某鐵路調(diào)度所深基坑支護設計方案優(yōu)化

摘要：以廣州地區(qū)某鐵路調(diào)度所深基坑支護工程為背景，面對項目建設工期短，同時緊鄰既有建筑安全風險大的難點，通過組織對基坑支撐體系和支撐布置方案進行優(yōu)化，實施后縮短工期一個半月，同時節(jié)省工程投資約484萬元，綜合效益顯著，可供類似工程借鑒。

關鍵詞：深基坑；設計；方案優(yōu)化

1.概述

廣州地區(qū)某新建鐵路調(diào)度所是鐵道部客運專線建設重點工程，是今后全國區(qū)域性客運專線調(diào)度指揮中樞，承擔區(qū)域內(nèi)鐵路客運專線運營調(diào)度任務。該項目基坑體型大，深度近17m，安全控制壓力大，同時工期要求非常緊，建設任務十分艱巨。為解決基坑施工周期長的問題，項目建設單位廣州鐵路（集團）公司工程管理所邀請廣州華工大建筑技術咨詢有限公司聯(lián)合成立課題小組，結合雙方的建設及設計經(jīng)驗，專題開展深基坑設計優(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)設計單位予以采納實施，并成功在2009年8月底完成深基坑施工，相比縮短工期一個半月，基坑安全監(jiān)測穩(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公司大院內(nèi)。建筑東西向長91m，南北向?qū)?1m，建筑主體高度56.0m，主體結構八層，地上六層、地下二層，總建筑面積為49504㎡。基坑整體呈矩形，東西長約100.5m，南北寬約78m，坑深16.9m。基坑南臨規(guī)劃15m寬道路，規(guī)劃路南側為一排2至7層房屋；基坑北側17m位置為鐵通電訊大樓；基坑西側20m為6至15層住宅樓；基坑東側7m為地上23層地下2層廣鐵集團辦公主樓。

3.地質(zhì)概況

3.1 工程地質(zhì)條件

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

（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)膠結的砂巖為主，局部為礫巖；據(jù)鉆探揭示巖層風化程度可分為以下全風化巖帶（厚度平均為6.28m）、強風化巖帶（平均厚度為3.99m）、中風化巖帶（平均厚度2.19m）、微風化巖帶。

3.2 水文地質(zhì)

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

4.設計參數(shù)的選取

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

（2）在計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)域為20kpa。

（3）支撐系統(tǒng)中施工荷載為4KN/m。

（4）各土層物理力學指標參數(shù)建議值見表1。

5.原基坑設計方案情況及存在問題分析

5.1 原基坑設計支護方案

依據(jù)廣東省和廣州地區(qū)建筑基坑支護的有關技術規(guī)范和規(guī)定，本基坑側壁安全等級為一級。基坑原設計方案采用￠1200@1500人工挖孔灌注樁擋土，樁間采用護筒咬合方式進行止水，基坑內(nèi)設置三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐。

原設計方案的施工工序依次如下： 場地平整、施工降水井、旋噴樁止水帷幕、施工圍護結構人工挖孔樁、施工中立柱、土方開挖至第一道撐下500mm并破除地下車庫頂板及負一層側墻、施工第一道支撐、繼續(xù)開挖土方及破除對應高度現(xiàn)有地下車庫結構、并依次施工二、三道支撐、施工底板墊層及防水層、施工底板結構、拆除第三道支撐，保留第二道支撐、采用逆作節(jié)點繼續(xù)向上施工地下室主體結構側墻、工程柱及中板、拆除第一道支撐、繼續(xù)向上施工主體結構直至零層板、拆除第二道支撐 。

5.2 主要存在問題分析

經(jīng)過復核分析，原設計方案是安全的，其最大缺點是施工周期長。主要的制約因素是采用了三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐，造成施工過程挖土及出土困難，挖土及支撐施工分離、無法穿插施工，同時支撐拆除麻煩，從而影響整個地下工程的施工進度。

施工單位按該設計方案編制施工組織設計，完成基坑支護（含土方開挖）工程合理工期為九個月，采取趕工措施后仍至少需要七個月；按照2009年3月圍護樁先行開工安排，到10月中旬方能完成基坑基底開挖，余下兩個半月時間不可能完成主體結構施工，將無法實現(xiàn)鐵道上級主管部門部明確年內(nèi)完成主體施工的進度要求。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構工程有四個月施工周期，相應基坑工程必須在2009年9月初完成、施工周期不得大于五個半月。

6.基坑支護設計方案優(yōu)化設計

6.1優(yōu)化設計方向研究

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鍵工期。因此，優(yōu)化設計的思路是保留第一道支撐，重點尋找可以替代第二、三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐并且施工周期短的結構形式。依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況并結合有關同類項目的建設和設計經(jīng)驗，我們提出設置預應力抗拔錨桿來代替第二、三道內(nèi)撐的思路，保留第一道內(nèi)撐構成復合水平支撐的思路。目前國內(nèi)深基坑支護設計中抗拔錨桿應用已比較成熟，在廣州地區(qū)已有許多深基坑工程單錨桿拔力設計值達800KN～1100KN。

