某深基坑支護設計方案實施過程中的優化

杜文宇，郭 行

（江蘇省地質礦產勘查局第五地質大隊，江蘇徐州 221004）

某深基坑支護設計方案實施過程中的優化

杜文宇，郭 行

（江蘇省地質礦產勘查局第五地質大隊，江蘇徐州 221004）

通過徐州錦繡大廈深基坑開挖過程中的變形情況，分析該工程基坑變形的根本原因，及時對設計方案進行了合理的優化，有效地限制了基坑的變形，不僅保證了基坑周邊建筑物的安全，還節約了造價、方便了施工、縮短了工期。

深基坑;支護設計;基坑變形;方案優化

0 前言

基坑工程的設計與施工，既要保證整個圍護結構在施工過程中的安全，又要控制結構和其周圍土體的變形，以保證周圍環境的安全。要提高基坑工程的設計與施工水平，必須正確選擇土壓力計算方法和參數，選擇合理的圍護結構體系，同時還要有豐富的設計和施工經驗。如何適時、合理、靈活地運用不同類型的支護方案，是基坑支護設計者所必須掌握的一項重要技能。在基坑支護的設計和施工過程中，雖然會有很多預案和應急措施，但對一些意外事件的處理，卻需要科學的態度和正確的決斷。徐州錦繡大廈深基坑支護設計方案實施過程中，及時科學地調整支護方案，確保施工和周圍環境安全，其經驗可供類似工程參考借鑒。

1 工程概況

錦繡大廈位于徐州市區中心，地處交通要道，位置優越，交通便利。本工程主樓高35層，設2層地下室。主樓采用框架剪力墻結構。基礎采用樁基。設計基坑開挖至-8.65 m。根據場地情況，本次基坑開挖最深為8.15 m，最淺為5.65 m。

北側為新建設大廈，距支護邊界距離僅為2.60 m，其地基為粉噴樁復合地基;基坑東側距主干道路牙石5 m，人行道下1 m位置有主供水管道及通信電力電纜;南側約9 m處為商業廣場，該廣場的基坑開挖深度為12 m，混凝土灌注樁基礎;西側約2 m處為一居民小路，路寬約5 m。平面關系見圖1。

圖1 工程環境關系圖

2 工程地質及水文地質條件

建筑場地地貌單元屬黃泛沖洪積形成的河漫灘，場地土層上部以沖洪積為主。基坑支護影響范圍內的地基土自上而下依次為:

①雜填土，以碎磚瓦石塊、爐灰渣、生活垃圾為主，平均厚度1.76 m;

②粉質粘土，黃色，可塑，飽和，夾粉土薄層，土質不均，平均厚度為4.09 m;

③粉質粘土，灰～灰黑色，軟塑～可塑，飽和，夾粉土薄層，局部含少量碎磚瓦塊，平均厚度為5.27 m;

④粘土，灰黃～灰黑色，可塑，飽和，夾粉土薄層，局部含少量碎磚瓦塊，厚度相差較大，平均厚度為3.49 m;

⑤粉質粘土，灰～灰褐色，局部為灰綠色，可塑，飽和，夾粉土薄層，局部含少量碎磚瓦塊，土質不均，該層在場區內均有分布，平均厚度為4.88 m。

各層土物理力學性質指標詳見表1。

表1 場區土層物理力學性質指標

場區地下水主要是第四系孔隙潛水，水位埋深2 m左右。現場地下水受環境因素影響很大，主要受大氣降水、水管道滲漏和生活用水滲入所致。

3 基坑支護原設計方案

考慮到周邊環境對支護結構變形的要求，以及空間的限制，將設計重點放在了北側新建設大廈及主干道一側。根據提供資料，新建設大廈側采用復合地基，本基坑設計時，按天然地基進行考慮，基坑附加荷載取值為225 kPa。通過深基坑軟件進行設計計算，除基坑東南角為排樁+一層鋼筋混凝土斜撐、AB段采用排樁+2層混凝土角撐支護結構外，其它部位采用懸臂式排樁支護結構，樁徑800 mm，樁間距1000 mm。整個基坑采用高壓旋噴樁進行止水和坑內管井降水。基坑支護平面結構示意圖見圖2。

