北京某商業(yè)大廈基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

蔣濤 楊強(qiáng) 丁偉翠

0 引言

隨著城市化進(jìn)程不斷加快，為充分利用有限的土地資源，城市中出現(xiàn)了很多有較深地下室的高層建筑，基坑開(kāi)挖深度逐漸增加，尤其是沿海地區(qū)和各個(gè)大城市這樣的高層建筑密度較大，深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工成為城市建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)又是巖土力學(xué)學(xué)科中比較復(fù)雜和困難的問(wèn)題［1，2］。

為了保證工程實(shí)施安全，深基坑圍護(hù)不僅要保證基坑內(nèi)正常作業(yè)，還要保證基坑附近建筑物和道路管線(xiàn)的安全［3］。擬建場(chǎng)地位于永定河洪(沖)積扇中下部地段，地形較略有起伏，地層屬于軟土地層，其本身的抗剪強(qiáng)度低、壓縮性大，工程地質(zhì)條件較差，在這種軟土地基上進(jìn)行支護(hù)工程設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮軟土的工程特性和深基坑工程的復(fù)雜性，使設(shè)計(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)在安全的基礎(chǔ)上既經(jīng)濟(jì)合理又方便施工。

1 工程概況

該工程位于北京市東城區(qū)，東鄰東二環(huán)路，二環(huán)路與本工程相距20 m以上，南鄰商業(yè)大廈A，與本基坑相距12 m，基坑西側(cè)為臨時(shí)性建筑，基坑北側(cè)西段緊鄰公寓A，北側(cè)東段緊鄰公寓B，與本基坑相距14 m(見(jiàn)圖1)。擬建筑由地上13層～25層(高度52 m～91.2 m)公寓式辦公樓、4層商業(yè)及餐飲(高度21 m)以及3層純地下車(chē)庫(kù)組成。地面高程在42.47 m～44.54 m，基坑長(zhǎng)約105 m，寬約80 m～90 m，基坑開(kāi)挖深度為16 m?；忧捌谝呀?jīng)做好降水工作，支護(hù)設(shè)計(jì)不考慮降水的影響。

圖1 場(chǎng)地環(huán)境條件示意圖

2 場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地地層按其沉積年代、成因類(lèi)型以及巖性劃分為人工堆積層和第四紀(jì)沉積層兩大層。每大層中又按其巖性和土層物理力學(xué)性質(zhì)劃分為若干個(gè)亞層，自上而下的分布情況如下:①粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土填土層，含房渣土、碎石填土、爐灰，層頂標(biāo)高為42.5 m～44.5 m。②砂質(zhì)粉土層，含粉砂、細(xì)砂、粘質(zhì)粉土、重粉質(zhì)粘土，層頂標(biāo)高為34.2 m～40.2 m。③粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土層，含砂質(zhì)粉土、重粉質(zhì)粘土、粘土、粉砂、細(xì)砂，層頂標(biāo)高為34.1 m～36.2 m。④細(xì)砂、中砂層，含粉砂層、細(xì)砂、砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土，層頂標(biāo)高為29.7 m～32.6 m。⑤卵石、圓礫層，含中砂，層頂標(biāo)高為27.2 m～28.9 m。⑥粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土層、重粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土，層頂標(biāo)高為23.5 m～25.5 m。⑦卵石、圓礫層，含細(xì)砂、粉砂，重粉質(zhì)粘土、層頂標(biāo)高為16.4 m～18.6 m。⑧粘土、重粉質(zhì)粘土層，含粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土，層頂標(biāo)高為6.6 m～11.1 m。⑨卵石層，含中砂、細(xì)砂，層頂標(biāo)高為5.1 m ～7.5 m。⑩粉質(zhì)粘土層，層頂標(biāo)高為－0.2 m～0.3 m。根據(jù)樣品試驗(yàn)參數(shù)對(duì)土層進(jìn)行重新歸納分層，所采用的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 土層參數(shù)表

