某基坑工程支護方案的對比和探討

宋 杰

(太原理工大學建筑設計研究院，山西太原 030024)

隨著高層建筑的發展，出現了越來越多的復雜的深基坑工程，采用何種支護方案，除跟基坑深度有關，更重要的是根據地層土質的好壞采用不同的支護方案［1］。基坑支護體系由兩部分組成:1)圍護樁墻;2)內支撐或者土層錨桿，它們與支護樁墻一起，增強了圍護結構的整體穩定性［2］。本文以一工程實例來對比和探討兩種方案的優劣，為今后的基坑設計提供依據。

1 地理位置

太原市某住宅小區位于長治路東，王村南街南。基坑的面積為15 585.5 m2，周長為605.5 m。場區的 ±0.000 為 783.9 m，自然地面相對標高為－2.660(781.24)，基坑的開挖深度有三種，分別為14.5 m，15.66 m，16.0 m。一期工程為 C 座樓，二期工程為A，B座樓。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

場地地形基本平坦。擬建場地地貌單元屬汾東岸Ⅰ級階地。

2.2 地層時代及成因類型

根據本次勘察揭露地層資料，結合區域地質資料綜合分析，本次勘察深度范圍內地基土沉積時代成因類型自上而下依次為:第四系全新統人工堆積層，第四系全新統沖洪積層，第四系上更新統沖洪積層，第四系晚更新統沖洪積層，本次勘察未揭穿該層。組成巖性主要為人工填土、粉土、粉質粘土、砂類土。

2.3 地基土構成及巖性特征

根據野外鉆探，原位測試、室內土工試驗結果，本次勘探深度范圍內，場地地基土自上而下依巖性將其劃分為12層，如表1所示。

2.4 場地地下水

表1 各層地基土厚度、層底埋深、層底標高統計結果

勘察期間水位埋深在現地面下6.60 m～7.50 m之間，勘察期間為豐水期。地下水位年變幅為1.0 m左右。

3 兩種方案的計算和對比

本論文采用理正深基坑支護結構設計軟件進行計算和分析。由于本工程各地層情況變化不大，土層較均勻，故選取二期工程中A座樓的基坑支護的北面進行模擬比較說明。基坑北面的周邊情況為:距離A座樓地下室外邊線14 m處有一棟4層的住宅樓，磚混結構。基坑的開挖深度為14.5 m，安全等級為一級。

3.1 工程材料

混凝土:冠梁混凝土強度等級C30，灌注樁混凝土強度等級C35，連續墻混凝土強度等級C35。灌漿材料:水泥使用42.5級普通硅酸鹽水泥凈漿;水中不應含有影響水泥正常凝結和硬化的有害物質，不得使用污水;水灰比為 0.4 ～0.5［3］。鋼筋:采用HPB300級，HRB335級，HRB400級鋼筋。

3.2 地下連續墻加錨索支護形式

基坑的開挖深度為14.5 m，連續墻的嵌固深度為12.0 m，墻頂的相對標高為－0.8 m，墻厚為0.8 m，采用C30混凝土。墻頂留有一個高0.8 m、寬度為1.0 m的平臺。基坑支護加兩道錨索，第一道離自然地面5.0 m，第二道離自然地面10.0 m。錨索的詳細信息見表2。

表2 錨索參數表(一)

計算采用瑞典條分法，應力狀態為總應力法。條分法中土條寬度為0.40 m。

根據理正軟件的計算得出滑裂面數據如下:

整體穩定安全系數Ks=2.136;圓弧半徑R=25.433 m;

圓心坐標X= －3.591 m;圓心坐標Y=13.051 m。

抗傾覆安全系數［4］:

其中，Mp為被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定，對于錨桿或錨索，支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;Ma為主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

最小安全Ks=1.615≥1.200，滿足規范要求。

工程開挖到基坑底部時，地下連續墻所受的土壓力，位移，彎矩，剪力如圖1所示。

圖1 土壓力，位移，彎矩及剪力圖（一）

3.3 灌注樁加錨索支護

基坑的開挖深度為14.5 m，灌注樁的嵌固深度為13.0 m，樁頂標高為－1.5 m，采用C30混凝土，灌注樁的截面為圓形，直徑為0.9 m，樁間距為1.2 m。有冠梁，冠梁的寬度為1.0 m，高度為0.8 m。基坑開挖的頂端有一寬為0.85 m、坡高為1.5 m的平臺。基坑內側的降水的最終深度為17.0 m，外側的水位深度為3.0 m。基坑支護加兩道錨索，第一道離自然地面5.5 m，第二道離自然地面11.5 m。錨索的詳細信息見表3。

表3 錨索參數表(二)

計算方法為瑞典條分法，應力狀態為總應力法，條分法中的土條寬度為0.40 m。

滑裂面數據:

整體穩定安全系數Ks=1.984;圓弧半徑R=33.236 m;

圓心坐標X= －9.220 m;圓心坐標Y=11.725 m。

抗傾覆安全系數:

最小安全Ks=1.489≥1.200，滿足規范要求。

工程開挖到基坑底部時，灌注樁所受的土壓力，位移，彎矩，剪力如圖2所示。

圖2 土壓力，位移，彎矩及剪力圖（二）

4 結語

1)經過分析可知這兩種方案都能很好的控制基坑變形，都是合理的。

2)工程中采用的混凝土、鋼筋工程材料，這兩種配筋形式表現出很好的整體性、強度高，在實際工程中有借鑒性。

3)方案一的支護結構，可在狹窄場地條件下施工，對周圍建筑地基無擾動，振動小，噪聲低，施工安全，最適于開挖較大、較深地下水位較高的大型基坑，但其施工機具較為復雜，一次性投資較高;方案二的支護結構，具有剛度較大，抗彎強度高，變形相對較小，安全性好，設備簡單，施工方便，需要工作場地不大，噪聲低，振動小，費用較低的優點。在實際工程中可權衡考慮，控制造價，采用合適的方案。

4)從土壓力方面來看，方案二所受的土壓力較大;從位移、彎矩、剪力方面來看，方案二的位移變化范圍較小，地下連續墻加錨索的方案表現出優越性。

5)通過兩種支護方案在基坑工程中成功的模擬，對今后在太原這種黃土地區的深基坑設計提供了兩種有效的支護形式。

［1］徐志鈞.深基坑支護新技術精選集［M］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

［2］郭院成.基坑支護［M］.鄭州：黃河水利出版社，2012.

［3］注冊巖土工程師必備規范匯編［M］.北京：中國建筑工業出版社，2013.

［4］北京理正軟件設計研究院有限公司.理正深基坑支護結構設計軟件(使用說明編制原理)［Z］.2011.