对深基坑支护技术问题的探讨

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
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　　摘要：基坑开挖深度越来越深，开挖环境日益复杂，深基坑开挖与支护不当，极易引起群死群伤，设计及施工人员经常遇到新的问题及新的挑战。本文结合工程实例，对深基坑支护技术问题进行论述。

　　关键词：基坑工程;排桩;施工技术

　　工程概况：

　　该高层商住楼地上26层，地下2层，总建筑面积23403m2。其中地下室建筑面积3000m2，采用框架一剪力墙结构。室外地面设计绝对标高为25m，结构±0.000=25.300m，基础标高及开挖深度见表1。

　　表l基础标高及开挖深度表

　　地下结构名称相对±0.000标高/m 自然地面下深度/m 绝对标高/m

　　地下室底板面 -8.100 7.700 17.200

　　-8.400 8.000 16.900

　　周边承台垫层底 -9.400 9.000 15.900

　　-10.500 10.100 14.800

　　最大开挖深度电梯井 -11.100 10.700 14.200

　　一、基坑特点

　　(1)基坑周边场地狭窄，既有围墙、建筑物距地下室外墙仅6～10m。

　　(2)基坑平面基本呈方形，平面尺寸40m×44m，基坑开挖深度大，普遍挖深9.00～10.10m。

　　(3)本场地在(1—2)层塘泥层底及(2—1)、(2—2)局部夹有粉土、粉砂薄层。该层饱水，易形成涌水流沙。西侧围墙外供水和下水设施长期漏水。

　　(4)基坑底部大部分均在(2—5)层粘土层中，该层强度高，对承压水控制有利;但中间电梯井及东北角已开挖到(2—6)层淤泥质土夹粉土。该层为夹层，为承压含水层的过渡层，深井降水对其有一定影响。但也易引起基坑侧壁流水流土，因此承压水控制也是影响基坑安全的重要一环。

　　二、基坑支护方案选择

　　本基坑为狭窄场地的较深基坑，为保证基坑顺利开挖和保护周边环境不受影响，须严格控制基坑变形，要求支护结构具有一定刚度。

　　(1)悬臂桩支护结构虽具有不影响坑内土方开挖和结构施工的优点，但本工程开挖深度较大，悬臂桩支护结构要求插入深度大，配筋多，变形大，无法满足基坑安全要求。

　　(2)为控制排桩结构变形，可采用排桩+锚杆方案。桩锚支护工艺成熟，经济可靠，能有效控制结构变形，但本基坑工程西侧及南侧9层楼均为桩基，锚杆无法穿越;且地下室外墙距用地红线仅6～12m。锚杆将穿出红线外。根据该市的规定，不允许锚杆穿过用地红线，因此不能采用。

　　(3)地下连续墙既可作为上部建筑物地下室外墙，亦可兼作基坑开挖时挡土、截水、防渗等临时性防护结构;但造价昂贵，因此不推荐采用。

　　(4)排桩+内支撑支护结构是控制边坡侧向变位最有效的手段之一。本基坑平面规则.使用该支护结构是十分理想的选择。内支护结构平面刚度大。结构变形小，可有效保护基坑周边建筑物和地下管线安全。根据基坑的平面尺寸，可采用钢筋混凝土支撑或型钢支撑。钢筋混凝土支撑受力条件好，节点处理简单方便，可靠性好，造价低，基坑安全性高;型钢内支撑安拆方便，施工周期短。

　　三、支护结构设计

　　3.1支护桩设计

　　支护桩各段设计参数见表2。

　　表2支护桩各段设计参数

　　边坡计算桩长/m(含锁口梁) 有效桩长/m 桩径/mm 桩间距/m 主筋

　　东侧AB段 15 14.4 900 1.2 18Φ25

　　东北侧BC段 17 16.4 1000 1.2 22Φ25

　　北侧CD段 15 14.4 900 1.2 18Φ25

　　西北侧DE段 15 14.4 900 1.2 16Φ25

　　西南侧EF段 14 13.4 900 1.2 16Φ25

　　南侧FA段 15 14.4 900 1.2 16Φ25

　　支护桩有效桩顶标高为-3.400m，即嵌入锁口梁0.1m。主筋均匀布置，桩底端2.0m范围主筋减半。箍筋Φ8@200，加强筋16@2000，混凝土强度等级C30。

　　3.2桩顶喷锚支护设计

　　(1)南侧及东侧：桩顶边坡放坡开挖，第一级坡高1.5m，坡比1:1;其下土体在锁口梁施工时沿搅拌桩垂直开挖。中间设置1.0m宽平台。坡面采用挂网喷射混凝土。钢筋网采用Φ6.5@200×200，喷射混凝土为C20，喷射厚度10cm，加速凝剂1%。

　　(2)北侧及西侧：桩顶喷锚支护结构部分锚杆共两排：

　　第一排长6.0m。间距1500×1300(水平间距×垂直间距);

　　第二排长4.0m，间距1500×1000(水平间距×垂直间距)。

　　锚杆采用一次性锚管，材料为Ø48×3.5，机械引孔后打入。水泥土以上坡面(-0.400m~-9.000m)按1:0.5放坡，水泥土部分垂直开挖。钢筋网采用Φ6.5@200×200，喷射混凝土为C20，厚10cm，加速凝剂1%。

