文化中心深基坑优化设计分析

摘要针对深基坑支护特点，应用“天汉V2005.1”基坑工程设计软件，结合某文化中心深基坑桩撑支护实例，通过综合对比、试验研究和计算分析，探讨深基坑支护的优化设计方案，为解决复杂场地环境下深基坑支护方案提供了新的思路。

关键词深基坑；桩锚支护；分析；优化

对于建筑工程深基坑而言，合理的支护体系要做到保证基坑施工期间绝对安全的前提下，便于坑内基础结构作业，提高效率，节约工期，避免长时间暴露基坑而导致出现各种安全隐患。因此，“安全、适用、经济、高效”是衡量深基坑支护方案优劣的重要因素。本文结合某文化中心项目深基坑支护设计，对深基坑支护方案进行对比分析，并对本工程深基坑支护体系进行了优化探讨，供以后类似工程借鉴利用。

1、工程概况

1.1工程概述某文化中心工程规划总用地面积17.4万m2，建筑面积13.5万m2，包含大剧院、音乐厅、博物馆、图书馆等。深基坑位于大剧院台仓位置，支护形式采用桩撑支护（钻孔灌注支护桩+2道内钢筋混凝土支撑梁），周长150m，基坑面积1248m2，基坑重要性等级为一级，开挖深度为11.8m-12.8m。支护平面见图1。场地四周为市政道路，无建筑物，可不考虑施工影响。深基坑周围场地空旷，无地下管线等影响。1.2地质水文条件根据工程地质勘察报告，场地内分布岩土层主要有第四系的素填土、全新统黏性土、上更新黏性土和砂土层、圆砾夹卵石层。场地内各岩土层的部分物理力学性质指标见表1。场地内的地下水主要为上部滞水及砂土层中的微承压水，基坑范围内主要考虑上部滞水影响，下部砂土层中的承压水对基坑开挖无影响，地下稳定水位深埋18.8m-21.7m。深基坑内设排水沟、集水井，基坑开挖前采用坑外管井降水。

2、支护体系优化研究

2.1方案背景本基坑周边无建筑物，无地下管线影响，根据本地区以往类似基坑实施经验，桩撑支护体系是本地区成熟工艺。本基坑地下水水位较深，基坑开挖深度范围内不受地下水影响，因此，初步设计阶段采用桩撑支护方案。基坑实施前，总体施工工期要求非常紧张，深基坑位于场馆中心位置，其施工进度直接影响到场馆的整体建设速度，业主要求尽可能加快土方开挖进度，同时便于坑内土建作业，以缩短工期，加快场馆整体建设。2.2国内支护方案的设计思路对国内的主流的基坑支护方案进行分析对比.通过对国内的基坑支护的主要方式进行对比，结合本项目的具体地质条件及工期分析，本工程基坑深度较深，对支护效果要求高。不建议整体修改原设计方案，即考虑在原桩撑设计的基础上进行优化设计。2.2方案优化思路基坑支护设计的总体思路：①强桩弱撑，②强撑弱桩，③强桩强撑。考虑到上述因素，优化设计方案比选，在支撑梁极限承载力允许范围内，考虑采用降低第一道支撑梁的高度，以提高桩侧壁土体的稳定性，减掉第二道支撑梁，增加内壁锚杆支护，以满足安全计算要求，即桩撑锚支护方案。根据以上综合对比，桩撑锚支护体系（优化方案）虽然在工期、造价方面优势明显，但对周边要求较高；同时，在控制基坑变形能力方面不如桩撑支护体系（原方案）。这两个因素是决定优化方案能否实施的关键。经过对本工程周边环境因素的深入调查，基坑周边无建筑物、地下管线，基坑周边完全满足锚杆布置的要求。故需详细分析、研究、计算桩撑锚支护体系（优化方案）控制基坑变形的能力与表现，是否能够基坑支护的结构安全。（1）由勘察报告和设计要求确定设计参数及地下水位；（2）计算各支点的反力；（3）选择桩长；（4）稳定性计算；（5）确定桩长；（6）计算最大的弯矩Mmax；（7）支护桩的配筋计算；（8）锚杆的相关计算及布置图。

3、桩撑锚支护体系分析设计

3.1锚杆抗拔参数根据本地区同类工程经验与实际试验，锚杆的极限抗拔力较为稳定，符合场地稳定的地层结构特征：（1）锚杆规格：HRB335B25；（2）锚杆长度：9m；（3）锚固体孔径：150mm；（4）锚杆倾斜角度：15°。锚杆准确的受拉承载力：Nu=140kpa。3.2桩撑锚支护体系计算分析（1）计算参数基坑侧壁安全等级：一级，重要性系数=1.1；支护桩采用C30钻孔灌注桩；一道支撑主撑断面为b×h=900mm×800mm，连杆断面为b×h=700mm×800mm；锚杆平均水平间距@2800mm，倾角15°；锚固体孔径150mm；地面堆载20kPa。（2）支护结构采用“天汉V2005.1”基坑工程设计软件，采用弹性法计算结果如图3所示。3.3基坑内壁防护设计基坑开挖后，在支护桩身外挂钢板网，喷射100mm厚C20混凝土进行桩间土防护，如图所示。设计时，压缩支护桩与结构外壁之间的净距至800mm，避免出现主体结构与围护结构之间狭小的空隙内回填土无法理想压实的隐患。

4、结语

本文通过综合对比、试验研究和计算分析，探讨深基坑支护的优化设计方案，桩撑锚支护体系可提高坑内作业效率，大幅度节约材料用量、施工工期，值得推广应用，为解决复杂场地环境下深基坑支护方案提供了新的思路。

参考文献：

[1]建筑基坑支护技术规程.JGJ120-2012。

[2]徐勇等.桩锚支护体系在大型深基坑工程中的应用.地下空间与工程学报，2006,4（2）：46-64。

[3]徐中华等.软土地基采用灌注桩围护的深基坑变形性状研究.土力学，2009,30（5）：1362-1366.

[4]雍毅.内支撑位置优化在城际轨道深基坑施工中的应用.公路，2011（7）：30-34.

作者：陈春梅 单位：中交四公局建筑工程有限公司