高層建筑地下室基坑支護體系設計探討

余恕國

摘? ? 要：高層建筑因基礎載荷大，對地基承載力要求高，以及抗側力要求需保證一定的基礎埋置深度。結合深基礎設計，高層建筑地下室應運而生。 在工程建設過程中，地下室深基坑邊坡安全成為設計和施工管理必須面對的問題，基坑支護體系雖然是施工期間的臨時過渡結構，其重要性卻不容忽視。 本文研究分析了地下室基坑支護體系設計中的技術問題，希望能為設計人員提供參考。

關鍵詞：高層建筑;深基坑;支撐體系設計

1? 引言

高層建筑地下室深基坑支護體系通常獨立于高層建筑結構體系，其主要功能是為地下室施工提供安全作業環境，形式上表現為擋土和隔水。支護體系因基坑深度、施工工藝、地質條件不同，出現了多種應用形式。本文就高層建筑地下室深基坑支護設計中需要注意的技術要點、影響因素和施工互動問題，結合實例進行探討。

2? 深基坑支護體系設計的主要目的

2.1? 保證基坑周邊環境安全

深基坑開挖產生局部土層結構變化及地下水位下降，可導致周邊地面下沉，引發臨近建筑物基礎不均勻沉降，市政道路路面開裂，市政管線損壞。支護體系設計的主要目的是確保基坑周邊環境安全，杜絕地下室施工階段發生影響周邊建筑、市政設施安全的事件。

2.2? 保證基坑內施工環境安全

支護結構體系必須滿足支承地下水和土層圍護壓力要求，任何情況下都不得出現結構體系破壞的情況。圍護體系應具備一定的抗變形能力，支護結構頂部的邊坡及支護結構的表面構造措施均應保持穩定，局部崩塌掉塊對深基坑作業存在安全隱患。深基坑穿透含承壓水土層的情況下，止水帷幕必須有效阻斷水源，杜絕發管涌現象，避免引發周邊環境事故。

3? 深基坑支護設計的影響因素

3.1? 場地工程地質條件

深基坑支護結構的首要功能就是擋土，因此土層地質條件是支護設計的最基本依據。土層形成受多種因素影響同一區域土層可能有相似性，在方案設計階段可以參考相鄰工程地質報告進行討論比較，但在詳細設計階段，必須依據本項目詳細工程地質勘察報告。設計人員除了深入研判工程地質勘察報告，還應到建設場地做詳細調查，力求真實把握場地土層特性。

3.2? 場地水文地質條件

擋水是深基坑支護體系的主要功能之一，水文地質條件是支護結構及圍護體系設計重點考慮的因素，潛水是地表下第一個穩定隔水層上的地下水，水量比較穩定，地勘報告中的地下水位就是指潛水位，是圍護體系阻隔的對象;承壓水是兩個隔水層之間的地下水，通常埋藏較深，有較大的水壓力，此類水往往藏于砂礫層中，是圍護體系阻隔的重點和難點。對于開挖深度進入承壓水層的支護設計，止水帷幕必須穿透承壓水層，進入下層隔水層，避免發生管涌流沙而導致基坑周邊土層沉降甚至基坑失穩，引發重大事故。

3.3? 場地環境條件

建設場地環境條件對支護結構和圍護體系設計有較大影響。城市建設項目周邊通常存在既有建筑、市政道路、水電氣等各類管道設施，保證這些建筑及市政管道設施安全是支護設計主要任務之一。建筑物基礎埋深、結構形式、抗變形能力、管道性質及埋置深度、道路等級、以及它們離基坑邊緣的距離都是設計人員必須深入了解并確定設計參數的問題。富水場地要控制基坑周邊地下水位下降幅度，避免降水引起的不均勻沉降。

3.4? 高層建筑基礎形式及地下室施工工藝

基坑支護體系是地下室施工階段的安全保障措施，必須滿足地下室施工的工藝和技術要求。

4? 深基坑設計要點

4.1? 確定支護結構安全等級

綜合考慮基坑開挖深度、周邊環境抗沉降及變形要求、場地土層及水文地質條件等因素，確定支護結構的安全等級，復合支護結構體系中的不同結構形式或部位可以是不同等級。

4.2? 水平位移控制值和周邊環境沉降控制值

基坑施工影響范圍內有建筑物、構筑物時，支護結構水平位移及周邊地面沉降控制值按照不影響其正常使用狀態確定，具體數值可參照相關專業規范。

4.3? 熟悉承載能力極限狀態和正常使用極限狀態概念

兩種極限狀態驗算問題已在設計計算軟件中解決，因此容易忽視極限狀態概念，影響對計算參數的選取和計算結果的判斷。

4.4? 多種工況分析

基坑開挖過程中，開挖面的變化對支護結構受力工況的影響是動態的，設計時要選擇可能出現的最不利工況進行驗算，同時關注不同工況下的最不利部位驗算結果。

4.5? 止水和降水措施

地下水位變化是影響周邊沉降的主要因素。支護體系止水帷幕設計要保證基坑開挖至地下水位以下時，基坑內水位須降至開挖面以下，并保持基坑外周邊水位基本穩定。

4.6? 監測設計

設計文件中應明確基坑監測要求及控制指標。

5? 實例應用

5.1? 工程概況

工程位于江西省南昌市，總建筑面積13.5萬平方米，地上建筑高度196m，結構類型為框筒結構，地下三層，核心筒部位地下開挖深度18m，地下室與地鐵站聯通。場地東面臨市政主干道及地鐵車站（未施工），西南角有主體封頂的在建超高層建筑，其他三面為規劃用地未建建設。地質條件：自上而下土層為雜填土、淤泥質土（局部）、粉質黏土、中粗砂、礫砂、強風化砂巖、中風化砂巖，地下水的水位深度為0.50m～2.90m。

5.2? 支護體系設計及修正方案

支護體系設計為上部土釘墻加放坡，下部支護樁為機械鉆孔灌注樁，鋼筋混凝土梁內支撐（角撐），止水帷幕為深層攪拌樁。止水帷幕施工約長度約20m時，深層攪拌樁施工出現數據異常，現場取芯檢查發現砂礫層未見明顯固結。專家建議采用地鐵1號線車站出入口引入的三軸攪拌樁作為止水帷幕，經對試驗段取芯檢查，整體性較好。止水帷幕修改為三軸攪拌樁。

5.3? 支護效果及監測情況

本工程地下室底板位于粗砂層，核心筒底部進入了礫砂層，基坑開挖過程中，坑內基本能保持干作業，坑底未出現涌沙情況，止水帷幕未發現漏水現象。在基坑開挖及地下室施工持續的一年多時間里，整個支護體系基本穩定。

監測表明，采用角撐形式的冠梁中部水平位移最大值為19mm。監測表明東側城市主干道及市政管線出現異常變形情況;施工期間經歷了持續暴雨天氣，支護體系無明顯變形?；娱_挖進入砂層及礫砂層，坑內采取降水措施后，基坑周邊地下水位變化不大，支護體系隔水效果明顯。

6? 結論

通過以上分析可知，高層建筑基坑支護設計應結合基坑的地質條件、周邊環境影響程度、地下水文條件、施工條件、主體地下室結構要求等各種因素來綜合考慮，基坑支撐結構設計原則應根據破壞影響后果和變形要求確定。

參考文獻：

[1] JGJ120—2012.建筑基坑支護技術規程[S].