高层建筑深基坑支护结构设计及监测措施

■夏雄飞 ■中建三局集团有限公司，湖北 武汉 570311

在工程建设中，基坑是一项重要的施工内容，而基坑的利用和发展，也是对土地资源进行利用的一种有效方法，虽然我地域广阔，但是人口数量大，为了节省土地，就需要向空间要房子。相关数据显示，适当的发展高层建筑和多层建筑，向地下和空中发展，可以有效的对我国土地资源紧张的问题进行解决。随着我国高层建筑不断出现，各种深基坑工程项目也越来越多，大深度、高密度的地下设施使得传统的深基坑施工技术已经无法达到现代城镇的建筑需求，深基坑结构的设计已经受到了社会各方的重视和关注。

1 深基坑工程的施工特征

在设计基坑施工的过程中，主要有以下几个方面的特征:(1)受区域性限制。由于我国幅员辽阔，有比较大的地地形差异，即使是同一个城市也会有区域差异存在，例如我国的甘肃地形复杂、存在大面积的湿陷黄土等。在设计基坑工程时，需要根据具体的情况进行考虑，借鉴同类工程的施工经验。(2)有比较强的综合性。基坑工程包含了多个学科的内容，例如支挡结构、土力学、施工管理、土建施工，此外还包含了检测技术、施工技术等，综合性比较高。(3)具有独特的特征。在外环境的影响下，支护结构和土方开挖的施工除了和自身的地质环境有关外，还和四周的环境有比较大的联系，大多数高层建筑工程处于比较小的施工环境中，为了保证四周建筑物的安全，需要对四周建筑物的变形情况进行控制，相对于地上建筑来说，基坑施工对四周建筑物的影响更大，因此基坑工程具有独特的特征［1］。(4)施工时间长。一般情况下，深基坑工程的施工时间往往比较长，在施工的过程中，很有可能出现震动、降雨、基坑边坡附近堆载物等情况，安全随机性比较高，工程事故多。

2 工程简介

某建筑工程为四栋20层商业用楼，楼的高度为71m，共有六层裙楼，楼的高度为29m，地下建筑的楼层为两层，总施工面积为67403m2，地下总建设面积为8293m2，基坑的外形为长方形，施工面积为5000m2，基坑四周的实际最大开挖深度为8.5～9.8m，考虑到该工程地下室很丰富，需要对基坑支护的问题进行慎重考虑。

3 设计基坑支护

3.1 确定基坑参数

该施工场地地下布设有煤气管道、排污沟、市政管网、光纤，并且管线挨的比较近，场地的西侧和南侧紧挨一条公路。在施工的过程中，如果破坏了这些管网，会造成比较大的经济损失。通过对地质环境进行实地考察证明，此场地地层按照由上到下的顺序进行划分，一共是由四个单元层组成的，上部土层为结构松散的杂填土，下部土层为软塑状的粘性土，土的整体强度不高，随地层的变化，土层厚度也出现了比较大的变化，是影响基坑安全的主要土层。常规粘性土为粉土和砂土。另外，在基坑开挖的过程中，孔隙承压水也是一个比较关键的影响因素。具体的土层结构见表1。通过全面的分析对比，将勘测达到的土层支护参数作为土抗剪强度的参考值，对支护设计参数进行了选定。

表1 土层物理力学性质成果表

2-3 灰色粘质土 7 18.6 31.6 5 4 灰色淤泥质土 7.7 16.9 10.6 10 5 暗绿草黄色粉质粘土 4.8 20.2 21.1 46土层编号 土层 层厚/m C/kPa重度/(KN.m-3) ρ/(°)

3.2 选择支护基坑的方法

根据基坑四周的环境、开挖深度和底层性质的不同，依据以往的地区施工经验，全面分析的本工程选取支护方案的优缺点进行了分析，经过对支护方案的优点和缺点进行分析比较，有多种可以使用的施工方案。通过对基坑施工的造价、安全、工期等多个因素进行考虑，在保证经济性和合理性的基础上，根据不同的开挖深度和施工环境，将基坑支护分成了 BC、CD、AB、DE、EE、FG、GH、HA 段，每一段工程施工按照从低价到高价、从简单到复杂的顺序进行对比，同时对工期等因素进行了考虑，最后使用如下方案进行施工:基坑的支护使用排桩和预应力锚杆结合的方法进行支护，在辅助坑内设置止水帷幕、坡顶减载、反压土体、坑内深水降水等方法，来保证支护体系的完整性［2］。

