某工程基坑支护方案的优化设计

魏科丰 李德鹏

(长江大学城市建设学院，湖北 荆州 434023；长江大学工程技术学院，湖北 荆州 434020) (河南省信阳市市政管理处，河南 信阳 464000)

某工程基坑支护方案的优化设计

魏科丰 李德鹏

(长江大学城市建设学院，湖北 荆州 434023；长江大学工程技术学院，湖北 荆州 434020) (河南省信阳市市政管理处，河南 信阳 464000)

以某工程基坑支护设计为实例，通过5种不同支护方案的优化比选，阐明了联合支护方案在实际工程中的应用，并对其进行了技术和经济分析。监测结果与使用效果证明了其可行性，得出了一些对类似工程有一定参考意义的结论，可供同类工程借鉴。

基坑；优化设计；监测数据分析；技术和经济分析

1 工程概况

(1)结构参数。工程为地上19层，地下4层的大酒店，由主楼和裙楼组成，室内正负零标高相对于黄海高程为31.20m，建筑物主要结构参数见表1。

表1 拟建物的情况一览表

图1 某大酒店基坑支护平面图

(2)基坑平面布置。该基坑近似呈六边形，裙楼平行基坑边方向的基础间的净间距与基础边长之比不小于2，按构造底板垫层底部高度取计算深度为2.10m；主楼靠近东南侧填土较高，基坑开挖前清平至统一绝对高程31.80m(相对黄海高程为-1.20m)，主楼承台分布密集，按开挖承台垫层底取计算深度为13.30m；基坑周围环境简单，三倍基坑开挖范围内无建筑物及重要管线，基坑平面图见图1。

(3)工程地下水情况。根据岩土工程勘察报告结论，地下水主要为上层滞水和承压水2大类。上层滞水主要存在于第1层素填土和第2层粉土夹粉砂层孔隙中，一般情况

下其含水量不大，主要接受大气降水和水渠补给，迳流则以垂直运动为主，主要排泄方式为蒸发，现场勘探时，测得上层滞水水位埋深为0.40～2.40m之间，无统一的自由水面；承压水主要赋存于6、7层的孔隙中，与汉江有水力联系，主要接受与其连通的承压含水层的侧向补给，层间迳流排泄，现场勘探时，在K2号孔测得承压水水位高程为23.36m。

(4)水文地质条件。根据勘探报告，按各土层的岩性及其含水、透水性可划分为相对隔水层和含水层2大类，具体土层情况为：1层素填土、2层粉土夹粉砂属弱透水孔隙含水层；3层粉质黏土、4层黏土夹粉砂、5层黏土为相对隔水层、6层细砂夹粉土、7层细砂为强透水层。根据监测结果地下水对混凝土不具有侵蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

2 基坑支护设计方案优选

2.1基坑工程重要性等级

该工程基坑最大计算开挖深度H=13.30m，工程地质及水位地质条件属于Ⅱ类标准，周边重要建筑物离坑口最小距离40m，无重要管线及生命线工程，基坑范围内土质好，且地下水对基坑工程影响轻微，参照湖北省地方标准《基坑工程技术规程》(DB42/159-2004)，该基坑工程重要性等级为二级。

2.2地下水影响

上层滞水赋存在1层素填土和2层粉土夹粉砂层孔隙中，对基坑干作业有一定的影响，基坑开挖及基础施工中应及时进行坑内排水。承压水赋存于6、7层的细砂夹粉土及以下细砂层中，取基坑最不利C14号孔考虑，承压水顶面绝对标高为7.10m，该区域基底绝对标高为16.60m。基坑开挖后隔水层厚度为D=16.60-7.10=9.50m。地质勘察报告中给出承压水水头高程为23.36m。按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-99)验算求得:

Hw·γw=(23.36-7.10)×10=162.60(kN/m2)

(1)

D·γ=9.5×18.9=179.55(kN/m2)

