基坑支护设计施工中几个问题的探讨

内容摘要：本文通过基坑支护工程实例的详细分析，对基坑支护设计施工中，桩墙支撑（锚）体系的选择、支护体系整体土压力的计算、同一基坑不同支护方式的衔接、承压水对基坑周边环境整体沉降及稳定性的影响等各方面进行了深入的探讨，对基坑支护设计施工有一定的指导意义。

关键词：基坑支护土层锚杆承压水

中图分类号：TD352 文献标识码：A 文章编号：

1、工程实例：（浙江东部沿海某地区基坑设计施工）

1．1 基坑开挖深度

该工程由1幢27层主楼及相应3层裙房组成，采用钻孔桩基础，整体两层地下室。基坑开挖深度按：东侧8.10m，南侧8.50m，西侧8.65m。

1．2 周边环境

基坑西侧为城市主干道，地下室外墙距围墙约7.0～8.5m。基坑东侧为排洪河道，地下室外墙距河道约10m，河宽约10m,河深约3.00m，河道东侧为旧居民住宅小区。基坑南侧为小区进出道路，地下室外墙距小区道路约8.5～12m，道路宽约10m，且小区道路往南为在建一层地下室基坑。基坑北侧为与本基坑相互贯通同步施工的基坑。

1．3 地质条件

根据本场地工程地质勘察报告，本基坑开挖影响深度范围的地基土层参数如下表：（3）-1、（3）-2、（3）-3层为淤泥、淤泥质土，层度大，土体灵敏度高，抗剪强度低，基坑开挖时易造成坑壁失稳、坑底涌土、地面沉陷等现象。

基坑开挖影响深度范围的地基土层参数表

1．4 本基坑特点

a．基坑开挖深度8.1～8.65m，为一级深基坑；

b．基坑影响深度内有巨厚的淤泥质土及淤泥层（厚度约8.7～13.9m），此土层力学性质较差，对围护结构及周边环境变形控制相当不利；

c．但硬土（岩）层埋深不大，对排桩支护有利。

d．因基坑东侧为河道、西侧为道路，基坑两侧高差大、地貌条件不同，二侧土压力不对称；

e．基坑开挖深度内土层渗透性较差，不易发生基坑渗漏；

f．周边环境复杂，对地基变形敏感。

1．5 基坑支护设计方案

本基坑设计方案采用Ф900＠1150钻孔桩排桩加一道钢筋砼内支撑作为支挡结构；排桩内侧设一道预应力锚杆，控制排桩变形值。钻孔桩排桩外设一排Ф650水泥搅拌桩形成止水帷幕，坑底采用水泥搅拌桩加固被动区土体。

钻孔桩桩顶设压顶梁，压顶梁与支撑梁标高一致；在基坑中部设三道钢筋砼主梁支撑，基坑南侧二角设钢筋砼角撑；地下室底板、地下二层顶板与钻孔桩排桩间隙处设置二层砼传力带换撑体系。

2、基坑支护设计施工需要探讨的问题

2．1 桩墙支撑（锚）体系的选择

2．1．1 选择原则

围护墙体和支撑（锚杆）结构的布置应遵循以下原则：

应该根据工程规模、主体工程结构特点、场地条件、勘察资料、环境保护要求、土方开挖方法，特别注重地区性工程实践经验，在确保安全的前提下，选择经济合理、施工方便的技术方案。

对“技术先进”的理解：技术先进的目的就是为了安全可靠、经济合理、施工方便；

基坑支护结构构件以尽可能最小程度影响主体工程结构构件的正常施工；

有条件时基坑平面形状尽可能采用受力性能较好的圆形、正多边形和矩形。

基坑支护结构的构件(包括围护墙、隔水帷幕和锚杆)在一般情况下不应超出工程用地范围；

同一基坑可以采取不同的支护方式，在满足安全的前提下，应充分考虑经济合理和方便施工。

2．1．2 就本工程实例而言，选择一道钢筋砼支撑加一道土层锚杆支护方案的分析

2．1．2．1 灌注桩排桩

本基坑支护灌注桩排桩桩端均进入岩层（进入全风化基岩深度不小于3.0m，或进入强、中、微风化基岩深度不小于0.5m），桩端进入硬层，使钻孔桩在桩端形成了稳固的支点，有效控制了钻孔桩的桩端位移。

3．1．2．2 预应力土层锚杆

预应力锚杆采用二次注浆工艺，且锚杆端部均进入岩层，对提高锚杆的抗拔力有充分的保障。预应力锚杆调整控制排桩的变形；

3．1．2．3 钢筋砼支撑体系

支撑体系采用钢筋砼内支撑、立柱桩、钢格构，钢筋砼支撑系统由三道断面1000×800的对撑梁组合而成，支撑体系具有较大的空间刚度和强度，能有效地传递荷载、控制变形。

3．1．2．4 搅拌桩止水帷幕及坑底加固

止水帷幕采用单排Ф650水泥搅拌桩，桩间搭接150mm；坑底淤泥层设8排（宽度4.1m）的栅格状水泥搅拌桩加固被动区土体。水泥搅拌桩止水帷幕与坑底搅拌桩同时使用对坑壁渗漏水、坑外淤泥层的流动、坑底地下水的管涌形成了较为严密的屏障。