3.3 设计基坑支护

(1)设计支护桩和锚杆。此基坑所有的支护段都是在放坡平台的下方进行设置，一共设置了3排锚杆，所有的锚杆均为二次注浆预应力锚杆。通过对阳角锚杆交叉受力的不利因素进行全面分析后，为了将同层锚杆的抗拔力完全发挥出来，分别按照10°、5°、20°设置阳角两侧同层锚杆，每一个锚杆断面的大小都设置为165mm，并使用水灰比为0.45～0.5的纯水泥浆进行注浆，使用强度为C25的桩身混凝土钻孔灌注桩作为支护桩。(2)对基坑支护进行计算。在工程中，设计的道路荷载压力为30Kpa，设计的坡顶施工荷载大小为11～16kpa，建筑荷载为16kpa/层。根据郎肯土压理论设计土压的分布，对水压力进行核算，将临时结构调整系数值设置为1.0，被动土压力折减系数设置为1.0m，并使用极限平衡法进行计算。

4 设计基坑的降水

该基坑在施工的过程中，在进行地下室开挖施工时，工程会跨入到丰水期，根据此地区的施工经验，本工程厂区承压水位的标准高度为19m，为了保证工程经济性和安全性，根据实际的施工情况，决定使用减压降水的方法进行施工，根据相关要求，基坑降水设计要具有良好的安全性，本基坑在施工时，基坑安全系数设置为1.0～2.0m，在设计降水时，该基层中承压水头降低10.0～11.0m时，可以达到设计要求［3］。通过进行降水试验，设计场地承压水层的参数为:K=17.0m/d，R=220，经过使用经验公式进行估算，本基坑的涌水量为21000t/d，并且降水井中的水主要来自砂层中的地下水。根据此砂层的含水渗透性和颗粒特征以及经济性来看，基坑内部降水单井的抽水量设计80t/d，因此，降水井需要的数量为:

此外，对基坑周围40m范围中的地下水情况进行模拟分析，在这个范围中承压水水头的降低值为6～10m，会导致地面附加量出现30～60mm的沉降量，不均匀沉降也会降低到1‰，基坑最高沉降量在枯水期会降低，因此，在设计此基坑时，对周围的环境不会产生不利影响，和沉降监测结果相同。

5 基坑施工现场的监测

对基坑施工现场进行监测，主要目的是为了基坑可以顺利开挖。经过监测，四周的道路和管网有沉降变形的情况出现，基坑边坡和支护桩的土体均出现了水平位移和沉降变形的情况［4］。在监测的过程中，使用精确度比较高的垂直钻孔测斜仪，WRM-3型分层沉降位移计对土体的分层沉降进行检测，使用WUT高精度位移计对水平位移进行检测，并利用S1水准仪对地表的沉降情况进行监测。基坑在开挖完成后，分析了具体的沉降结果。其中支护结构在水平方向出现的最大位移值为1.0cm，基坑周围地面的最高沉降为1.2cm，而设计的基坑四周裂缝最大值为1.0cm，符合设计要求。当基坑挖掘到7.3m的深度时，理论预测值和土体位移监测数据大致相同，最高位移在基坑底部1～2m，最高位移值为1.5cm。

6 结语

该基坑使用预应力锚杆+排桩支护的方法进行施工，使用坑内坡脚留设反压土体和坡顶减载的方法进行辅助，对基坑的防护问题进行了解决。工程在施工的过程中，对施工场地的地质情况进行了试验调查，参数值符合实际要求，通过对相关参数进行综合考虑，对各个支护防渗方案进行分析优化，最后选择了最佳施工方案，此外，在施工的过程中，对基坑的变化情况进行了动态检测，并完善和补充了具体的监测信息，提升了基坑设计的科学性和合理性，保证了基坑施工的顺利开展。

［1］刘宗仁主编.基坑工程［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2008∶67-68.

［2］熊智彪主编.建筑基坑支护［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008∶23-24.