某深基坑支護(hù)體系方案選型設(shè)計(jì)分析

王翠英，鄧 超，湯 黎，鄧 芳

某深基坑支護(hù)體系方案選型設(shè)計(jì)分析

王翠英，鄧 超，湯 黎，鄧 芳

（湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430068）

通過(guò)對(duì)常州市軌道交通1號(hào)線一期工程控制中心基坑維護(hù)設(shè)計(jì)，結(jié)合該深基坑周圍附屬建筑物、構(gòu)筑物，道路，地下車站、管線、管網(wǎng)等工程簡(jiǎn)況，以及該地區(qū)土層分布和水文地質(zhì)等不同的環(huán)境條件，并結(jié)合鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力錨桿、鋼筋混凝土內(nèi)部支撐、深基坑降水等基坑支護(hù)理論，利用天漢軟件系統(tǒng)分析了多種支護(hù)方式的共同使用在深基坑支護(hù)體系中發(fā)揮的高效性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，由此探討此深基坑的支護(hù)方案。

深基坑；灌注樁；錨桿；支護(hù)體系

高層建筑對(duì)深基坑支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有著更為嚴(yán)格的要求。在深基坑的開挖施工過(guò)程中，不僅要嚴(yán)格控制基坑的變形，而且還要確保深基坑周圍建筑物、構(gòu)筑物以及地下水電管線不被損壞。此外，根據(jù)各個(gè)地區(qū)土質(zhì)及水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度不同，過(guò)去單一的基坑支護(hù)方案已很難滿足基坑周圍復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的要求。因此選擇的支護(hù)方案既要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，又要兼顧工程施工成本、工期的要求。

1 工程概況

1.1 基坑簡(jiǎn)況

常州市軌道交通工程控制中心地處和平中路以西，中吳大道以南，靠近軌道交通1號(hào)線所在的的茶山站。地鐵控制中心用地面積為16 000m2，地上建筑分為24層，高度為100m，裙房建筑部分分為8層，建筑面積61 000m2；地下室深度13.00m，分為兩層，建筑面積為40 000m2。基坑開挖面積為18000m2，基坑周長(zhǎng)為600m。

1.2 基坑周邊環(huán)境

本工程的基坑形狀大致呈長(zhǎng)方形。該基坑北側(cè)為地鐵1號(hào)線茶山站，使用的是樁基礎(chǔ)。北側(cè)沿基坑邊地下鋪設(shè)有給排水管道，供電管線，電信光塑管等管線，具體位置及埋深不明。東側(cè)為和平中路，沿路邊地下鋪設(shè)有給排水管道、電纜等管網(wǎng)設(shè)施，管道的具體位置及埋深不明，由總平面圖可知，東北側(cè)管線在基坑開挖范圍之內(nèi)。南側(cè)和西側(cè)為一般性建筑和住宅。基坑四周環(huán)境比較復(fù)雜，未能確知周邊建筑物基礎(chǔ)和管線具體位置。

圖1 基坑及周邊平面圖

1.3 基坑工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

1.3.1 工程地質(zhì)條件 工程地質(zhì)條件見表1。

1.3.2 場(chǎng)地地下水類型 主要分為上層滯水和承壓水。擬建場(chǎng)地基坑有關(guān)的地層有③2、⑤1、⑤2、⑤3、⑥1、⑥2、⑥3層，其中透水性較強(qiáng)的是⑤1、⑤2、⑤3層粉土、粉砂層，其余各土層為粘性土，透水性較弱。

2 支護(hù)方案的比選

在建筑工程領(lǐng)域，根據(jù)各地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜程度和支護(hù)的結(jié)構(gòu)原理，基坑支護(hù)方案種類多種多樣，結(jié)合常州基坑地質(zhì)勘探資料，進(jìn)行各種支護(hù)方案的比選［2］。