3．1．2．5 安全系数及变形控制计算

3．1．2．5．1 整体模式计算结果

利用北京理正深基坑软件对桩墙支撑体系协同受力的整体计算模式，综合考虑周边道路、河道、建筑物、车辆通行荷载，按支护构件、支撑体系协同作用计算支护体系变形状况。计算结果：支撑体系位移整体朝东侧，基坑西侧最大位移为向东35.8mm，基坑东侧最大位移为向东26.4mm。

3．1．2．5．2 对采用二道支撑体系的整体变形计算

若采用二道支撑系统采用同样的计算模式，计算结果：支撑体系位移整体朝东侧，基坑西侧最大位移为向东33.3mm，基坑东侧最大位移为向东22.7mm。

3．1．2．5．3 计算结果分析：

计算结果表明：采用一道钢筋砼支撑加一道预应力锚杆支护方式的各剖面整体稳定安全系数均大于1.3，抗倾覆安全系数均大于1.15，抗管涌安全系数均大于1.5，满足浙江省标准《建筑基坑支护技术规程》（DB33/T1008-2000）。

整体计算结果表明二种支护方式对本基坑的整体变形相差不大。对本基坑而言，采用一道钢筋砼支撑加一道预应力锚杆的支（锚）体系更经济合理（节省造价、缩短工期、施工方便）。

3．2 土压力不平衡现象

不论基坑条件不同，还是本方案中提及的采取一道支撑加一道锚杆或二道支撑的排桩支护体系，在基坑整体受力分析中，支护体系二侧受力一定是平衡的，

本基坑二侧地面高差、地貌条件不同（河流、沟谷）、土层参数不同，只能表明基坑开挖前基坑支护体系整体二侧所受土压力不一致。随基坑开挖深度的增大，桩墙体与支撑体系协同受力，二侧桩墙受力趋于平衡。

在此工程实例实施中，基坑东西二侧虽然地表存在高差，东侧有河道，但我们考虑到河道距基坑边还有1倍开挖深度以上的距离，第一道支撑与河底高差也不是很大，基于上述理念，我们在方案设计中并没有对此情况作特别的处理。实践证明是成功的。

3．3 山凹（坡前）地带，承压水对周边环境整体沉降及稳定性的影响

3．3．1 工程实例实施过程中出现的情况

基础钻孔桩施工前，在东侧河对面旧居民小区建筑物设置了沉降观测点，并在施工前测得了初始数据（夏季、河道丰水），在基坑支护排桩局部段人工挖孔桩挖孔期间作了第一次沉降观测（冬季、河道枯水，基坑尚未开挖），二次测量时间将近6个月，发现居民小区整体沉降趋势，最大沉降已经超过35mm；基坑开挖期连续监测至次年夏天，居民住宅小区地表逐渐上升，基本恢复原状。

3．3．2 原因分析

3．3．1．1 本基坑所处位置为山凹（坡前）地带，基坑地下岩层埋深不是很大，但高差相对较大。根据地质资料，角砾层及风化岩层内存在微承压水。地下水位、土层含水量、埋藏条件随季节变化，使建筑物季节性沉降或上升；

3．3．1．2 桩基均采用钻孔灌注桩，施工前深层地下岩土层内的地下水为超静水压力，钻孔桩施工打破原有地层承压水埋藏条件，承压水上升，使居民小区地下水位降低或承压水头减弱，加速了地表沉降；

3．3．1．3 围护灌注桩施工过程中因钻机成孔难度较大，局部地段采取了人工挖孔成孔。挖孔桩成孔产生地下水位降漏斗，改变地基土地下水埋藏条件，也使居民小区地下水位降低或承压水头减弱，加速了地表沉降；

3．3．1．4 该基坑存在特殊地形地貌、山凹（坡前）地带和承压水对周边环境整体沉降及稳定性的影响，在基坑设计、监测考虑欠全面，在开挖前没有对本基坑居民小区沉降变化进行连续监测，对小区建筑物的沉降诊断缺少系统全面原因分析。

3．4 同一基坑不同支护方式的衔接

本工程实例中，该基坑与北侧基坑实际上为同一基坑，只是由于开发商不同采取了不同的基坑支护方案，因此牵涉到同一基坑不同部位的设计施工衔接问题。

基坑方案设计时，双方拟定了在基坑分界部位采取搭接处理措施，但在实施过程中，由于其他因素导致衔接搭接处理措施未能有效实施，给基坑工程施工必然带来安全隐患。虽然二个基坑在监测信息化数据指导下都安全顺利地施工完成，但是同一基坑不同部位采用不同的基坑支护的有效衔接过渡，必须引起足够的重视和采用合理可靠可行的衔接技术措施，以保证基坑安全。

参考文献：

[1].王珊主编，《基坑工程新技术手册》，中国现代工程技术出版社，2007年9月第一版

[2].顾宝和，毛尚之，李镜培，《岩土工程设计安全度》，中国计划出版社，2009年3月第一版