支护，由于深度较浅，可去掉锚杆，用悬臂桩方式支护；从-6.90m平台到-10.16m的区段为3一3剖面，采用护坡桩加锚杆支护，平台和桩顶衔接处采用坡率1：1放坡，可以减少0.5m桩长，从力学角度来看桩体受力也更加合理。

5.3 基坑东侧支护设计

基坑东侧支护平面图如图1所示、基坑东侧1#人防通道与图书馆邻近地段为12一12剖面，基坑深6.9m，考虑到此处基坑深度不大，但是空间较小，采用桩径800mm护坡桩支护，缺乏施工场地，所以该区段采用桩径200mm、间距0.75m微型桩支护，用锚杆机钻孔施工，占地较小。桩身通长采用14#工字钢，桩身灌注水泥浆。同时设置3排锚杆来固定桩身，详见图2。通过计算，该支护结构的剖面整体稳定安全系数为1.418，抗倾覆安全系数为3.637，计算最大位移为19mm（不超过位移预警值20mm），均满足规范要求。这一区域由于管线改移等原因，要等主体基坑回填后再进行基坑开挖。

图1 基坑东侧支护平面图 图2 12一12剖面结构图

5.4 墓坑其他区段支护设计

基坑东南侧与化粪池邻近的区段采用护坡桩加锚杆的支护形式，化粪池底部标高为-5.80m，第1道锚杆位置调整到了-6.0m，锚杆人射角15°，保证锚杆与化粪池底最近距离不小于1.5m。

基坑南侧和西侧剖面均为护坡桩加锚杆的支护形式，根据地质条件和基坑深度，支护参数也略有不同。根据场地水文地质条件及周围环境对位移的要求，除在基坑东侧坡道1#人防通道部分采用微型桩+锚杆支护方式以外，其他地段采用钢筋混凝土灌注桩+锚杆支护的设计方案。

考虑到地层条件，基坑下部已经达到卵石层，在施工中混凝土灌注桩采用旋挖钻机成孔，12一12剖面的微型桩用锚杆钻机成孔。

6 地下水控制措施

本基坑地下水埋深较深，均在基坑底下5m以下，基坑开挖无需进行降水。考虑到局部上层滞水及管道渗漏的影响，在基坑内周边设置排水沟，排水沟深0.5m，宽0.3m，每间隔20m设置集水井，集水井深1.5m。

7 基坑监测结果

在基坑周边桩顶每巧-20m布设一个水平、竖向变形观测点，共32个。在基坑周边建筑物适当位置布设建筑物沉降观测点，共28个。监测作业的精度、频率按照相关规范、规程要求设置。

表1 基坑坡顶水平位移

根据第三方监测单位提供的基坑位移监测数据，表1 为选取的3个代表点从第一层锚杆施工开始至近期基坑回填的水平位移变化情况，其中1#在北侧1一1剖面，10#在化粪池附近，19#在基坑西侧邻近道路。东侧1#人防通道与图书馆邻近段的12一12剖面微型桩已经施工完毕，由于管线原因还未进行基坑开挖，目前还没有位移观测数据。

可以看出水平位移没有超出规范所规定的预警值（一级基坑为28mm），其他位移如坡顶沉降、建筑物沉降等也未超出预警值，特别是基坑北侧与2#教工住宅邻近区域控制得较好，本支护设计达到了预期目的。

8 经济比较

在保证安全的前提下，设计中尽可能减少混凝土灌注桩和锚杆用量，以减少工程造价，在以下几个区段做了节省：2一2剖面去掉锚杆，采用悬臂桩支护；3一3剖面在坡顶和桩顶衔接处采用放坡，减少桩长；12一12剖面采用微型桩支护，减少了混凝土和钢筋用量。

经估算，经过优化设计的方案与最初全部采用灌注桩加锚杆的方案相比，共节省工程造价约23万元。

9 结语

总而言之，基坑支护是确保基坑工程顺利施工的重要保障。因此，在基坑支护设计及方案选取过程中，工程人员应结合施工现场的地质条件、基坑周围环境状况等因素，选取最合理经济的支护方式。在本工程中，通过分析各区段特点，有针对性地采取不同支护参数，达到了质量安全、经济合理等要求。

参考文献：

[1] 黄辉.建筑工程基坑支护设计分析[J].民营科技，2009年12期

[2] 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）