某深基坑支護設(shè)計方案實施過程中的優(yōu)化

杜文宇，郭 行

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第五地質(zhì)大隊，江蘇徐州 221004）

某深基坑支護設(shè)計方案實施過程中的優(yōu)化

杜文宇，郭 行

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第五地質(zhì)大隊，江蘇徐州 221004）

通過徐州錦繡大廈深基坑開挖過程中的變形情況，分析該工程基坑變形的根本原因，及時對設(shè)計方案進行了合理的優(yōu)化，有效地限制了基坑的變形，不僅保證了基坑周邊建筑物的安全，還節(jié)約了造價、方便了施工、縮短了工期。

深基坑;支護設(shè)計;基坑變形;方案優(yōu)化

0 前言

基坑工程的設(shè)計與施工，既要保證整個圍護結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全，又要控制結(jié)構(gòu)和其周圍土體的變形，以保證周圍環(huán)境的安全。要提高基坑工程的設(shè)計與施工水平，必須正確選擇土壓力計算方法和參數(shù)，選擇合理的圍護結(jié)構(gòu)體系，同時還要有豐富的設(shè)計和施工經(jīng)驗。如何適時、合理、靈活地運用不同類型的支護方案，是基坑支護設(shè)計者所必須掌握的一項重要技能。在基坑支護的設(shè)計和施工過程中，雖然會有很多預(yù)案和應(yīng)急措施，但對一些意外事件的處理，卻需要科學(xué)的態(tài)度和正確的決斷。徐州錦繡大廈深基坑支護設(shè)計方案實施過程中，及時科學(xué)地調(diào)整支護方案，確保施工和周圍環(huán)境安全，其經(jīng)驗可供類似工程參考借鑒。

1 工程概況

錦繡大廈位于徐州市區(qū)中心，地處交通要道，位置優(yōu)越，交通便利。本工程主樓高35層，設(shè)2層地下室。主樓采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)采用樁基。設(shè)計基坑開挖至-8.65 m。根據(jù)場地情況，本次基坑開挖最深為8.15 m，最淺為5.65 m。

北側(cè)為新建設(shè)大廈，距支護邊界距離僅為2.60 m，其地基為粉噴樁復(fù)合地基;基坑?xùn)|側(cè)距主干道路牙石5 m，人行道下1 m位置有主供水管道及通信電力電纜;南側(cè)約9 m處為商業(yè)廣場，該廣場的基坑開挖深度為12 m，混凝土灌注樁基礎(chǔ);西側(cè)約2 m處為一居民小路，路寬約5 m。平面關(guān)系見圖1。

圖1 工程環(huán)境關(guān)系圖

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

建筑場地地貌單元屬黃泛沖洪積形成的河漫灘，場地土層上部以沖洪積為主。基坑支護影響范圍內(nèi)的地基土自上而下依次為:

①雜填土，以碎磚瓦石塊、爐灰渣、生活垃圾為主，平均厚度1.76 m;

②粉質(zhì)粘土，黃色，可塑，飽和，夾粉土薄層，土質(zhì)不均，平均厚度為4.09 m;

③粉質(zhì)粘土，灰～灰黑色，軟塑～可塑，飽和，夾粉土薄層，局部含少量碎磚瓦塊，平均厚度為5.27 m;

④粘土，灰黃～灰黑色，可塑，飽和，夾粉土薄層，局部含少量碎磚瓦塊，厚度相差較大，平均厚度為3.49 m;

⑤粉質(zhì)粘土，灰～灰褐色，局部為灰綠色，可塑，飽和，夾粉土薄層，局部含少量碎磚瓦塊，土質(zhì)不均，該層在場區(qū)內(nèi)均有分布，平均厚度為4.88 m。

各層土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

表1 場區(qū)土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

場區(qū)地下水主要是第四系孔隙潛水，水位埋深2 m左右?，F(xiàn)場地下水受環(huán)境因素影響很大，主要受大氣降水、水管道滲漏和生活用水滲入所致。

