结合工程实例探讨深基坑支护设计

　　摘要：本文笔者结合某工程实例着重探讨了深基坑工程互有影响情况下的设计思路，在现有计算软件的基础上通过合理建模，综合考虑边坡支护和深基坑设计，使之符合实际工程情况，保证工程安全，也可为今后类似工程借鉴。

　　关键词:深基坑;深基坑设计;支护类型;支护设计

　　伴随着城市建设的快速发展，深基坑工程是一门新的实践工程学，如何取得一种在经济上合理、技术上可行的支护类型是深基坑支护技术的关键，支护结构必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程要求,深基坑的护壁,不仅要求保证基坑内正常作业安全，而且要防止基坑及坑外土体移动，保证基坑边坡稳定、基坑附近建筑(构)物、道路、地下设施的安全。本文从深基坑支护的必要性出发，探讨了支挡结构的几种类型及其适用条件。结合工程实例，指出应用朗肯理论计算主动土压力和被动土压力的条件。分析选择符合工程实际的主动土压力和被动土压力的计算方法是支挡结构设计的关键。并就深基坑支护类型选择、深基坑支护土压力的计算、护坡桩的设计、土层锚定设计等几个方面探讨如何做好建筑工程施工中深基坑支护的问题。

　　1工程概况

　　该工程用地面积为38520m2，建筑面积约为21万m2，分期开发。场地全部处在已征地红线范围内，现场场地东、西面开阔，周边无建(构)筑物。拟建房屋基础形式为人工挖孔桩，直径1m，嵌入微风化基岩长度大于1m。首期工程主要针对拟建场地范围内A栋与B栋楼的两层地下室基坑，以及场地北、东、南三面的山体护坡进行支护设计。其中基坑南面(局部)和北面与山体护坡相连，基坑边线距离削坡坡脚为4.5m。基坑平面尺寸约为160×120m，大体呈凸矩形。现状地面标高56.4～59m(考虑场地整平和边坡开挖)，地下室底板顶面标高为49.9m，底板厚度0.4m，垫层100mm，基坑设计深度 7～9.6m;现状山体高程57.1～105.8m，边坡高度3.8～24m。现场总平面图见图1。

　　图1场地总平面布置图

　　2深基坑支护的类型

　　深基坑支护工程是一种特殊的工程构筑物，它具有复杂性、可变性和临时性的特点。无论采用何种支护结构，对支护结构必须针对其受力特点进行详细的分析计算，并采取合理的设计构造措施以保证支护结构的强度、整体稳定满足要求，做到结构安全可靠、经济合理。支护结构包括挡墙和支撑(土锚)两部分，支护型式可分为支挡型支护和加固型支护两大类。

　　2.1支挡型支护

　　支挡型支护目前常用的有钢板桩支护、挡土灌注桩支护、地下连续墙支护、带有内支撑桩排支护等几种形式,而这些支护系统中,往往辅以止水防渗、支撑拉锚、降水排水、挖土卸载等技术措施,使支护方案达到最优效果.

　　基坑实际开挖深度如在7m以内,周边场地受限不能放坡时，可选用悬臂桩支挡形式。桩长根据地质情况正确进行土压力计算后,确定深入坑底深度,并辅以搅拌桩止水,在坑顶处沿基坑排桩顶部设置压顶梁锁口,以加强排桩围护结构的整体性和刚度,增加桩身的抗弯强度。

　　2.2加固型支护

　　加固型支护多采用深层水泥搅拌桩,既可挡土又可形成隔水帷幕,目前已有用于8m深的基坑,它特别适用于软土场地,深层水泥搅拌桩挡墙,按重力式挡土墙设计,要验算基坑滑动稳定性、抗倾覆稳定性和墙身应力等。

　　应根据地质资料,通过计算挡土墙在基坑侧壁土压力作用下，满足抗倾覆、抗隆起、抗滑移和基坑整体稳定性来确定挡土墙宽度和插入深度。对于8m左右深的基坑可采用4~6排水泥搅拌桩,排列一起并互相搭接，形成具有较大厚度的重力式挡土墙。为了克服搅拌桩抗弯刚度小的弱点,可在桩内插筋,以提高桩体的抗弯、抗剪性能和整体刚度。水泥搅拌桩水泥参量一般为15%左右，水泥搅拌桩具有施工工期较短,既可挡土,亦可防水,而且造价较为低廉。

　　综上所述,支护结构的选型,涉及技术因素和经济因素。要从满足工程要求,减少对周围的不利影响，施工方便，工期短，经济效益好等方面考虑，做到结构安全可靠，方案可行,经济合理，经过技术经济比较后加以确定，而且支护结构选型要与地下水位降低、挖方方案等配套研究确定,并应做好施工过程中的监测工作, 保证基坑(边坡)稳定，确保施工安全、基坑附近建筑(构)物、道路、地下设施的安全。

