北京某商業大廈基坑支護設計

蔣濤 楊強 丁偉翠

0 引言

隨著城市化進程不斷加快，為充分利用有限的土地資源，城市中出現了很多有較深地下室的高層建筑，基坑開挖深度逐漸增加，尤其是沿海地區和各個大城市這樣的高層建筑密度較大，深基坑支護設計和施工成為城市建設的關鍵問題，同時又是巖土力學學科中比較復雜和困難的問題［1，2］。

為了保證工程實施安全，深基坑圍護不僅要保證基坑內正常作業，還要保證基坑附近建筑物和道路管線的安全［3］。擬建場地位于永定河洪(沖)積扇中下部地段，地形較略有起伏，地層屬于軟土地層，其本身的抗剪強度低、壓縮性大，工程地質條件較差，在這種軟土地基上進行支護工程設計時必須充分考慮軟土的工程特性和深基坑工程的復雜性，使設計的支護結構在安全的基礎上既經濟合理又方便施工。

1 工程概況

該工程位于北京市東城區，東鄰東二環路，二環路與本工程相距20 m以上，南鄰商業大廈A，與本基坑相距12 m，基坑西側為臨時性建筑，基坑北側西段緊鄰公寓A，北側東段緊鄰公寓B，與本基坑相距14 m(見圖1)。擬建筑由地上13層～25層(高度52 m～91.2 m)公寓式辦公樓、4層商業及餐飲(高度21 m)以及3層純地下車庫組成。地面高程在42.47 m～44.54 m，基坑長約105 m，寬約80 m～90 m，基坑開挖深度為16 m。基坑前期已經做好降水工作，支護設計不考慮降水的影響。

圖1 場地環境條件示意圖

2 場地的工程地質條件

場地地層按其沉積年代、成因類型以及巖性劃分為人工堆積層和第四紀沉積層兩大層。每大層中又按其巖性和土層物理力學性質劃分為若干個亞層，自上而下的分布情況如下:①粘質粉土、粉質粘土填土層，含房渣土、碎石填土、爐灰，層頂標高為42.5 m～44.5 m。②砂質粉土層，含粉砂、細砂、粘質粉土、重粉質粘土，層頂標高為34.2 m～40.2 m。③粘質粉土、粉質粘土層，含砂質粉土、重粉質粘土、粘土、粉砂、細砂，層頂標高為34.1 m～36.2 m。④細砂、中砂層，含粉砂層、細砂、砂質粉土、粘質粉土，層頂標高為29.7 m～32.6 m。⑤卵石、圓礫層，含中砂，層頂標高為27.2 m～28.9 m。⑥粘質粉土、粉質粘土層、重粉質粘土、粘質粉土、砂質粉土，層頂標高為23.5 m～25.5 m。⑦卵石、圓礫層，含細砂、粉砂，重粉質粘土、層頂標高為16.4 m～18.6 m。⑧粘土、重粉質粘土層，含粘質粉土、砂質粉土、粉質粘土，層頂標高為6.6 m～11.1 m。⑨卵石層，含中砂、細砂，層頂標高為5.1 m ～7.5 m。⑩粉質粘土層，層頂標高為－0.2 m～0.3 m。根據樣品試驗參數對土層進行重新歸納分層，所采用的物理力學參數見表1。

表1 土層參數表

3 基坑支護方案的選擇

基坑支護方案設計的原則是保證基坑安全，施工安全可行，技術最優化，滿足工期要求，維護臨近的建筑物安全與穩定，同時要造價合理。

基坑東側與東二環路相望，其相隔距離大于本基坑的開挖深度，基坑西側附近沒有其他建筑，僅有臨時住房、材料堆放和材料運輸道路，1—1剖面和2—2剖面上部荷載不大，該邊坡采用常規土釘墻噴錨支護分段放坡即可滿足支護要求;基坑南、北兩側均緊鄰高大建筑物，兩邊建筑物基坑均有一定深度，上部荷載相對較大，因此采用上部土釘墻和下部護坡樁相結合的支護體系性價比較高。

4 邊坡支護設計方案及施工效果

1)基坑東側1—1剖面和西側2—2剖面支護設計方案:該部位邊坡擬采用常規土釘墻噴錨支護，上部荷載為10 kPa，基坑深度為16 m，邊坡坡度按 1∶0.2 和 1∶0.7，兩端垂直高度分別為9.5 m 和6.5 m;土釘間距:橫方向為 1.5 m，縱方向為 1.5 m，共9排，長度分別為7 m，12 m，13 m，9 m，9 m，8 m，10 m，9 m，8 m，7 m，孔徑130 mm，傾角10°;孔中插入鋼筋為:第1排～第3排的錨桿用1φ24，第4排～第6排的錨桿用1φ28，第7排～第8排的錨桿用1φ32，第9排～第10排的錨桿用1φ34(見圖2)。面板為現場噴射混凝土而成，混凝土強度為C20，面板厚度為100 mm;中間掛φ6.5@200×200的鋼筋網，外配1φ20橫向加強筋與所有土釘頭用雙“L”形鋼筋焊接牢固，“L”形鋼筋采用Φ18。經計算基坑邊坡的總抗拔力穩定系數Kf=1.523＞1.5，土釘墻的穩定系數KN=1.613 ＞1.5，抗傾覆穩定系數 KQ=1.832 ＞1.5，內部穩定性系數:支護前 K前=0.860 ＜1.5 需要支護，支護后 K后=2.86 ＞1.5，所有穩定系數在支護后均滿足安全要求。