(2)

式中，Hw为承压水高度，m；γw为水的重度，kN/m3；γ为土的重度，kN/m3；D为隔水层厚度，m；Kty为基坑抗突涌安全系数。此区域为承台跳挖区，地勘报告中承压水水头高程为8月份丰水期水位，《建筑基坑支护技术规程》规定：对于承台可分别开挖且平面尺寸较小的基坑, 抗突涌安全系数不应小于1.0，该坑底抗突涌安全系数大于1，基坑开挖后不会产生突涌，所以基坑施工期间不用采取降水措施。

2.3设计方案的优化

通过参考与该工程类似的基坑支护设计方案，综合考虑各方面因素后的支护方案如下：

1)方案1：桩锚支护 该方案技术成熟，应用广泛，安全可靠，对土方开挖和地下结构施工无影响，但支护桩施工周期较长，锚杆对周围建筑物地下设施有影响，造价较高，经济效益差。

2)方案2：水泥土挡墙联合喷锚支护 该方案施工简单方便，造价低，工期短，喷锚支护可与土方开挖同步进行，水泥土挡墙防渗作用好，抗弯性能差，边坡变形较大，因为本工程开挖深度超过12m，搅拌桩成桩质量不易保证，所以相对造价较高。

3)方案3：放坡 该方案施工简单方便，造价低，工期短，放坡工作量大，基坑开挖较深时土方运输增加成本。本工程周边开阔，土质较好，适合此方案。

4)方案4：喷锚支护 该方案施工简单方便，造价低，工期短，喷锚支护可与土方开挖同步进行，本工程周边开阔，土质较好，适合该方案。

5)方案5:放坡、喷锚支护和局部增强的联合支护 通过以上4种方案的分析，可知该方案在保证支护结构安全可靠的前提下，能集各家之所长，避各家之短，不仅使工程造价降低，同时可根据场区环境灵活布置，使支护施工顺利进行，有效提高工效，节省工程造价。

经比较，采用方案5：放坡+喷锚支护及坡底局部钢板桩增加的联合支护方案。

3 基坑支护详细设计

该工程支护结构计算采用深基坑支护设计软件及手算配合，主要计算ABCD段及DEFG段(见图1)。

(1)ABCD段。确定安全性等级为二级。坡顶标高-1.20m，基底标高-14.5m，该段边坡开挖深度为13.3m，该段坡面设计为三级放坡，三级坡比均为1∶1.5，坡面用挂网喷射砼保护，考虑到坡脚的不利影响，在二、三级坡脚分别增加一排直径∅16A、间距500mm，长度L=6.0m的钢板桩作为抗滑加固体，在第二、第三级坡面设计采用直径48mm的注浆花管四排，其倾角为垂直坡面向下15°。其他设计如下：

第1排注浆花管长度L=9.00m，间距为7300×1000mm(纵向×横向)；

第2、3、4排注浆花管长度L=12.00m，间距为1200×1500mm(纵向×横向)。

采用基坑支护设计软件验算，边坡整体稳定性系数最小值为1.168，抗隆起安全系数为4.44，满足二级基坑整体稳定性要求，其结构剖面图如图2所示。

图2 ABCD段结构剖面图

(2)DEFG、LMA段。确定安全性等级为二级。坡顶标高-3.70m，基底标高-14.15m，该段边坡开挖深度为10.45m，该段坡面设计为三级放坡，三级坡比均为1∶1.5，坡面用挂网喷射砼保护，考虑到坡脚的不利影响，在二级坡脚增加一排直径∅200mm，间距为500mm，长度L=4.0m的杉木桩做抗滑加固体，在三级坡脚分别增加一排直径∅16A，间距为500mm，长度为L=6.0m的钢板桩做抗滑加固体；在二、三级坡面靠近坡脚设计直径∅48注浆花管各一排，其倾角为垂直坡面向下15°。其他设计如下：