　　3.3水平支撑设计

　　钢筋混凝土内支撑主杆700mm×600mm(高×宽)，2222，箍筋Φ8@200，节点处局部Φ8@100，S筋Φ8@400。

　　辅杆400mm×400mm(高×宽)，主筋1022，箍筋Φ8@200，节点处局部Φ8@100，S筋Φ8@400。内支撑主、辅杆中心与梁冠中心同高。

　　BC段支撑加强，支撑主杆700mm×700mm(高×宽)，辅杆500mm×500mm(高×宽)，配筋不变。

　　计算时混凝土采用C30，施工时用C40混凝土浇筑，以便混凝土浇筑7d后可进行土方开挖。

　　3.4立柱结构设计

　　支撑下设置钢筋混凝土灌注桩与钢结构组合立柱。立柱桩下部采用直径为800mm的钻孔灌注桩，混凝土强度等级为C30，桩长16m。配筋：主筋1220Ⅱ级钢筋，箍筋Φ8@200，加强筋16@2000。立柱桩顶面标高-11.100m，底面标高-27.100m。

　　立柱桩上部采用470mm×470mm钢结构立柱。四肢采用┕125×10，缀板采用150×450×8(mm)，间距400mm。

　　3.5锁口梁

　　锁口梁截面尺寸700mm×1300mm(高×宽)，计算混凝土强度等级C30，施工时采用C40浇筑，7d后可进行土方开挖。锁口梁采用双面对称配筋，每侧主筋1022Ⅱ级螺纹钢筋，BC段局部主筋加强为1522Ⅱ级螺纹钢筋，加强筋422，箍筋Φ8@200(转角、角撑、支撑节点处局部箍筋加密为Φ8@100)，S筋Φ8@200。锁口梁顶面标高-2.800m，梁底标高-3.500m。基坑支护平面如图2所示。

　　图2深基坑支护平面及支护桩参数

　　四、降水设计

　　根据对场地水文地质条件分析，基坑侧壁存在上层滞水和承压水威胁。基坑开挖前须采取有效的侧壁止水措施，以隔断上层滞水渗入基坑的通道。下部承压水水头高，基坑开挖后存在承压水突涌的可能性，因此须对地下水进行处理以保障基坑开挖和地下室施工的顺利进行。

　　基坑南开挖深度相对较浅(8.7m)，基底在(2—5)层粘土上。该层强度高，对抵抗基底承压水突涌有利：但基坑中部和北侧基底巳揭露(2—6)层淤泥质土夹粉土。该层为承压含水层的过渡层，若承压水控制不好，将影响承台及地下室的正常施工。

　　该地区常用的地下水控制措施有五面隔渗、落底式竖向帷幕、深井降水及联合处理等几种。通过比较认为，本工程侧壁采用水泥土搅拌桩帷幕和深井降水对地面沉降相对较小，对周边环境影响也较小，故布井时重中部和北侧，轻南侧。南侧可采用微承压方式，以减少布井数量。

　　坑壁上部上层滞水采用喷射100mm厚C20混凝土对坡面作封闭处理，坡面按水平3m间距埋设排水管。沿基坑周边设置一排直径500@350mm水泥土搅拌桩止水。对基坑承压水采用深管井减压降水。通过计算，深降水井采用井深34m，管径300mm，井径800mm;观测井采用井深23m，管径108mm，井径250mm。

　　五、施工技术

　　5.1基坑施工顺序

　　测量放线→水泥土桩、支护桩、立柱桩、降水井施工→基坑降水→分两层开挖上部至深度3.5m的土方，喷锚支护→锁口梁、内支撑施工→土方开挖到基底，地下室施工→地下室B2、B1楼板施工并回填及换撑→逐步拆除支撑→基坑降水结束

　　(1)土方开挖施工时，必须先撑后挖。

　　(2)拆除支撑：在下列工作完成后可以逐步拆除钢筋混凝土内支撑：地下室一层楼板浇筑完毕并达到70%设计强度后;地下室二层楼板下四周坑边土回填、上部浇400mm厚素混凝土后，并在地下室一层楼板处加设传力带。

　　(3)先拆辅撑，后拆主撑。拆除时同步实施基坑监测，以确保边坡安全。基坑施工顺序如图3所示，桩顶喷射支护剖面如图4所示。

　　图3基坑施工顺序

　　图4桩顶喷锚支护剖面图

　　5.2土方开挖施工要求

　　(1)为确保支护体系施工质量，加快施工进度，要求土方开挖与锁口梁及钢筋混凝土支撑施工相互结合。

　　(2)土方开挖分三次进行。第一次土方开挖在支护桩、立柱桩、降水井、观测井和搅拌桩施工完毕养护一段时间后进行，开挖至标高-3.500m(喷锚支护边坡附近土层分两次开挖).然后施工锁口梁、支撑。第二次土方开挖至-7.400m;第三次开挖到基底，基础承台及连梁部分采取人工掏挖方式。

　　土方运输坡道暂安排在基坑北侧中部，从支撑体系中间铺临时运土车道。土方开挖总体平面流向为从南侧向北侧退挖。