某鐵路調(diào)度所深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

摘要：以廣州地區(qū)某鐵路調(diào)度所深基坑支護(hù)工程為背景，面對(duì)項(xiàng)目建設(shè)工期短，同時(shí)緊鄰既有建筑安全風(fēng)險(xiǎn)大的難點(diǎn)，通過(guò)組織對(duì)基坑支撐體系和支撐布置方案進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)施后縮短工期一個(gè)半月，同時(shí)節(jié)省工程投資約484萬(wàn)元，綜合效益顯著，可供類(lèi)似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：深基坑；設(shè)計(jì)；方案優(yōu)化

1.概述

廣州地區(qū)某新建鐵路調(diào)度所是鐵道部客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)重點(diǎn)工程，是今后全國(guó)區(qū)域性客運(yùn)專(zhuān)線調(diào)度指揮中樞，承擔(dān)區(qū)域內(nèi)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線運(yùn)營(yíng)調(diào)度任務(wù)。該項(xiàng)目基坑體型大，深度近17m，安全控制壓力大，同時(shí)工期要求非常緊，建設(shè)任務(wù)十分艱巨。為解決基坑施工周期長(zhǎng)的問(wèn)題，項(xiàng)目建設(shè)單位廣州鐵路（集團(tuán)）公司工程管理所邀請(qǐng)廣州華工大建筑技術(shù)咨詢有限公司聯(lián)合成立課題小組，結(jié)合雙方的建設(shè)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，專(zhuān)題開(kāi)展深基坑設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，提出合理可行的、可有效縮短施工周期的建議方案，經(jīng)設(shè)計(jì)單位予以采納實(shí)施，并成功在2009年8月底完成深基坑施工，相比縮短工期一個(gè)半月，基坑安全監(jiān)測(cè)穩(wěn)定，并節(jié)約了工程投資，綜合效益十分顯著。

2.工程概況

本工程位于廣州市越秀區(qū)中山一路廣州鐵路集團(tuán)公司大院內(nèi)。建筑東西向長(zhǎng)91m，南北向?qū)?1m，建筑主體高度56.0m，主體結(jié)構(gòu)八層，地上六層、地下二層，總建筑面積為49504㎡?；诱w呈矩形，東西長(zhǎng)約100.5m，南北寬約78m，坑深16.9m?；幽吓R規(guī)劃15m寬道路，規(guī)劃路南側(cè)為一排2至7層房屋；基坑北側(cè)17m位置為鐵通電訊大樓；基坑西側(cè)20m為6至15層住宅樓；基坑?xùn)|側(cè)7m為地上23層地下2層廣鐵集團(tuán)辦公主樓。

3.地質(zhì)概況

3.1 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌形態(tài)為珠江三角洲沖積平原的殘丘地帶，原始地貌為：場(chǎng)區(qū)西側(cè)為低矮殘丘，東側(cè)為沖積洼地。經(jīng)前期建設(shè)整平，現(xiàn)地形略顯西高東低的形態(tài)。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，場(chǎng)地地層按成因類(lèi)型自上而下分為：

（1）人工填土層，雜填土：雜色，稍濕～濕，松散，性質(zhì)不均勻，主要由碎磚塊、磚渣、碎石、粘性土組成。平均厚度2.70 m。

（2）沖積層，粉質(zhì)粘土：淺黃色、灰白色，硬塑，含少量中砂。該層平均厚度為3.42m，層頂埋深0.50～4.00m。

（3）殘積層（Qel），粉質(zhì)粘土：褐紅色，硬塑為主，局部可塑，浸水易軟化，由下伏基巖風(fēng)化殘積而成，局部為粉土。該層分布較廣泛，厚度平均為7.86m，層頂埋深1.40～10.80m。

（4）基巖：場(chǎng)地基巖以白堊系上統(tǒng)大朗山組三元里段 （K2dl）泥鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖為主，局部為礫巖；據(jù)鉆探揭示巖層風(fēng)化程度可分為以下全風(fēng)化巖帶（厚度平均為6.28m）、強(qiáng)風(fēng)化巖帶（平均厚度為3.99m）、中風(fēng)化巖帶（平均厚度2.19m）、微風(fēng)化巖帶。

3.2 水文地質(zhì)

場(chǎng)地地基土中，填土層具中等～強(qiáng)透水性；沖積粉質(zhì)粘土、殘積粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化巖層均屬弱透水層，微風(fēng)化巖完整性較好，透水性弱；強(qiáng)～中風(fēng)化巖層裂隙較發(fā)育，透水性稍強(qiáng)。

4.設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

（1）依據(jù)《廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)定》（GJB02-98），本工程基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)γ0=1.1。