3 基坑支護原設(shè)計方案

考慮到周邊環(huán)境對支護結(jié)構(gòu)變形的要求，以及空間的限制，將設(shè)計重點放在了北側(cè)新建設(shè)大廈及主干道一側(cè)。根據(jù)提供資料，新建設(shè)大廈側(cè)采用復(fù)合地基，本基坑設(shè)計時，按天然地基進行考慮，基坑附加荷載取值為225 kPa。通過深基坑軟件進行設(shè)計計算，除基坑?xùn)|南角為排樁+一層鋼筋混凝土斜撐、AB段采用排樁+2層混凝土角撐支護結(jié)構(gòu)外，其它部位采用懸臂式排樁支護結(jié)構(gòu)，樁徑800 mm，樁間距1000 mm。整個基坑采用高壓旋噴樁進行止水和坑內(nèi)管井降水?；又ёo平面結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 基坑支護平面示意圖

AB段是設(shè)計重點，采用排樁+2層混凝土角撐支護結(jié)構(gòu)，支撐水平間距為10000 mm，設(shè)計排樁樁徑為800 mm，樁間距1000 mm，樁頂標(biāo)高-3.000 m，基坑挖深6.15 m，排樁嵌固深度12 m，樁身配筋主筋為 1425，箍筋為8@150，加強筋為14@2000。支撐梁截面規(guī)格為800 mm（高）×600 mm（寬），配筋為2 ×625+2 ×220，箍筋為8@200四肢;聯(lián)系梁截面規(guī)格為600 mm（高）×300 mm（寬），配筋為2×420+2×214。立柱樁樁徑 800 mm，基坑底面以上采用鋼管，鋼管插入立柱樁內(nèi)2000 mm，基坑底面以下樁長為8 m。支護樁樁頂設(shè)圈梁一道，截面規(guī)格為800 mm（高）×1200 mm（寬），配筋為2 ×822+2 ×222，箍筋為8@200六肢?；炷翉姸鹊燃塁30。AB段剖面圖見圖3。

圖3 AB段剖面圖

4 施工中的問題及解決措施

基坑支護方案經(jīng)專家評審?fù)ㄟ^后，隨即付諸實施。在基坑上部支護結(jié)構(gòu)完成后，準(zhǔn)備土方開挖，此時相關(guān)人員提供的臨近新建設(shè)大廈沉降監(jiān)測資料顯示，其大廈沉降目前還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，沉降速度未達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，甚至個別點的沉降速率遠大于規(guī)定的穩(wěn)定速率的要求，位于基坑一側(cè)的2個沉降點沉降速率也偏大。

根據(jù)相關(guān)資料，經(jīng)分析，新建大廈處地基為粉噴樁復(fù)合地基，基礎(chǔ)為整板基礎(chǔ)，地基設(shè)計最大承受荷載為160 kPa，目前已使用140 kPa;根據(jù)最后一期監(jiān)測資料，該樓沉降仍沒有收斂趨勢;另外，根據(jù)地基檢測資料，靠近基坑一側(cè)地基處理也不太理想（下部有老基礎(chǔ)，粉噴樁成樁困難）。監(jiān)測報告也提出目前該大廈的穩(wěn)定性無法預(yù)測，因此，該段基坑開挖后的變形要求亦將比一般規(guī)定更加嚴(yán)格。

