高層建筑深基坑支護技術研究

王春龍

摘 要：隨著城市建設規模的不斷擴大，城市用地日趨緊張，高層建筑所占比例逐年提高，大批的高層建筑、超高層建筑正拔地而起，為了滿足國家相關規范對基礎埋深和人防工程的需要，深基坑工程必不可少，深基坑支護成為關健的施工環節，然而，深基坑工程因地質條件復雜，施工難度大，風險性高，基坑失效、失穩的事故時有發生，除設計不夠完善的因素外，主要還在于基坑支護不到位。如何滿足基礎工程施工的安全性和經濟性，本文以實際案例的施工經驗，根據某高層建筑工程實例，對深基坑支護技術進行了分析探討。

關鍵詞：高層建筑；深基坑；支護

工程上一般將開挖深度在數十米范圍的地下基坑稱為深基坑。現在城市高層建筑的建造，大型市政設施的施工以及大量地下空間的開發大規模興起必然會有大量深基坑工程產生。

1深基坑支護基本要求

基坑支護設計與施工應充分考慮工程地質與水文情況、基礎類型、基坑開挖深度、基坑周圍荷載、附近環境條件、降排水情況、施工季節、支護結構使用期限等因素。基坑支護施工的關鍵是：確保基坑穩定性、地面變形及地下防水、防止基坑隆起、管涌與流砂等險情，并根據實際地質、環境因素的變化進行支護方案適當的調整。

深基坑支護有以下幾個方面基本要求：簡單的結構，先進的技術，承受能力好，基坑防護體系能起到擋土功能，保持基坑四周邊坡穩定性；保證基坑附近建（構）筑物，地下管線、道路等的安全性，在基坑土方開挖期間，不發生因土體的變形、沉陷、坍塌或位移事件；通過排水、降水、截水等相關措施，將基礎施工控制在地下水位以下；經濟合理，符合環境保護要求，確保安全施工。

深基坑支護體系主要起到擋土的作用，確保在基坑開挖與基礎施工時能夠安全順利地實施，并確保對周邊環境和附近建筑不產生危害。國內目前的深基坑支護技術有：地下連續墻排柱支護技術、噴錨網支護技術、水泥攪拌柱技術、逆作法與半逆作法施、工土釘墻及復合土釘墻、環形支護結構等等。實際工程中應根據當地土質情況、基坑深度、地下水條件等，結合各種支護方式的優缺點，選擇經濟合理的方案。

2工程概況

某建筑大廈：地下室二層，地上20層，建筑高度72.3m，上部結構體系為現澆鋼筋砼框架-筒體結構，PHC預應力管樁基礎，框架抗震等級3級，剪力墻抗震等級二級，抗震設防烈度7度，總建筑面積32205.8m2，（地上建筑面積30875 m2，地下建筑面積73237.6 m2），地下室層高4.2m，建筑等級一級。地質狀況：根據工程地質報告，①素填土層，層頂埋深0.6-3.5m。②粉質粘土和粉土層，層頂埋深3.0-6.5m。③泥質砂土夾卵礫石土層，層頂埋深6.0-10.8m。④碎塊狀強風化砂巖，層頂埋深10.0-15.5m。⑤中風化砂巖，層頂埋深15.50-21.6m。地下穩定水位埋深為4.40～11.10m。東、北兩向緊靠城市道路，與道路相距13m，西、南向為新建高層建筑，相距約50m。地下室呈長方形狀，長95m，寬56m。施工條件：本大樓地處舊城改造區，舊墻基及地下管線密集，工期緊，施工難度大。工程于2010年6月開工建設，并于8月份完成，為滿足建設單位的工期要求，春節前完成樁基、挖土及邊坡支護的目標，本深基坑工程土方量約65000m3，每天平均出土量需確保1500m3 左右方能滿足進度要求。在工期緊迫的情況下完成深基坑的作業，對深基坑支護方案及現場管理提出了更高的要求。

3支護方案選擇

根據現場工程地質及水文情況可考慮的以下三種支護方案。

①無支護放坡大開挖方案。但在超軟地基開發時，表層有13m厚的淤泥質土層，含水量在50%左右，強度比較低，屬欠固結土層，不采用支護而開挖5 m深坑，實際上是很難施工的。由于無支護大開挖方案會對周圍鄰近建筑物影響較大，導致道路及各種管道變形，所以此方案很難實現，是不可取的。