　　3边坡、基坑设计方案

　　3.1方案思路

　　基坑周边无既有建筑，据资料显示周边无管线。另根据地质勘察资料，本场地范围主要为素填土、粘性土，无淤泥和砂层，场地东、西面开阔空旷，具放坡条件。故在东、西侧及南侧部分地段考虑采用土钉墙支护，在北侧及南侧(局部)由于距离山体开挖边坡距离较近(约为4.5m)，从整体支护分析，采用机械冲孔灌注桩加锚索的支护方式，桩顶采用冠梁连接，并在填土层设置φ550@400搅拌桩止水帷幕。

　　边坡为永久结构，安全等级为一级，综合考虑地形地貌、地质条件后决定采用混凝土框梁格(植草)+锚杆支护形式，坡底采用2m高的浆砌毛石挡墙以体现整体的美观。

　　3.2对地下水的处理

　　场区地表存在较厚填土层，有一定的渗水性，主要由大气降水和地表散水补给。土钉墙范围采用泄水孔泄水方案，桩锚地段设计采用φ550单排搅拌桩，相邻桩之间搭接150mm，形成封闭抗渗帷幕，并在山体边坡的平台上设置截水沟以拦截土体上方的来水。搅拌桩浆液为水泥浆，采用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5～0.6。桩长依地层、基坑深度变化且以进入不透水层不小于0.50m为宜，应在围护桩施工前做好。基坑底部采用集水井收集、抽排积水，基坑开挖到底后及时浇筑砼垫层。为避免坑顶地表水沿土层裂隙渗入地下，增加基坑侧壁的土压力，基坑四周地面应进行硬化处理，处理方法采用8cm厚C15混凝土覆盖上部土体。

　　3.3结构计算

　　设计在结构计算时采用保守的计算参数，侧压力对填土层采用水土分算，粘性土采用水土合算，土压力计算采用朗肯土压力理论，并根据不同的开挖深度和地层条件分段计算，采用增量法模拟施工各个工况，其中重点是北侧及南侧(局部)基坑结合山体边坡的整体计算。

　　整体计算中首先需要对地质资料进行详细分析研究，了解边坡范围内的岩土层分布情况以及结构面的走向分布规律，建立符合实际情况的计算模型。本工程实例基坑采用φ800@1200的机械冲孔灌注桩+三道预应力锚索进行支护，锚索采用两桩一锚，水平间距2.4m，入射角度25度。基坑与边坡之间的平台考虑20KPa的超载，高边坡的削坡部分作为基坑的上部放坡段考虑，边坡的锚杆等支护措施作为安全储备，计算时不予考虑，除此之外，上部土体自重折算为超载后输入。计算模型见图2。

　　图2整体计算模型

　　各岩土层支护设计参数主要依据勘察报告中的土工实验统计表(详见表1)，并参照行业标准《建筑基坑支护技术规程》[1]。基坑及边坡总高度为 24.4m，其中下部基坑深度9.6m，围护桩嵌固深度3m。计算结果为：围护桩最大弯矩为361KN.m(标准值)，桩身最大水平位移为15mm，桩背地面最大沉降量为20mm，三道锚索内力设计值分别为233KN、261KN、221KN，均采用2s15.2预应力钢绞线，长度分别为17m、15m、 12m。支护结构整体稳定安全系数Ks=1.39，抗倾覆稳定性安全系数Ks=2.54,均满足规范要求。

　　表1各岩土层设计参数

　　通过计算分析表明，本设计考虑基坑与边坡的整体作用而采用桩锚支护体系是可行的，可以满足上部边坡传递的侧土压力，通过深层滑裂面搜索分析，整个支护体系也是稳定的，各项安全系数均满足规范要求。

　　4结论及建议

　　对以上工程设计实例，总结出一些经验以及其他还需要注意的地方，以供参考：对于基坑和边坡相连的工程，采用本文所述的整体计算、模型建立方法是安全可靠的，相对来讲还有一定的安全储备。

　　地下水在岩土工程中的影响要充分重视，整个工程的排水系统需认真做好，对于边坡和基坑的截、排水沟尺寸、流向则需经过汇水面积的计算以及整体小区的规划最终确定，以保证水能顺畅的排走，保证工程安全。

　　如果岩土层软弱结构面平行于边坡面，则边坡设计时尚需采用折段线等方法复核边坡的受力以及变形，确保安全。

　　本工程施工中的监测资料显示，整体支护体系处于稳定状态，内力、位移等参数趋于收敛，这说明设计思路和计算方法是正确、稳妥的，可以为今后的类似工程起到良好的借鉴作用。

　　参考文献：

　　[1]《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)中国建筑工业出版社1999年5月。 

《结合工程实例探讨深基坑支护设计》

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