（2）在計(jì)算中考慮地面超載的影響，擋土墻區(qū)域地面超載為80kpa，其它區(qū)域?yàn)?0kpa。

（3）支撐系統(tǒng)中施工荷載為4KN/m。

（4）各土層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)建議值見(jiàn)表1。

5.原基坑設(shè)計(jì)方案情況及存在問(wèn)題分析

5.1 原基坑設(shè)計(jì)支護(hù)方案

依據(jù)廣東省和廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)的有關(guān)技術(shù)規(guī)范和規(guī)定，本基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)?；釉O(shè)計(jì)方案采用￠1200@1500人工挖孔灌注樁擋土，樁間采用護(hù)筒咬合方式進(jìn)行止水，基坑內(nèi)設(shè)置三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐。

原設(shè)計(jì)方案的施工工序依次如下： 場(chǎng)地平整、施工降水井、旋噴樁止水帷幕、施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)人工挖孔樁、施工中立柱、土方開(kāi)挖至第一道撐下500mm并破除地下車(chē)庫(kù)頂板及負(fù)一層側(cè)墻、施工第一道支撐、繼續(xù)開(kāi)挖土方及破除對(duì)應(yīng)高度現(xiàn)有地下車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)、并依次施工二、三道支撐、施工底板墊層及防水層、施工底板結(jié)構(gòu)、拆除第三道支撐，保留第二道支撐、采用逆作節(jié)點(diǎn)繼續(xù)向上施工地下室主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻、工程柱及中板、拆除第一道支撐、繼續(xù)向上施工主體結(jié)構(gòu)直至零層板、拆除第二道支撐 。

5.2 主要存在問(wèn)題分析

經(jīng)過(guò)復(fù)核分析，原設(shè)計(jì)方案是安全的，其最大缺點(diǎn)是施工周期長(zhǎng)。主要的制約因素是采用了三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐，造成施工過(guò)程挖土及出土困難，挖土及支撐施工分離、無(wú)法穿插施工，同時(shí)支撐拆除麻煩，從而影響整個(gè)地下工程的施工進(jìn)度。

施工單位按該設(shè)計(jì)方案編制施工組織設(shè)計(jì)，完成基坑支護(hù)（含土方開(kāi)挖）工程合理工期為九個(gè)月，采取趕工措施后仍至少需要七個(gè)月；按照2009年3月圍護(hù)樁先行開(kāi)工安排，到10月中旬方能完成基坑基底開(kāi)挖，余下兩個(gè)半月時(shí)間不可能完成主體結(jié)構(gòu)施工，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)鐵道上級(jí)主管部門(mén)部明確年內(nèi)完成主體施工的進(jìn)度要求。經(jīng)施工單位倒排工期，在采取趕工措施的前提下，至少要確保地下室等主體結(jié)構(gòu)工程有四個(gè)月施工周期，相應(yīng)基坑工程必須在2009年9月初完成、施工周期不得大于五個(gè)半月。

6.基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)方向研究

由于本工程位于市中心，基坑周邊均有建筑物，因此采用排樁支護(hù)是適宜的，采用鋼筋混凝土內(nèi)支撐可以有效控制基坑變形，并且第一道內(nèi)支撐的施工不占用關(guān)鍵工期。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路是保留第一道支撐，重點(diǎn)尋找可以替代第二、三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐并且施工周期短的結(jié)構(gòu)形式。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況并結(jié)合有關(guān)同類(lèi)項(xiàng)目的建設(shè)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們提出設(shè)置預(yù)應(yīng)力抗拔錨桿來(lái)代替第二、三道內(nèi)撐的思路，保留第一道內(nèi)撐構(gòu)成復(fù)合水平支撐的思路。目前國(guó)內(nèi)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中抗拔錨桿應(yīng)用已比較成熟，在廣州地區(qū)已有許多深基坑工程單錨桿拔力設(shè)計(jì)值達(dá)800KN～1100KN。

針對(duì)廣州調(diào)度所工程具體情況，建議保留原設(shè)計(jì)的最上面一道支撐，取消第二、三道支撐，在負(fù)一層設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力抗拔錨桿，在負(fù)二層設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力抗拔錨桿，形成“一撐三錨”的結(jié)構(gòu)體系，在合理選取設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)按“一撐三錨”的體系進(jìn)一步減少人工挖孔樁排樁最大彎矩，大幅度減少樁配筋并減少入巖深度。

6.2優(yōu)化方案技術(shù)可行性分析

為了證實(shí)建議方案的技術(shù)可行型，我們提出了一個(gè)“一撐三錨”試驗(yàn)方案：保留原設(shè)計(jì)的最上面一道支撐，取消第二、三道支撐，在挖深6.9m、10.9m、13.9m各設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力抗拔錨桿。我們委托華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院采用理正深基坑6.0計(jì)算軟件對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行了初步計(jì)算，計(jì)算第一道錨桿內(nèi)力設(shè)計(jì)值為636.66KN，第二道錨桿內(nèi)力設(shè)計(jì)值為762.85KN，第三道錨桿內(nèi)力設(shè)計(jì)值為633.54KN，圍護(hù)樁單樁縱筋配筋面積7490mm2。計(jì)算的結(jié)果初步表明，該方案是安全可行的。