圖2 基坑1—1剖面和2—2剖面土釘墻支護示意圖

2)基坑東側3—3剖面和西側4—4剖面支護設計方案:地面以下3 m深度為土釘墻，邊坡坡度按1∶0.2設計;土釘間距:橫方向為1.5 m，縱方向為 1.5 m，共 1排，長度分別為 6 m。孔徑110 mm，傾角10°;孔中插入鋼筋為1Φ24，面板為現場噴射混凝土而成，混凝土強度為C20，面板厚度為80 mm，中間掛φ6.5@200×200的鋼筋網，外配1Φ20橫向加強筋與所有土釘頭用雙“L”形鋼筋焊接牢固，“L”形鋼筋采用Φ18，參照1—1剖面的計算結果和穩定性分析，可以得出此部分整體穩定性較好，無需進一步計算。地面以下3 m～20 m深度為護坡樁，采用鋼筋混凝土樁，樁徑φ800，樁距1.20 m;樁頂位于地面下 3.0 m，樁長為 17.0 m，嵌固深度為4 m;主筋配置為8Φ22，箍筋為 φ6.5@200，加勁筋為 φ14@2 000;樁身混凝土標號為C25;主筋保護層厚度為50 mm;樁身主筋錨入樁頂連梁400 mm，樁頂連梁為400 mm×800 mm，配筋主筋為6Φ20，箍筋φ6.5@200。第一道錨桿設置在連梁之上(地面下3.2 m)位置，一樁一錨，錨桿長度為14.0 m(其中非錨固段長度為5.0 m)，錨桿直徑150 mm，錨桿傾角為20°，錨索選用2束7φ5預應力鋼絞線，錨桿鎖定在連梁上。第二道錨桿設置于地面下9.0 m的位置，一樁一錨，錨桿長度為18.0 m(其中非錨固段長度為5.0 m)，錨桿直徑150 mm，錨桿傾角為20°，錨索選用3束7φ5預應力鋼絞線，錨桿鎖定在連梁上，混凝土標號為C20(見圖3)。經過計算地基承載力安全系數KS=2.81＞2.0，基坑底部土體抗隆起安全系數 K=2.8 ＞2.5，抗滲安全系數:KS=2.4 ＞2，圍護樁結構抗傾覆安全系數KQ=1.85＞1.5，第一道錨桿時的整體安全系數 f1=1.82 ＞1.5，第二道錨桿時的整體安全系數 f2=1.72 ＞1.5，整體圓弧滑動安全系數KZ=1.61＞1.5，以上安全指標均滿足基坑的安全要求，設計較合理。

從基坑開挖圍護結構的施工至地下鋼筋混凝土的施工結束歷時數月，由于設計合理，施工工程嚴格按照相關規范規程［4-6］，施工工藝比較先進，雖然局部出現了一些小問題，但從未出現坑底隆起，管涌，護坡樁及支撐的嚴重變形或折斷現象，說明基坑支護結構設計是合理的，施工方法安全可靠。

圖3 基坑3—3剖面和4—4剖面支護示意圖

5 結語

基坑支護結構設計應根據場地的地層情況以及周邊的環境條件，因地制宜的擇優選擇各個剖面的支護類型和支護方案，科學合理的進行基坑支護設計，同時要想取得支護全面的成功，在施工過程中要嚴格按照相關施工規范和混凝土施工規程進行施工，同時要全方位的考慮施工安全性和合理性。開挖前做好充分的準備，開挖和支護統籌規劃好，開挖一層支護一層，盡量減少基坑無支撐的暴露時間，同時還要加強基坑的監測管理，及時收集、整理反饋監測的數據，出現問題及時處理。本工程通過對支護結構選擇和支護方案合理設計，達到了安全經濟，合理有效的施工效果。

［1］ 龔曉南，高有潮.深基坑工程設計施工手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2001.

［2］ 楊 強.北京某商業中心基坑支護優化設計［J］.巖土工程界，2005，9(5):48-51.

［3］ 田高超，李維濱.軟土地基深基坑支護工程設計［J］.山西建筑，2007，33(8):111-112.

［4］ 黃 強.建筑基坑支護技術規程應用手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1999.

［5］ 中國建筑科學研究院.建筑基坑支護技術規程［M］.北京:中國建筑工業出版社，1999.

［6］ 吳培明.混凝土結構(上冊)［M］.武漢:武漢工業大學出版社，2001.