3 基坑支護(hù)方案的選擇

基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)的原則是保證基坑安全，施工安全可行，技術(shù)最優(yōu)化，滿(mǎn)足工期要求，維護(hù)臨近的建筑物安全與穩(wěn)定，同時(shí)要造價(jià)合理。

基坑?xùn)|側(cè)與東二環(huán)路相望，其相隔距離大于本基坑的開(kāi)挖深度，基坑西側(cè)附近沒(méi)有其他建筑，僅有臨時(shí)住房、材料堆放和材料運(yùn)輸?shù)缆罚?—1剖面和2—2剖面上部荷載不大，該邊坡采用常規(guī)土釘墻噴錨支護(hù)分段放坡即可滿(mǎn)足支護(hù)要求;基坑南、北兩側(cè)均緊鄰高大建筑物，兩邊建筑物基坑均有一定深度，上部荷載相對(duì)較大，因此采用上部土釘墻和下部護(hù)坡樁相結(jié)合的支護(hù)體系性?xún)r(jià)比較高。

4 邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案及施工效果

1)基坑?xùn)|側(cè)1—1剖面和西側(cè)2—2剖面支護(hù)設(shè)計(jì)方案:該部位邊坡擬采用常規(guī)土釘墻噴錨支護(hù)，上部荷載為10 kPa，基坑深度為16 m，邊坡坡度按 1∶0.2 和 1∶0.7，兩端垂直高度分別為9.5 m 和6.5 m;土釘間距:橫方向?yàn)?1.5 m，縱方向?yàn)?1.5 m，共9排，長(zhǎng)度分別為7 m，12 m，13 m，9 m，9 m，8 m，10 m，9 m，8 m，7 m，孔徑130 mm，傾角10°;孔中插入鋼筋為:第1排～第3排的錨桿用1φ24，第4排～第6排的錨桿用1φ28，第7排～第8排的錨桿用1φ32，第9排～第10排的錨桿用1φ34(見(jiàn)圖2)。面板為現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土而成，混凝土強(qiáng)度為C20，面板厚度為100 mm;中間掛φ6.5@200×200的鋼筋網(wǎng)，外配1φ20橫向加強(qiáng)筋與所有土釘頭用雙“L”形鋼筋焊接牢固，“L”形鋼筋采用Φ18。經(jīng)計(jì)算基坑邊坡的總抗拔力穩(wěn)定系數(shù)Kf=1.523＞1.5，土釘墻的穩(wěn)定系數(shù)KN=1.613 ＞1.5，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù) KQ=1.832 ＞1.5，內(nèi)部穩(wěn)定性系數(shù):支護(hù)前 K前=0.860 ＜1.5 需要支護(hù)，支護(hù)后 K后=2.86 ＞1.5，所有穩(wěn)定系數(shù)在支護(hù)后均滿(mǎn)足安全要求。