6.3優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與原方案的比較

（1）施工周期比較

“一撐三錨”方案的施工工序?yàn)椋簣?chǎng)地平整、施工降水井、旋噴樁止水帷幕、施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)人工挖孔樁、施工中立柱、土方開(kāi)挖至第一道撐下500mm、施工第一道支撐，繼續(xù)開(kāi)挖土方至第一道抗拔錨桿下500mm，對(duì)抗拔錨桿施加預(yù)加力，再向下依次開(kāi)挖至第二道抗拔錨桿位置以下500mm，對(duì)抗拔錨桿施加預(yù)加力，再向下依次開(kāi)挖至第三道抗拔錨桿位置以下500mm，對(duì)抗拔錨桿施加預(yù)加力，開(kāi)挖至坑底后，轉(zhuǎn)入施作基礎(chǔ)底板及防水，繼續(xù)向上施做主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻和零層板結(jié)構(gòu)及防水并做好防水保護(hù)板，回填灰土至地面完成地下工程施工。

按該方案編制施工計(jì)劃，在優(yōu)化穿插施工組織后，施工周期可控制在五個(gè)半月，相比原方案施工周期至少一個(gè)半月，可保證主體結(jié)構(gòu)施工有四個(gè)月的施工周期，確保實(shí)現(xiàn)工程的進(jìn)度節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。

（2）工程造價(jià)對(duì)比

我們將優(yōu)化方案與原三道支撐方案分別編制施工預(yù)算進(jìn)行對(duì)比（施工預(yù)算僅編制進(jìn)行對(duì)比的圍護(hù)樁+基坑支撐部分），原設(shè)計(jì)方案施工預(yù)算為3438萬(wàn)元； “一撐三錨”方案的施工預(yù)算為2954萬(wàn)元，相比原設(shè)計(jì)方案可節(jié)約投資484萬(wàn)元；優(yōu)化方案經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

7.優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的實(shí)施情況

2009年3月，本工程基坑圍護(hù)樁先行開(kāi)工，4月初，建設(shè)單位邀請(qǐng)了廣州地區(qū)有關(guān)專(zhuān)家及項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位對(duì)“一撐三錨”優(yōu)化方案組織進(jìn)一步研討，認(rèn)為優(yōu)化方案是安全可行的，工期及經(jīng)濟(jì)預(yù)期效益明顯。設(shè)計(jì)單位采納了專(zhuān)家會(huì)議推薦意見(jiàn)，按照“一撐三錨”的思路修改完善施工圖設(shè)計(jì)，并通過(guò)了廣州市建委科技委的審查。2009年8月中旬，本工程完成基坑基底開(kāi)挖，相比原三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐方案的施工計(jì)劃提前一個(gè)半月，基坑位移、沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在控制范圍以內(nèi)，并在年底順利完成主體結(jié)構(gòu)施工，實(shí)現(xiàn)了確定的工期節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，得到了上級(jí)部門(mén)的表?yè)P(yáng)。（附本項(xiàng)目深基坑工程現(xiàn)場(chǎng)圖）

8.結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)以及現(xiàn)代城市建設(shè)快速發(fā)展，以及依靠工程技術(shù)的進(jìn)步，深基坑支護(hù)工程已十分普遍，但同時(shí)也面臨更高的要求：既要安全可靠、滿足周邊環(huán)境控制要求，又要造價(jià)經(jīng)濟(jì)，而且往往要求縮短工期。因此，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)這一課題引起了工程技術(shù)人員的廣泛重視。目前，廣州地區(qū)大于10m的深基坑支護(hù)工程一般采用復(fù)合支護(hù)體系，常見(jiàn)有“排樁（連續(xù)墻）+鋼筋混凝土（鋼桁架）內(nèi)支撐”以及“排樁（連續(xù)墻）+高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿”等復(fù)合體系，三種結(jié)構(gòu)型式以上的復(fù)合支護(hù)體系運(yùn)用較少。本項(xiàng)目深基坑工程具有體型大、緊鄰既有建筑安全風(fēng)險(xiǎn)高、工期要求短的難點(diǎn)，項(xiàng)目建設(shè)單位高度重視，通過(guò)科學(xué)分析，組織針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了“排樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐+三道錨桿”多復(fù)合支護(hù)體系的優(yōu)化方案，實(shí)施運(yùn)用效果良好，工期及造價(jià)效益顯著，對(duì)其他類(lèi)型工程具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]本工程施工組織設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)圖及有關(guān)設(shè)計(jì)資料

[2]《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》 （JGJ 120-99）

[3]《廣東省建筑基坑支護(hù)工程技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T15-20-97）

[4]《廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)定》（GJB02-98）

[5]《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》 （CECS 22：90）

作者簡(jiǎn)介

林威游，1976年5月出生，大學(xué)本科畢業(yè)，工程師，現(xiàn)在廣州鐵路（集團(tuán)）公司工程管理所從事工程技術(shù)管理工作，郵編：510060。