表1 地層特性表

表2 基坑有關(guān)的地層透水性

2.1 放坡支護(hù)方案

這種方案其比例為1∶1.0到1∶1.5之間，適用范圍：基坑四周比較開闊，周圍無(wú)建筑物或者建筑物距離較遠(yuǎn)，無(wú)地下管線。本工程開挖最深達(dá)13.40 m，若按此方案施工，則可能放坡到場(chǎng)地以外，沒有施工場(chǎng)地，放坡支護(hù)不適宜。

2.2 噴錨支護(hù)方案

這種方案多應(yīng)用于粘性土等邊坡，一般來(lái)說(shuō)支護(hù)深度小于6m，本工程基坑為超過(guò)13m的深基坑，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于6m，噴錨支護(hù)不適宜。

2.3 懸臂排樁方案

這種方案多應(yīng)用于懸臂高度不超過(guò)6m的基坑，當(dāng)基坑底部為軟弱土層時(shí)不宜采用。本工程基坑支護(hù)樁深度達(dá)20m，明顯超過(guò)6m，懸臂排樁不適宜。

2.4 型鋼水泥土攪拌樁方案

與其他支護(hù)方案相比，這種方案由于結(jié)構(gòu)剛度偏小，一般多用于深度在12m以內(nèi)的基坑，且型鋼可以回收利用，降低工程費(fèi)用。本工程基坑深度13.4m，基坑在開挖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的位移和沉降，由此容易引起攪拌樁的開裂導(dǎo)致滲漏，型鋼水泥土攪拌樁不適宜。

2.5 地下連續(xù)墻方案

這種方案止水效果好、剛度大，有效的避免了地下水的滲漏。且占用場(chǎng)地小，多適用于深度超過(guò)15 m的軟土基坑。不過(guò)地下連續(xù)墻造價(jià)高，對(duì)于外墻有很高的防滲要求，地下連續(xù)墻不適宜。

2.6 鉆孔灌注樁＋止水帷幕方案

這種方案多應(yīng)用于基坑開挖深度不超過(guò)15m的軟土地區(qū)。本基坑工程采用深井降水，不需要采用止水帷幕，此方案不適宜。

3 支護(hù)方案的選擇

結(jié)合本基坑工程的工程地質(zhì)條件和基坑特點(diǎn)，對(duì)于開挖深度不小于9m的基坑，相比之下，切實(shí)可行的支護(hù)方案為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁加預(yù)應(yīng)力錨桿或內(nèi)撐式支撐及雙排樁支護(hù)。這種復(fù)合式的支護(hù)方案是一種經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方案［3］。在一些較深的且形狀不規(guī)則的基坑中，內(nèi)支撐應(yīng)用相當(dāng)廣泛。此外，內(nèi)支撐能夠減小基坑的位移和內(nèi)力變形，增加基坑的整體穩(wěn)定性，對(duì)周邊環(huán)境影響較小。在基坑平面中，內(nèi)支撐可以更為靈活地布置，便于土方施工的開挖，縮短工期。因此通過(guò)設(shè)置內(nèi)支撐、錨桿等組成的支護(hù)體系，在很大程度上可提高基坑的穩(wěn)定性。

本基坑平面面積特大，形狀大致呈長(zhǎng)方形，東西方向跨度很長(zhǎng)，經(jīng)綜合比選決定對(duì)擬建場(chǎng)區(qū)采用如下的支護(hù)方式：BCDE長(zhǎng)度部分，EFGH長(zhǎng)度部分，HJ長(zhǎng)度部分采用灌注樁加內(nèi)支撐的支護(hù)形式，局部區(qū)域采用雙排鉆孔灌注樁；BAKJ長(zhǎng)度部分采用鉆孔灌注樁加錨桿的支護(hù)形式。

圖2 基坑支護(hù)平面圖

4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 采用《天漢系列軟件》2010彈性抗力法對(duì)樁錨

