组合式支护技术在基坑工程中的应用探讨

摘要：为了确保建筑物的稳定性，建筑基础必须要满足地下埋深嵌固的规范要求。随着目前建筑发展趋势，深基坑施工也向大深度、大广度方向发展。合理的基坑支护技术是保障建筑物安全施工的关键。本文从某工程实际为例对深基坑支护技术做了一定的探讨分析，为类似工程的施工提供借鉴。

关键词：基坑支护；方案选择；开挖

中图分类号： TV551.4 文献标识码： A 文章编号：

随着城市的发展，基坑向深、宽、长方向不断增加，这就需要设计单位在设计中综合考虑各种因素。基坑支护结构设计是一项复杂的工程，既要挡土又要挡水，而且要控制变形，一个工程中选择哪一种形式的挡土结构形式，需要根据不同的水文地质条件和建筑环境条件，在安全这个大前提下，进行综合经济比较才能选择出一个优秀的方案。对于本工程，考虑开挖深度、周边环境，场地地质条件、区域施工经验和工程造价等因素，采用混凝土灌注桩+一层水平支撑的支护结构。

1工程概况

某拟建物主体地上建筑层数为2～5层，均有2层地下商业及地下车库。总建筑面积越27200m2，地下建筑面积19250m2。 场地西侧为商业大街，南侧为五马路，均为主要干道，东、北两侧为相邻小区拟建高层住宅。 本工程大致周边情况见图1。

图1周边环境示意图

Fig.1 Sketch of the surrounding environment

本工程建筑±0.000m相当于绝对高程4.850m。基坑底相对标高-10.100m，机械停车部位相对标高-11.450m，室外地表大沽高程4.700m，相当于建筑相对标高-0.150m，本次方案基坑深度按照9.95～11.3m深度进行设计。本工程受地形所限，平面布局不规整，呈多边形，平面东西长约140m，南北宽约70～86m。基坑总周长430m，总开挖面积11800m2。

2、场地工程地质情况

场地地貌为第四纪冲积—海积平原，经过漫长的水动力作用沉积了深厚的第四系沉积物。地表2m以下分布有3.0～6.3m厚的新近洪积层，物理力学指标低，土质不均匀，渗透性差，压缩性大、强度及承载力低。第一层海相粉土层厚度、埋深变化较大。

本场地地下水类型为孔隙水，赋予于第四系粘性土、粉土及砂类土中，水位变幅为0.5～1.0m，该地区地下水位埋深较浅，地下水静止水位埋深2.0m。地下水主要补给来源为大气降水，排泄方式以蒸发为主。经取水样经验分析，地下水对混凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性。

本工程场区土层分布及相关参数见表1。

表1 各土层物理力学参数

表1 各土层物理力学参数

3、方案选择

在沿岸故河道分布地区，由于土质较软，土层变化大，深度超过10m以上的基坑一般会采用两层水平支撑系统。本基坑工程由于周边尚有一定卸土条件，本着安全、经济、便于施工的原则，采用单层水平支撑系统。减少一层支撑系统不仅可以降低支撑系统和支承柱的经济投入，更为重要的是减少了一层支撑的浇筑、养护和拆除，大大缩短了工期，方便了土方开挖和主体结构施工。单层水平支撑系统较之双层水平支撑系统的不利影响是会增大支护桩的水平变位和弯矩。为了尽可能地消除这一不利影响，采取的方式是坑外卸土并将水平支撑系统尽量压低。但由于存在机械停车部位，地下室楼板高度不统一并在②～④轴缺失，不能形成有效的换撑体系，设计难度加大。为了克服这一问题，经与主体结构协商，在地下车库西侧增设扶壁柱，在不影响建筑使用功能的同时满足基坑换撑要求和主体结构的受力要求。

设计人根据不同的坑深，采取了不同的桩型以确保方案经济合理：坑深9.95m位置灌注桩采用800@1000mm，有效桩长18.5m；坑深11.30m位置灌注桩采用900@1000mm，有效桩长19.5m。

基坑除机械停车部位外的其他部位剖面见图2。

图2 基坑一般部位剖面示意图

Fig.2 Sketch of section in general site of pit

机械停车部位剖面见图3。

图3 机械停车部位剖面示意图

Fig.3 Sketch of section in mechanical parking site

在拟建物现有条件下采用钻孔灌注桩作为支护结构、内设一道混凝土支撑的正施法支护体系是较为适宜的，此支护体系能够很好的控制基坑变形，也可降低对周边环境影响，上述支撑方式为地下室主体结构的连续施工提供了较大的工作面和连续施工的条件，也便于土方开挖作业。