第1排注浆花管长度L=9.00m，间距为5600×1000mm(纵向×横向)；

第2排注浆花管长度L=9.00m，间距为3600×1000mm(纵向×横向)。

采用基坑支护设计软件验算，边坡整体稳定性系数最小值为1.192，抗隆起安全系数为4.56，满足二级基坑整体稳定性要求，其结构剖面图如图3所示。

4 施工及监测分析

为保证工程安全和周边建筑物及地下管线安全，施工严格按照“信息法”施工，加强监测，根据监测结果及时修改设计并采取防范措施。

4.1监测项目

该基坑的监测项目主要包括：坡顶的水平位移、坡顶(包括平台)竖向沉降及周边土体竖向沉降。

4.2监测报警值

根据本基坑安全重要性等级，依据《基坑工程技术规程》(DB42/159-2004)，现拟定坡顶水平位移和坡顶地面沉降的报警值取以下两者中的极小值：①累计位移量60mm，②水平位移和沉降连续3d达5mm/d或变形速率连续变大时。

4.3监测要点

1)观测点数量要求 基坑坡顶水平位移及沉降观测点数量不少于15个，监测点间距不宜大于35m,长边中部及阳角等关键部位宜加密观测点。

图3 DEFG、LMA段结构剖面图

2)各项目监测时间间隔 开挖深度5m以上时2d/1次，5m以下时1d/1次；开挖完毕，底板施工期间，1d/1次，当连续3次变化率差值小于2时，3d/1次，稳定后7d/1次，当监测数据接近监控报警值时，应加密观测。

3)土方开挖工作开始之前，应埋设监测点和基准点，并观测1次 土方开挖开始后，监测频率一般为2～3d/1次，开挖最后阶段每天观测1次，当暴雨阶段或出现异常情况时(边坡位移速率达到5mm/d，沉降变形速率达到3mm/d)应加密监测频率，监测结果(包括图表)及时反馈给基坑支护设计单位、施工单位、建设单位及监理人员，监测精度应符合有关规范规程要求。

4.4注意事项

1)基坑开挖应分层分段开挖，每层厚度控制在2.5m以内，每段开挖长度为30～50m，严禁一挖到底，挖运设备严禁碰挂支护结构。

2)坑底土体裸露时间不得超过24h，自坑底揭露至地下室底板浇注完成的时间不得超过10d。

3)基坑排水要求：基坑运行过程中，应在坑内坡脚外设排水沟和集水井，盲沟坑内以沙砾石料填塞，对坑内积水进行抽排以保证坡脚无积水，基坑运行期间，应对坡顶进行硬化，再沿边缘设排水沟，防止表水流入坑内。

4)本基坑支护属临时性支护措施，主体单位应制定合理、高效、有序分区分段的土方开挖与地下结构施工方案，确保基坑的降水设施运行时间控制在3mon内，且不得在汛期运行。

5 技术和经济分析

在该工程基坑支护设计过程中，有的设计人员提出该基坑重要性等级应为一级，根据基坑重要性为一级做出的设计其预算金额为649万元，是按笔者提出的实施方案预算金额315万元的2倍多，业主经过多方比较，经过专家论证后最终选择了笔者提出的基坑支护方案，并付诸实施，施工后一切正常，经监测，坡顶的水平位移及沉降值均满足设计要求。

[1]华南理工大学.基础工程[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2007：103-109.

[2]王翠英，王家阳.论深基坑支护优化设计的重要性[J]．武汉工业学院学报，2005(2) : 56-59.

[3]刘建航, 侯学渊. 基坑工程手册[M].北京: 中国建筑工业出版社,2008.

[4]DB42/159-2004，基坑工程技术规程[S].

[5]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].

[6]左冬立.深基坑支护设计与支护方案优选研究[D].武汉：中国地质大学,2007.

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.050

TU753

A

1673-1409(2012)06-N154-04