支護(hù)進(jìn)行計(jì)算

4.1.1 樁錨支護(hù)計(jì)算BAKJ長(zhǎng)度部分錨桿設(shè)計(jì) 第一排錨桿：錨頭標(biāo)高－4.30m，錨桿傾角15°，錨桿橫向間距1.4m。第二排錨桿：錨頭標(biāo)高－9.30m，錨桿傾角15°，錨桿橫向間距1.4m。

天漢軟件模擬得出如下受力分析圖見圖3－6。

圖5 彈性抗力法樁彎矩分析圖

圖6 彈性抗力法樁剪力分析圖

樁排結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，間距為1.4m、直徑為1m、樁長(zhǎng)為18.0m、嵌入深度為8.6m、滿足樁長(zhǎng)構(gòu)造要求。最大彎矩在樁頂向下15.2m處，為517kN· m，最大位移在樁頂向下6.7m處，為11mm。樁身彎矩設(shè)計(jì)值：（正工況）為843kN·m，撐錨力設(shè)計(jì)參數(shù)：錨桿1軸向拉力設(shè)值：（正工況）為158kN／根，錨桿2軸向拉力設(shè)計(jì)值：（正工況）為210kN／根。

4.1.2 天漢軟件樁大樣圖可知支護(hù)樁的構(gòu)造配筋主筋20根直徑22mm的HRB400級(jí)鋼筋，定位鋼筋直徑為16mm，間距為2000mm的HRB400，螺旋箍筋直徑為8mm，間距為200mm。

4.1.3 錨桿長(zhǎng)度計(jì)算與選定 A－B和K－J長(zhǎng)度部分第一層錨桿取22m，第二層錨桿取17m，采用7股直徑15.24mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，預(yù)應(yīng)力抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值γP為1320N／mm2。對(duì)鋼絞線錨桿張拉施工工藝控制系數(shù)γP取0.9。均采用2根直徑為25 mm的HRB400級(jí)鋼筋。A－K長(zhǎng)度部分第一層錨桿取17m，第二層錨桿取16m，采用7股直徑15.24 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，預(yù)應(yīng)力抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值A(chǔ)＝為 1320N／mm2。對(duì)鋼絞線錨桿張拉施工工藝控制系數(shù)mm2取0.9。均采用2根直徑為25mm的HRB400級(jí)鋼筋。

4.1.4 冠梁設(shè)計(jì)

1）樁頂設(shè)一道冠梁，混凝土冠梁寬1000mm，高600mm。頂標(biāo)高－4.0m混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C35。2）冠梁以上坡面及冠梁以下垂直開挖段均采用鋼筋掛網(wǎng)噴射混凝土，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20，厚度（80±20）mm，水泥采用32.5MPa水泥，m（水泥）∶m（砂）∶m（石子）＝1∶2∶1.5，粗骨料粒徑不大于15mm。鋼筋網(wǎng)規(guī)格為200mm×200mm（6.0 mm），土釘為22鋼筋，長(zhǎng)度為0.50～1.00m。

4.2 采用《天漢系列軟件》2010彈性抗力法對(duì)樁撐支護(hù)設(shè)計(jì)

4.2.1 支護(hù)樁設(shè)計(jì)

1）BCDE、EFGH、HJ長(zhǎng)度部分支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁：樁直徑為1000mm，支護(hù)樁中心距為1400mm，支護(hù)樁長(zhǎng)18m，布置基坑四周；混凝土強(qiáng)度為C35。

2）CD、FG長(zhǎng)度部分、B點(diǎn)、J點(diǎn)局部采用雙排鉆孔灌注樁，其中CD長(zhǎng)度部分局部增設(shè)10根鉆孔灌注樁，樁中心距為2800mm，前后排樁中心距為3000mm；FG長(zhǎng)度部分局部增設(shè)11根支護(hù)樁，樁中心距為2800mm，前后排樁中心距為3000mm；B點(diǎn)局部增設(shè)5根鉆孔灌注樁，樁中心距為2800mm，前后排樁中心距為3000mm；J點(diǎn)局部增設(shè)5根鉆孔灌注樁，樁中心距為2800mm，前后排樁中心距為3000mm；鉆孔灌注樁長(zhǎng)18m?；炷翉?qiáng)度為C35。

