浅谈复杂地形条件下高层建筑地下室工程设计与施工创新

赵　刚

摘要：复杂地形条件下，高层建筑地下室工程设计与施工创新十分必要。在场地条件限制下采用钻孔桩和钢板桩等系列技术，不仅提高施工安全性，同时能够节时省力。

关键词：基坑支护 结构设计 支撑 监测

1.工程地形与施工形势分析

建筑由于功能和结构需要，大多设置地下室。由于地下室工程的施工环境特殊、涉及复杂，容易出现质量问

题，对设计和施工有一定的特殊要求。某建筑工程占地成矩形，长55.52m，宽18.5m。高15层，地下一层，高分别为4.4m和3.4m，外露0.9m在地上。场地自然标高约-0.90m，地下室挖土深度分别为5.5m及6.45m。地质情况：0～3.7m为杂填土，松散；3.7～16.7m为淤泥质粘土，饱和流塑；16.7～24.1m为中细砂角砾层，饱和，中细砂松散，角砾稍密；24.1～26.6m为粉质粘土，饱和硬塑；26.6～29.3m为粉质土层，湿坚硬；29.3～55.5m为强风化花岗片麻岩。

2.基坑支护结构设计方案选择与验算

地下室基坑南面采用拉森Ⅲ型钢板桩围护，其余三面采用钻孔桩φ800、φ1100围护，钻孔桩外侧采用φ500、φ400粉喷桩联成止水帷幕。钻孔桩除基坑底为-7.35m部分采用两层水平支撑外，其余钻孔桩均采用一层水平支撑设计，钢板桩采用两层水平支撑设计。一层支撑体系采用钢筋混凝土梁，中间设φ800钻孔支承桩。二层支撑体系采用HK300C工字钢。先加设支撑，然后支撑与承台混凝土一起浇筑。基坑面以下支护结构的反弯点取在土压力零的d点，视为一个等值梁的一个铰支点，计算桩上土压力强度等于零的点离基坑底面下的距离为：y=Pb/r(K?Kp-Ka)=2.94m。计算钻孔桩最小入土深度to=X+Y，X=10m，求得：to=12.94m；t=1.13×to=14.62m；L＝h+t=5.5+14.62=20.12m。综合考虑桩长取L＝20m。按剪力为零处弯矩最大，求得最大弯距：Mmax=246.8kN/m。采用φ800径钻孔桩，每隔1100mm布置，最大弯矩设计值：Mmax＝246.8×1.1×1.2＝325.8 kN/m桩混凝土等级为C25，通过常规方法计算，钻孔桩选配16φ20（对称配筋，承受最大弯矩每侧配密箍φ8@250）。水平支撑GL1的截面设计：水平支撑GL1的截面尺寸定为500×900mm，作用于GL1的竖向荷载包括GL1的结构自重g=1.25kN/m和支撑顶面的施工荷载q=9.7kN/m2，作用在支撑结构上的水平力包括由土压力和坑外地面荷载引起的围护墙对腰梁QL1的侧向力。可按围护墙沿腰梁长度方向分布的水平乘以支撑中心距确定，即支撑的轴向力为NO＝7.5Ra=7.5×134.6=1009.5kN。水平支撑GL1按偏心受压构件计算。取内力标准值综合系数为1.2，则GL1上的弯矩M＝1.2×（g+q）lo2/8=219.1kN/m；轴力为N＝1.2No=1211.4Kn，腰梁QL1的截面设计：QL1梁的截面尺寸定为500×800mm，围护墙沿QL1梁长度方向分布的水平反力为q=Ra=134.6 kN/m，考虑八字撑的影响，QL1梁的计算跨度按规范取lo=(l+l1)/2=5.0m，QL1梁按连续梁考虑。查表知Mmax=0.107qlo2×1.2=504.75kN/m，最大剪力Qmax=0.607，qlo=408.5kN。钢板桩的计算：基坑深6.5m，经验算是一层内支撑不满足要求，为此要用第二层内支支撑。采用现在拉森Ⅲ型钢板桩，其截面特性：Wx=1600×103；f=200N/mm2；最大弯矩设计值：Mmax=1.2×189.2=227.04kNm/m；f=Mmax / Wx=142﹤200N/mm2；考虑到现有钢板桩规格等因素，经验算桩长设计为20m，保证深基坑支护结构安全。二层水平支撑QL2截面设计：GL2梁采用HK300C钢梁，其自重q=1.77kN/m；自重产生弯矩M=22.2 kN/m；轴向力No=7.5RB=2188.8Kn；ε=M?A/N；W=0.089＜30；λ=lo/iy=117；ψb=0.374；f=2 =260N/mm2﹤315 N/mm2。理论值经验算符合设计规范。

3.基坑支护结构施工处理措施要点

为避免施工打工程桩时震动及土壤挤压对酒店基础影响，钢板在工程桩施工前先打，打完钢板桩后在板桩背后做排水沟。钻孔桩完成后，降土约1.3m深(即支撑梁面标高-2.2m)，制作第一层支撑，该层支撑完成后大面积回填300mm厚土，支撑面为不少于300mm厚的准石粉石渣，这样一方面保护支撑不被机械压坏，另一方面有利于运泥车在场上行走。第二层支撑应在挖土后两天内加设完成，不能拖延时间，保证整个支护结构安全。全部桩承台施工完毕后，用石粉、石渣将基坑回填至于-5.9m处，这样，使整个基坑底回复于一层支撑的深度，然后拆除第二层支撑，继续填土至能施工地下室底板为止。为防止基坑开挖时的雨水、少量渗水及土层含水量的影响，基坑底四周共设8个集水井，井壁用砖砌筑，集水井用排水沟纵横联接。排水沟、集水井和抽水设备组成一个简易的降排水系统将地下水位降低至6.0m以下。

4.结论

本工程设上、下两层支撑均采用对撑及角撑，不仅满足设计内力要求，而且有利于机械挖土，且第二层支撑采用工字钢，用电焊联接，施工灵活方便，缩短工期；工字钢可回收重复使用，降低基坑支护费用。内支撑的设置不仅满足整个支护结构计算内力的合理性，为方便施工创造条件。信息化施工，确保施工安全，也为优化设计合理组织施工提供可靠依据。基坑支护结构设计方案十分成功，钢支撑和钢筋砼支撑所组成的基坑支护结构，刚度及整体性良好。基坑上部外围采用集水井和排水沟联合排水，钢板桩及粉喷桩止水帷幕抗渗性能较好。采用因地制宜的围护措施，不仅能达到围护目的，而且经济省时。◆

参考文献：

[1]建筑地基基础设计规范.GB50007-2002.北京：中国建筑工业出版社，2002.