為了確保本基坑開挖不會影響到新建設(shè)大廈的安全，建設(shè)方組織設(shè)計方及相關(guān)專家對本基坑工程方案進行商討，從多方面進行分析研究后，一致認(rèn)為，現(xiàn)有支護方案符合規(guī)范要求，支護體系可以保證基坑本身的穩(wěn)定性，同時在保證支撐體系剛度和止水帷幕的防水效果的前提下，嚴(yán)格控制變形，該基坑可以繼續(xù)下一步的施工，不會對新建設(shè)大廈的穩(wěn)定與安全造成不良影響;另外還提出了“考慮到施工誤差、圈梁和角撐的變形及混凝土蠕變引起的內(nèi)支撐體系剛度的降低，從而使得支護結(jié)構(gòu)的水平位移增大，在施工中應(yīng)進一步采取增強措施，保證現(xiàn)有支撐剛度，另外宜采取主動支撐措施，嚴(yán)格控制支撐結(jié)構(gòu)的水平位移”等相關(guān)建議和要求。

5 基坑支護設(shè)計方案優(yōu)化

根據(jù)專家意見，同時結(jié)合現(xiàn)場情況，對AB段基坑支護方案做了優(yōu)化。

（1）AB段基坑開挖時，應(yīng)分層開挖，短挖短支、及時支護的原則:新建設(shè)大廈處每層開挖厚度不超過1.5 m，應(yīng)力釋放不少于3天;開挖時，先開挖后澆帶以南（離北部支護樁約11 m位置）主樓部分土體，后澆帶北側(cè)大廈處土體保留，根據(jù)施工情況，可保留土體南北寬度8 m左右，角撐及斜撐做好后再開挖保留部分土體。

（2）第二道支撐的優(yōu)化:將第二層支撐由鋼筋混凝土支撐改為鋼結(jié)構(gòu)支撐，鋼支撐為610 mm、厚12 mm的鋼管。根據(jù)計算，每根混凝土支撐梁用2根鋼管取代，分別架設(shè)在立柱的兩側(cè)，兩根鋼管間用角鋼焊接相連，采用雙管支撐，極大地提高了鋼支撐的整體剛度和穩(wěn)定性。

2層腰梁采用鋼結(jié)構(gòu)，AB段北側(cè)采用3層H400×400×21×13型鋼，AB段東側(cè)采用2層H400×400×21×13型鋼。

（3）基坑底部設(shè)置主動式鋼結(jié)構(gòu)斜撐:AB段北側(cè)設(shè)置主動式鋼結(jié)構(gòu)斜撐，斜撐采用610 mm、厚12 mm的鋼管，頂部頂在AB段北側(cè)最下層型鋼，底部支撐在主樓底板處后澆帶附近。

（4）支撐預(yù)加壓力不宜過大，將預(yù)應(yīng)支撐力控制在設(shè)計值的0.4～0.6倍，以防止造成支護樁傾倒、上拔或止水帷幕破裂。預(yù)應(yīng)壓力在活動頭處施加。

（5）基坑原設(shè)計坑頂標(biāo)高-0.150 m，坑底標(biāo)高-8.650 m，開挖深度8.5 m，設(shè)計優(yōu)化后，卸載基坑頂部土體至樁頂冠梁處（即標(biāo)高為-3.000 m），開挖深度變?yōu)?.65 m，比原設(shè)計減少了2.85 m，土壓力及土體位移比原設(shè)計有明顯的改善。詳見圖4。

6 實施效果

方案重新實施之前，相關(guān)單位制定了詳細(xì)的施工方案、監(jiān)測方案、各項應(yīng)急措施等，要求施工中嚴(yán)格按編制的方案進行實施，及時監(jiān)測，及時分析，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，做到信息化施工。

本項目鋼支撐選擇了一家專業(yè)公司前來實施。鋼支撐架設(shè)好后，即對鋼管施加預(yù)應(yīng)力，在施加預(yù)應(yīng)力后第二天，通過對鋼管軸應(yīng)力監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失較為嚴(yán)重，損失率高達60%，分析原因，一部分為鋼管自身變形造成的損失，一部分為端部不平整造成的損失，因此，及時補充預(yù)應(yīng)力非常重要，補充2次后，預(yù)應(yīng)力才穩(wěn)定下來。