4.2.2 支護(hù)樁樁頂冠梁設(shè)計(jì) 為了增加支護(hù)樁的整體剛度，支護(hù)樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁：1000mm× 600mm。支護(hù)樁主筋插入冠梁內(nèi)500mm，混凝土強(qiáng)度為C35。見圖7。

圖7 支護(hù)樁大樣圖

4.2.3 內(nèi)支撐腰梁設(shè)計(jì) 支撐腰梁采用鋼筋混凝土梁：1400mm×1400mm；內(nèi)支撐主梁和次梁均為鋼筋混凝土梁，截面尺寸分別為：800mm×800mm，600mm×600mm，混凝土強(qiáng)度為C35。

4.2.4 內(nèi)支撐立柱 內(nèi)支撐立柱采用鋼立柱，為防止底板滲水，在底板與鋼立柱連接處設(shè)置止水帶。

4.3 地下水控制設(shè)計(jì)

本基坑工程承壓水含水層為⑤1、⑤2、⑤3層，粘土、砂質(zhì)粉土、粉砂層，根據(jù)工程勘察報(bào)告，本基坑承壓水位的標(biāo)高為1.8m，埋深3.1m，高出基坑底板10.0m。為了保證基坑底部穩(wěn)定，可根據(jù)基坑逐層開挖深度，布置降水井降低承壓水頭。

5 總結(jié)

掌握基坑場(chǎng)地地質(zhì)資料，在基坑開挖前，結(jié)合勘探資料，熟悉了解基坑周邊的環(huán)境，周圍的建筑物、構(gòu)筑物的分布及其結(jié)構(gòu)類型，并及時(shí)向市政、規(guī)劃等政府部門弄清基坑四周及地下水電管線的位置，埋深以及規(guī)劃等資料。結(jié)合基坑的地質(zhì)資料，對(duì)各種基坑支護(hù)方案進(jìn)行分析對(duì)比，并結(jié)合先進(jìn)的施工技術(shù)、施工工藝、材料等因素，確保支護(hù)安全的前提下，以簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)為原則［4］，確定基坑支護(hù)的最優(yōu)方案。

［1］ 劉偉賢.深基坑支護(hù)方案選型案例分析［J］.建筑安全，2011（2）：51－52.

［2］ 符新軍.淺談常州某深基坑支護(hù)方案選型［J］.山西建筑，2011，37（18）：39－40.

［3］ 王晨，孫正鵬.某深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選型分析［J］.科技信息，2011（20）：311－312.

［4］ 瞿鳴慧，李維濱.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案選型的應(yīng)用實(shí)例分析［J］.山西建筑，2007，33（28）：122－123.

A System of Deep Foundation Pit Supporting Scheme Selection

WANG Cuiying，DENG Chao，TANG Li，DENG Fang
（School of Civil Engineering，Architecture and Environment，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China）

Through the foundation pit maintenance design of of the control center of the Phase I project of the rail transit line 1of Changzhou City，combining with the deep foundation pit surrounding ancillary buildings，structures，roads，underground station，pipeline，pipeline engineering situation，and the region distribution and hydrogeologic different environmental conditions，and combining with the reinforced concrete pile，prestressed bolt，reinforced concrete internal support，deep foundation pit precipitation，such as foundation pit supporting theory，this paper uses the Tianhan software system to analyze efficiency，safety，and economy of the mutual－utilization of the multi－supporting methods in the deep foundation pit supporting system.The supporting scheme is to be discussed for deep foundation pit.

deep foundation pit；bored piles；anchor；supporting system

TU46

A

［責(zé)任編校：張巖芳］

1003－4684（2017）04－0097－04

2016－06－01

王翠英（1965－），女，內(nèi)蒙古包頭人，工學(xué)博士，湖北工業(yè)大學(xué)教授，研究方向?yàn)樯罨又ёo(hù)與深井降水