4、设计及计算

4.1 设计依据、方法及参数

本次设计的依据为建设方提供的拟建物总平面图、地下结构图纸资料、岩土工程勘察报告及现行相关规范。

本基坑设计计算采用同济启明星基坑支护计算软件（FRWS）。支护桩体内力及位移的计算采用朗肯土压力理论。由于基坑深度范围内土层为粘性土，本次计算采用水土合算的方法，根据弹性抗力法求得计算结果。

4.2 设计计算

4.2.1竖向支挡结构单元分析和计算结果

应用FRWS软件，进行支挡结构分析，包括加设支撑、开挖土体、基础施工、换撑、拆除支撑等工况，得出支护桩的位移、弯矩等数值，各项计算结果均满足规范[2-4]要求，具体情况见表2。

表2 支挡结构计算结果

4.2.2水平支撑设计计算

经过反复计算最终确定支撑系统的上皮标高为-2.150m，下皮标高为-2.950m，位于地下二层顶板与地下一层顶板之间。支撑系统设置在这样的位置，除了可以减小支护桩的水平变位和所受到的弯矩，从而降低其含钢量，节省经济投入的作用之外，在支撑系统施工之前的第一步悬臂开挖不超过2m，不会产生过大的变形而影响周边环境。根据基坑平面形状特点，水平支撑系统由帽梁+眼镜形环梁+若干辐射撑及角撑等组成。该方案支撑体系受力明确，基坑支护变形控制较为有利，环梁水平支撑系统较之纵横向交错的桁架型水平支撑，为施工提供了尽可能开阔的工作面，并且能够充分发挥环形混凝土结构抗压性能优越的材料特性，从而使支撑系统合理、经济、简洁。

4.2.3 基坑降水

基坑采用封闭止水帷幕+内降水措施。沿钢筋混凝土灌注桩外设置一圈桩径650mm的三轴水泥土搅拌桩作为封闭止水帷幕，套接一孔法施工，搅拌桩直径650mm，间距450mm，桩间搭接200mm。内降水系统采用大口井，无砂混凝土井管，井深一般为15m，机械停车部位为16.5m，井管外径500mm，间距约19m。无砂混凝土井管滤料采用等粒径无粉碎石屑。坑底采用盲沟排水。开挖前至少提前二周开始降水，并将地下水位降至坑底以下不小于0.5m处。

5、施工、开挖及实际效果

根据总体施工安排，2011年2月支护桩及搅拌桩开始施工，到6月支撑体系施工完毕，并进入养护期。9月土方开挖， 11月地基验收，2012年3月地下结构全部施工完成。

施工中建设单位、监理、施工总承包等单位对工程认真负责，设计方案得到很好的实施。挖土过程有序，定向逐层开挖。没有出现挖土过快或虚铺坡面以及盲目超挖等情况，也没有出现机械碰撞支护桩及支撑杆件的情况。

从基坑四周适当位置布置的观测井中水位分析，基坑止水效果良好，未发现漏水等状况。地下工程施工过程中基坑降水没有引起坑外地下水位下降。

基坑周边桩顶变形值除特殊部位[什么部位？规范是否允许特殊部位变形大于30cm?]外均小于30cm。

实践证明，围护结构使用效果良好，基坑开挖未对周围建筑、道路、地下设施造成不良影响。该设计安全、经济，得到建设单位的好评。

6、结论

(1)本次设计方案确定前，我们综合考虑了基坑深度、轮廓、场地工程地质条件、周边环境情况、由于开挖可能产生的影响，以及包括造价在内的诸多因素。本着安全、经济、方便施工的原则，以确保基础施工的顺利进行及业主对周边环境合理要求为指导，通过多方专家论证，反复优化，最终由施工单位按要求实施，效果理想。

(2)本工程采用混凝土灌注桩+一层水平支撑作为基坑支护体系，该方案克服了土质条件差、基坑深度大等难点。根据现场检测结果表明，基坑开挖和地下室主体结构施工过程中，灌注桩和水平支撑系统的变形和内力均在可控范围内，场地周围建筑、道路等沉降量很小，均未受到不良影响。

(3)随着本工程顺利实施，我们从整个设计及施工过程中积累了很多关于这种基坑解决方案的宝贵经验，能更有效的指导今后类似工程的设计。

参考文献：

[1] 刘国彬,王卫东. 基坑工程手册.(LIU Guo-bin,WANG Wei-dong. Excavation Engineering Manual.)

[2] GB 50007-2002 建筑地基基础设计规范[S].(Code for Design of Building Foundation[S].)

[3] JGJ 120-99 建筑基坑支护技术规程[S]. (Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavations[S].)