施工中，通過對鋼管的軸力及基坑變形情況監(jiān)測，多次增加了鋼管應(yīng)力，減小和抑制了基坑的變形，取得了很好的效果。通過信息化施工，監(jiān)測方和施工方密切配合，基坑方案在實施過程中未出現(xiàn)明顯異常情況。根據(jù)基坑監(jiān)測資料，通過平時對鋼支撐預(yù)應(yīng)力的控制，AB段水平位移最大為8 mm，達到了前期設(shè)定目標(biāo);根據(jù)新建設(shè)大廈的監(jiān)測資料，基坑在開挖完成至地下室施工完畢基坑回填的整個過程中，其變形未出現(xiàn)明顯拐點。

優(yōu)化后的鋼支撐和原混凝土支撐在施工中相比，由于鋼管安裝和拆除非常方便，鋼支撐的架設(shè)和拆除速度較快，在支撐預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定后就可進行下一步土方開挖，因此，也進一步縮短了工期。就本工程而言，節(jié)約工期達20天;另外，鋼支撐在使用過程中，材料耗量較小，并且可重復(fù)利用，也體現(xiàn)出了節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢。

7 結(jié)論

（1）基坑方案設(shè)計，在充分考慮地質(zhì)條件和建筑設(shè)計方案的前提下，對臨近建筑物的地基和基礎(chǔ)形式、管線埋深和其材料種類等周邊環(huán)境的不利影響，并做好應(yīng)急預(yù)案。

（2）在預(yù)判不及的突發(fā)事件發(fā)生時，應(yīng)沉著及時地提出科學(xué)合理的應(yīng)對措施，必要時，應(yīng)組織專家對設(shè)計方案進行主動優(yōu)化。

（3）施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計方案和施工順序施工，做到信息化管理，確保基坑支護質(zhì)量。

（4）經(jīng)過計算，同等條件下采用混凝土支撐，計算位移量將達到近23 mm，而采用預(yù)應(yīng)力鋼支撐，通過控制，實際水平位移最大僅為8 mm，可見方案的優(yōu)化對控制基坑變形是非常有效的。

圖4 設(shè)計優(yōu)化前后工況對比圖

（5）預(yù)應(yīng)力鋼支撐不僅安裝、拆除方便，效率高，體現(xiàn)節(jié)約和環(huán)保的要求，而且最大限度地節(jié)約了工期，減少基坑暴露時間，進而提高了基坑的安全性。支撐量越大，越能反應(yīng)出鋼支撐以上的優(yōu)勢。

［1］ JGJ 120-99，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］ GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］ 王珊.基坑工程新技術(shù)手冊（第一版）［M］.北京:中國現(xiàn)代工程技術(shù)出版社，2007.

［4］ 龔曉南.地基處理手冊（第三版）［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］ 劉正峰.地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)實用手冊（第一版）［M］.北京:海潮出版社，2000.

［6］ 唐業(yè)清，等.基坑工程事故分析與處理［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

Optimization in Design Scheme Implementation Process of a Deep Foundation Pit Supporting

/DU Weng-yu，GUO Hang（No.5 Geology Team of Jiangsu Geology ＆ Mineral Exploration Bureau，Xuzhou Jiangsu 221004，China）

According to the deformation in a deep foundation pit excavation process，analysis was made on the basic cause of engineering foundation pit deformation;the reasonable optimizations were timely implemented on the original design scheme with effective limits to the deformation of foundation pit with the safety ensuring on surrounding buildings of the foundation pit，cost saving，convenient construction and short construction period.

deep foundation pit;supporting design;foundation pit deformation;scheme optimization

TU473.2

A

1672-7428（2012）07-0067-04

2012-02-16;

2012-05-27

杜文宇（1977-），男（漢族），江蘇銅山人，江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第五地質(zhì)大隊工程師，土木工程專業(yè)，從事巖土工程設(shè)計與技術(shù)管理工作，江蘇省徐州市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)金水路9號，549429426@qq.com。