圖2 基坑1—1剖面和2—2剖面土釘墻支護(hù)示意圖

2)基坑?xùn)|側(cè)3—3剖面和西側(cè)4—4剖面支護(hù)設(shè)計(jì)方案:地面以下3 m深度為土釘墻，邊坡坡度按1∶0.2設(shè)計(jì);土釘間距:橫方向?yàn)?.5 m，縱方向?yàn)?1.5 m，共 1排，長(zhǎng)度分別為 6 m?？讖?10 mm，傾角10°;孔中插入鋼筋為1Φ24，面板為現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土而成，混凝土強(qiáng)度為C20，面板厚度為80 mm，中間掛φ6.5@200×200的鋼筋網(wǎng)，外配1Φ20橫向加強(qiáng)筋與所有土釘頭用雙“L”形鋼筋焊接牢固，“L”形鋼筋采用Φ18，參照1—1剖面的計(jì)算結(jié)果和穩(wěn)定性分析，可以得出此部分整體穩(wěn)定性較好，無(wú)需進(jìn)一步計(jì)算。地面以下3 m～20 m深度為護(hù)坡樁，采用鋼筋混凝土樁，樁徑φ800，樁距1.20 m;樁頂位于地面下 3.0 m，樁長(zhǎng)為 17.0 m，嵌固深度為4 m;主筋配置為8Φ22，箍筋為 φ6.5@200，加勁筋為 φ14@2 000;樁身混凝土標(biāo)號(hào)為C25;主筋保護(hù)層厚度為50 mm;樁身主筋錨入樁頂連梁400 mm，樁頂連梁為400 mm×800 mm，配筋主筋為6Φ20，箍筋φ6.5@200。第一道錨桿設(shè)置在連梁之上(地面下3.2 m)位置，一樁一錨，錨桿長(zhǎng)度為14.0 m(其中非錨固段長(zhǎng)度為5.0 m)，錨桿直徑150 mm，錨桿傾角為20°，錨索選用2束7φ5預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，錨桿鎖定在連梁上。第二道錨桿設(shè)置于地面下9.0 m的位置，一樁一錨，錨桿長(zhǎng)度為18.0 m(其中非錨固段長(zhǎng)度為5.0 m)，錨桿直徑150 mm，錨桿傾角為20°，錨索選用3束7φ5預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，錨桿鎖定在連梁上，混凝土標(biāo)號(hào)為C20(見(jiàn)圖3)。經(jīng)過(guò)計(jì)算地基承載力安全系數(shù)KS=2.81＞2.0，基坑底部土體抗隆起安全系數(shù) K=2.8 ＞2.5，抗?jié)B安全系數(shù):KS=2.4 ＞2，圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)抗傾覆安全系數(shù)KQ=1.85＞1.5，第一道錨桿時(shí)的整體安全系數(shù) f1=1.82 ＞1.5，第二道錨桿時(shí)的整體安全系數(shù) f2=1.72 ＞1.5，整體圓弧滑動(dòng)安全系數(shù)KZ=1.61＞1.5，以上安全指標(biāo)均滿(mǎn)足基坑的安全要求，設(shè)計(jì)較合理。

從基坑開(kāi)挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工至地下鋼筋混凝土的施工結(jié)束歷時(shí)數(shù)月，由于設(shè)計(jì)合理，施工工程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范規(guī)程［4-6］，施工工藝比較先進(jìn)，雖然局部出現(xiàn)了一些小問(wèn)題，但從未出現(xiàn)坑底隆起，管涌，護(hù)坡樁及支撐的嚴(yán)重變形或折斷現(xiàn)象，說(shuō)明基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的，施工方法安全可靠。

圖3 基坑3—3剖面和4—4剖面支護(hù)示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的地層情況以及周邊的環(huán)境條件，因地制宜的擇優(yōu)選擇各個(gè)剖面的支護(hù)類(lèi)型和支護(hù)方案，科學(xué)合理的進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，同時(shí)要想取得支護(hù)全面的成功，在施工過(guò)程中要嚴(yán)格按照相關(guān)施工規(guī)范和混凝土施工規(guī)程進(jìn)行施工，同時(shí)要全方位的考慮施工安全性和合理性。開(kāi)挖前做好充分的準(zhǔn)備，開(kāi)挖和支護(hù)統(tǒng)籌規(guī)劃好，開(kāi)挖一層支護(hù)一層，盡量減少基坑無(wú)支撐的暴露時(shí)間，同時(shí)還要加強(qiáng)基坑的監(jiān)測(cè)管理，及時(shí)收集、整理反饋監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。本工程通過(guò)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇和支護(hù)方案合理設(shè)計(jì)，達(dá)到了安全經(jīng)濟(jì)，合理有效的施工效果。

［1］ 龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

［2］ 楊 強(qiáng).北京某商業(yè)中心基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.巖土工程界，2005，9(5):48-51.

［3］ 田高超，李維濱.軟土地基深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2007，33(8):111-112.

［4］ 黃 強(qiáng).建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

［5］ 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

［6］ 吳培明.混凝土結(jié)構(gòu)(上冊(cè))［M］.武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2001.