針對廣州調(diào)度所工程具體情況，建議保留原設計的最上面一道支撐，取消第二、三道支撐，在負一層設置一道預應力抗拔錨桿，在負二層設置兩道預應力抗拔錨桿，形成“一撐三錨”的結構體系，在合理選取設計參數(shù)的基礎按“一撐三錨”的體系進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)化方案技術可行性分析

為了證實建議方案的技術可行型，我們提出了一個“一撐三錨”試驗方案：保留原設計的最上面一道支撐，取消第二、三道支撐，在挖深6.9m、10.9m、13.9m各設置一道預應力抗拔錨桿。我們委托華南理工大學建筑設計院采用理正深基坑6.0計算軟件對試驗方案進行了初步計算，計算第一道錨桿內(nèi)力設計值為636.66KN，第二道錨桿內(nèi)力設計值為762.85KN，第三道錨桿內(nèi)力設計值為633.54KN，圍護樁單樁縱筋配筋面積7490mm2。計算的結果初步表明，該方案是安全可行的。

6.3優(yōu)化設計方案與原方案的比較

（1）施工周期比較

“一撐三錨”方案的施工工序為：場地平整、施工降水井、旋噴樁止水帷幕、施工圍護結構人工挖孔樁、施工中立柱、土方開挖至第一道撐下500mm、施工第一道支撐，繼續(xù)開挖土方至第一道抗拔錨桿下500mm，對抗拔錨桿施加預加力，再向下依次開挖至第二道抗拔錨桿位置以下500mm，對抗拔錨桿施加預加力，再向下依次開挖至第三道抗拔錨桿位置以下500mm，對抗拔錨桿施加預加力，開挖至坑底后，轉入施作基礎底板及防水，繼續(xù)向上施做主體結構側墻和零層板結構及防水并做好防水保護板，回填灰土至地面完成地下工程施工。

按該方案編制施工計劃，在優(yōu)化穿插施工組織后，施工周期可控制在五個半月，相比原方案施工周期至少一個半月，可保證主體結構施工有四個月的施工周期，確保實現(xiàn)工程的進度節(jié)點目標。

（2）工程造價對比

我們將優(yōu)化方案與原三道支撐方案分別編制施工預算進行對比（施工預算僅編制進行對比的圍護樁+基坑支撐部分），原設計方案施工預算為3438萬元； “一撐三錨”方案的施工預算為2954萬元，相比原設計方案可節(jié)約投資484萬元；優(yōu)化方案經(jīng)濟效益非常明顯。

7.優(yōu)化設計方案的實施情況

2009年3月，本工程基坑圍護樁先行開工，4月初，建設單位邀請了廣州地區(qū)有關專家及項目設計、施工、監(jiān)理單位對“一撐三錨”優(yōu)化方案組織進一步研討，認為優(yōu)化方案是安全可行的，工期及經(jīng)濟預期效益明顯。設計單位采納了專家會議推薦意見，按照“一撐三錨”的思路修改完善施工圖設計，并通過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挖，相比原三道鋼筋混凝土桁架內(nèi)支撐方案的施工計劃提前一個半月，基坑位移、沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)均在控制范圍以內(nèi)，并在年底順利完成主體結構施工，實現(xiàn)了確定的工期節(jié)點目標，得到了上級部門的表揚。（附本項目深基坑工程現(xiàn)場圖）

8.結束語

隨著國家經(jīng)濟以及現(xiàn)代城市建設快速發(fā)展，以及依靠工程技術的進步，深基坑支護工程已十分普遍，但同時也面臨更高的要求：既要安全可靠、滿足周邊環(huán)境控制要求，又要造價經(jīng)濟，而且往往要求縮短工期。因此，深基坑支護結構優(yōu)化設計這一課題引起了工程技術人員的廣泛重視。目前，廣州地區(qū)大于10m的深基坑支護工程一般采用復合支護體系，常見有“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）+高強度預應力錨桿”等復合體系，三種結構型式以上的復合支護體系運用較少。本項目深基坑工程具有體型大、緊鄰既有建筑安全風險高、工期要求短的難點，項目建設單位高度重視，通過科學分析，組織針對性的優(yōu)化設計，提出了“排樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐+三道錨桿”多復合支護體系的優(yōu)化方案，實施運用效果良好，工期及造價效益顯著，對其他類型工程具有借鑒意義。

參考文獻

[1]本工程施工組織設計、設計圖及有關設計資料

[2]《建筑基坑支護技術規(guī)程》 （JGJ 120-99）

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

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

[5]《土層錨桿設計與施工規(guī)范》 （CECS 22：90）

作者簡介

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