圖2 基坑支護平面示意圖

AB段是設計重點，采用排樁+2層混凝土角撐支護結構，支撐水平間距為10000 mm，設計排樁樁徑為800 mm，樁間距1000 mm，樁頂標高-3.000 m，基坑挖深6.15 m，排樁嵌固深度12 m，樁身配筋主筋為 1425，箍筋為8@150，加強筋為14@2000。支撐梁截面規格為800 mm（高）×600 mm（寬），配筋為2 ×625+2 ×220，箍筋為8@200四肢;聯系梁截面規格為600 mm（高）×300 mm（寬），配筋為2×420+2×214。立柱樁樁徑 800 mm，基坑底面以上采用鋼管，鋼管插入立柱樁內2000 mm，基坑底面以下樁長為8 m。支護樁樁頂設圈梁一道，截面規格為800 mm（高）×1200 mm（寬），配筋為2 ×822+2 ×222，箍筋為8@200六肢。混凝土強度等級C30。AB段剖面圖見圖3。

圖3 AB段剖面圖

4 施工中的問題及解決措施

基坑支護方案經專家評審通過后，隨即付諸實施。在基坑上部支護結構完成后，準備土方開挖，此時相關人員提供的臨近新建設大廈沉降監測資料顯示，其大廈沉降目前還處于不穩定狀態，沉降速度未達到相關標準規定的要求，甚至個別點的沉降速率遠大于規定的穩定速率的要求，位于基坑一側的2個沉降點沉降速率也偏大。

根據相關資料，經分析，新建大廈處地基為粉噴樁復合地基，基礎為整板基礎，地基設計最大承受荷載為160 kPa，目前已使用140 kPa;根據最后一期監測資料，該樓沉降仍沒有收斂趨勢;另外，根據地基檢測資料，靠近基坑一側地基處理也不太理想（下部有老基礎，粉噴樁成樁困難）。監測報告也提出目前該大廈的穩定性無法預測，因此，該段基坑開挖后的變形要求亦將比一般規定更加嚴格。

為了確保本基坑開挖不會影響到新建設大廈的安全，建設方組織設計方及相關專家對本基坑工程方案進行商討，從多方面進行分析研究后，一致認為，現有支護方案符合規范要求，支護體系可以保證基坑本身的穩定性，同時在保證支撐體系剛度和止水帷幕的防水效果的前提下，嚴格控制變形，該基坑可以繼續下一步的施工，不會對新建設大廈的穩定與安全造成不良影響;另外還提出了“考慮到施工誤差、圈梁和角撐的變形及混凝土蠕變引起的內支撐體系剛度的降低，從而使得支護結構的水平位移增大，在施工中應進一步采取增強措施，保證現有支撐剛度，另外宜采取主動支撐措施，嚴格控制支撐結構的水平位移”等相關建議和要求。

5 基坑支護設計方案優化

根據專家意見，同時結合現場情況，對AB段基坑支護方案做了優化。

（1）AB段基坑開挖時，應分層開挖，短挖短支、及時支護的原則:新建設大廈處每層開挖厚度不超過1.5 m，應力釋放不少于3天;開挖時，先開挖后澆帶以南（離北部支護樁約11 m位置）主樓部分土體，后澆帶北側大廈處土體保留，根據施工情況，可保留土體南北寬度8 m左右，角撐及斜撐做好后再開挖保留部分土體。

（2）第二道支撐的優化:將第二層支撐由鋼筋混凝土支撐改為鋼結構支撐，鋼支撐為610 mm、厚12 mm的鋼管。根據計算，每根混凝土支撐梁用2根鋼管取代，分別架設在立柱的兩側，兩根鋼管間用角鋼焊接相連，采用雙管支撐，極大地提高了鋼支撐的整體剛度和穩定性。

2層腰梁采用鋼結構，AB段北側采用3層H400×400×21×13型鋼，AB段東側采用2層H400×400×21×13型鋼。

（3）基坑底部設置主動式鋼結構斜撐:AB段北側設置主動式鋼結構斜撐，斜撐采用610 mm、厚12 mm的鋼管，頂部頂在AB段北側最下層型鋼，底部支撐在主樓底板處后澆帶附近。

（4）支撐預加壓力不宜過大，將預應支撐力控制在設計值的0.4～0.6倍，以防止造成支護樁傾倒、上拔或止水帷幕破裂。預應壓力在活動頭處施加。

（5）基坑原設計坑頂標高-0.150 m，坑底標高-8.650 m，開挖深度8.5 m，設計優化后，卸載基坑頂部土體至樁頂冠梁處（即標高為-3.000 m），開挖深度變為5.65 m，比原設計減少了2.85 m，土壓力及土體位移比原設計有明顯的改善。詳見圖4。