②采用鉆孔灌注支護排樁方案，樁頂設置帽梁，并設置內支撐。此方案從技術上是可行的，但要結合當地超軟地基的特點，地表下17m范圍內主要為淤泥質土層，支護樁長度一般從此層穿過，所以樁長應大于17m，再加上鋼筋混凝土帽梁及內支撐，這就提高了造價，對于5.5m深基坑明顯是不經濟的。

③采用水泥攪拌樁格構狀重力式擋墻方案。此方案結合當地土層及開挖深度為5.5m的條件，從技術經濟條件分析是比較合理的。重力式擋墻要滿足穩定性、強度及變形要求，經多次試算，各項指標基本上能達到設計要求，因而確定為終選方案。

4水泥攪拌樁擋墻支護

為確保基坑支護結構的安全可靠，必須進行全面、完整、嚴謹的設計計算。本文總結了一整套水泥攪拌樁擋墻的設計計算要點，其中主要包括：樁體截面的選擇、穩定性驗算、墻體強度驗算以及變形估算等內容，并據此進行了該工程的設計計算。

4.1墻體截面的選擇

根據土質條件和基坑開挖深度H，先確定攪拌樁插入基坑底深度D。按照沿海地區的施工經驗，一般要求D /H≥1.1～1.2，且宜插到不透水層，以阻止地下水的滲流。墻體寬度B一般可取B/H=0.8～1.0，且不宜小于0.6。本工程墻厚3.2 m系考慮采用了3排密排雙頭鉆機并相互咬合而得。由此我們得到排樁圖見圖1。

圖1：排樁圖

4.2穩定性驗算

用改進的簡單條分法進行驗算，計算結果顯示最小安全系數K0=1.587。用比肖普法進行驗算，計算結果顯示最小安全系數K0=1.685。提示：最小安全系數大于1.2～1.3，即可認為整體穩定性安全。若選用的土質參數是快剪指標，那么當最小安全系數大于1.1時，即可認為整體穩定性安全。用不同方法進行的基坑抗隆起穩定性驗算結果見表1。

表1：基坑抗隆起穩定性驗算結果

方法名稱

安全系數計算結果

安全系數最低限值

是否滿足安全要求

Terzaghi-Peck

2.123

1.5

滿足

Tschebotarioff

1.914

1.5

滿足

Navfac DM-7 1971

1.779

1.5

滿足

用傳統的重力式擋土墻方法進行墻體抗滑移穩定性驗算，計算結果顯示抗滑移安全系數Ks=1.35>1.3，滿足抗滑移安全需要。

用傳統的重力式擋土墻方法進行墻體抗傾覆穩定性驗算，計算結果顯示抗傾覆安全系數Kt=1.654>1.5，滿足抗傾覆安全需要。

墻底地基承載力驗算，計算結果顯示：地基承載力設計值fb=215.719kPa，墻底平均壓應力p=200.11kPa，墻底最大壓應力pmax=233.311kPa，墻底最小壓應力pmm=176.909kPa。由于p0，因此滿足地基承載力安全需要。

基坑的抗管涌穩定性驗算，計算結果顯示抗管涌安全系數Kp=4.946>2.0，滿足抗管涌安全需要。

4.3墻身強度驗算

用彈性抗力法計算，結果顯示墻身壓應力最大值σcmax=200.659kPa< [σc] =400 kPa，滿足墻身抗壓強度要求。

用彈性抗力法計算，結果顯示墻身拉應力最大值σlmax=0.00kPa< [σl] =160 kPa，滿足墻身抗拉強度要求。

用彈性抗力法計算，結果顯示墻身剪應力最大值τmax=31.08 kPa< [τ] =343.393 kPa，滿足墻身抗剪強度要。

4.4變形估算

用彈性抗力法計算墻體位移，結果顯示墻體頂端位移4.13 cm，基坑底部墻體位移2.51 cm，墻體底端位移-0.21 cm。具體分布形式見圖2。

圖2：墻體位移圖

假定地表沉降曲線為三角形，計算結果顯示基坑周圍地表最大沉降量為3.95 cm。假定地表沉降曲線為拋物線，計算結果顯示地表最大沉降量為2.57 cm。

5結束語

該基坑工程在地質條件與周圍環境較差的情況下，采用水泥攪拌樁支護結構方案，達到了預期的目的，為建設單位減少投資與工程早日完成投入使用創造了條件。經過科學的組織施工，基坑開挖后，支護體系處于良好的工作狀態，成功地保證了周邊環境和圍護體的安全、穩定。

參考文獻：

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