6 實施效果

方案重新實施之前，相關單位制定了詳細的施工方案、監測方案、各項應急措施等，要求施工中嚴格按編制的方案進行實施，及時監測，及時分析，發現問題及時處理，做到信息化施工。

本項目鋼支撐選擇了一家專業公司前來實施。鋼支撐架設好后，即對鋼管施加預應力，在施加預應力后第二天，通過對鋼管軸應力監測，發現預應力損失較為嚴重，損失率高達60%，分析原因，一部分為鋼管自身變形造成的損失，一部分為端部不平整造成的損失，因此，及時補充預應力非常重要，補充2次后，預應力才穩定下來。

施工中，通過對鋼管的軸力及基坑變形情況監測，多次增加了鋼管應力，減小和抑制了基坑的變形，取得了很好的效果。通過信息化施工，監測方和施工方密切配合，基坑方案在實施過程中未出現明顯異常情況。根據基坑監測資料，通過平時對鋼支撐預應力的控制，AB段水平位移最大為8 mm，達到了前期設定目標;根據新建設大廈的監測資料，基坑在開挖完成至地下室施工完畢基坑回填的整個過程中，其變形未出現明顯拐點。

優化后的鋼支撐和原混凝土支撐在施工中相比，由于鋼管安裝和拆除非常方便，鋼支撐的架設和拆除速度較快，在支撐預應力穩定后就可進行下一步土方開挖，因此，也進一步縮短了工期。就本工程而言，節約工期達20天;另外，鋼支撐在使用過程中，材料耗量較小，并且可重復利用，也體現出了節能和環保的優勢。

7 結論

（1）基坑方案設計，在充分考慮地質條件和建筑設計方案的前提下，對臨近建筑物的地基和基礎形式、管線埋深和其材料種類等周邊環境的不利影響，并做好應急預案。

（2）在預判不及的突發事件發生時，應沉著及時地提出科學合理的應對措施，必要時，應組織專家對設計方案進行主動優化。

（3）施工過程中，應嚴格按設計方案和施工順序施工，做到信息化管理，確保基坑支護質量。

（4）經過計算，同等條件下采用混凝土支撐，計算位移量將達到近23 mm，而采用預應力鋼支撐，通過控制，實際水平位移最大僅為8 mm，可見方案的優化對控制基坑變形是非常有效的。

圖4 設計優化前后工況對比圖

（5）預應力鋼支撐不僅安裝、拆除方便，效率高，體現節約和環保的要求，而且最大限度地節約了工期，減少基坑暴露時間，進而提高了基坑的安全性。支撐量越大，越能反應出鋼支撐以上的優勢。

［1］ JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程［S］.

［2］ GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］.

［3］ 王珊.基坑工程新技術手冊（第一版）［M］.北京:中國現代工程技術出版社，2007.

［4］ 龔曉南.地基處理手冊（第三版）［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［5］ 劉正峰.地基與基礎工程新技術實用手冊（第一版）［M］.北京:海潮出版社，2000.

［6］ 唐業清，等.基坑工程事故分析與處理［M］.北京:中國建筑工業出版社，1999.

Optimization in Design Scheme Implementation Process of a Deep Foundation Pit Supporting

/DU Weng-yu，GUO Hang（No.5 Geology Team of Jiangsu Geology ＆ Mineral Exploration Bureau，Xuzhou Jiangsu 221004，China）

According to the deformation in a deep foundation pit excavation process，analysis was made on the basic cause of engineering foundation pit deformation;the reasonable optimizations were timely implemented on the original design scheme with effective limits to the deformation of foundation pit with the safety ensuring on surrounding buildings of the foundation pit，cost saving，convenient construction and short construction period.

deep foundation pit;supporting design;foundation pit deformation;scheme optimization

TU473.2

A

1672-7428（2012）07-0067-04

2012-02-16;

2012-05-27

杜文宇（1977-），男（漢族），江蘇銅山人，江蘇省地質礦產勘查局第五地質大隊工程師，土木工程專業，從事巖土工程設計與技術管理工作，江蘇省徐州市經濟開發區金水路9號，549429426@qq.com。