某综合楼深基坑支护方案比选与优化分析

黄红忠

江西省有色地质勘察三队（338000）

某综合楼深基坑支护方案比选与优化分析

黄红忠

江西省有色地质勘察三队（338000）

对某综合楼深基坑施工的支护方案进行了优化分析，基坑工程方案的优化是个系统工程，应该从地质条件、周边环境及工程大小进行综合考虑，通过施工实践得出经验，可供同类工程参考。

基坑;优化;选型；计算

1 工程概况

某综合楼位于市区道路交叉处,设二层地下室。该项目基坑面积为6 439m2，基坑围护结构周长约320m。该工程裙房开挖深度为7.00m(东北角部分),主楼开挖深度为9.75m,根据基坑工程设计规程,该工程可定级为二级基坑。工程地质条件见表1。

表1 工程地质条件

2 计算理论及依据

采用地质勘察报告所提供的基坑围护设计参数,主动土压力采用朗金主动土压力计算。被动土压力计算系数采用地基基床系数“m”值。地下水位-0.5m，采用水土分算，采用“m”法有限元程序进行模拟实际施工工况的挡土结构侧向位移、内力的计算。该方法能考虑土体、围护结构、支撑的协同工作,并考虑支撑设置的时间效应，较符合实际施工情况。

3 基坑围护结构简介

1）方案设计指导思想。基坑围护设计必须确保周围环境安全可靠,同时还应做到经济合理、方便基坑开挖及地下室结构施工，该综合楼的基坑围护就是本着这一原则来进行设计的。工程围护结构的造价取决于对环境的保护程度,位移控制严格,则造价高;位移控制宽松,则造价相对较低。

2）方案设计思路。挡土止水系统：根据该工程的土质情况及挖土深度，根据上海市标准基坑工程设计规程《DBJ 08-61-97》,经综合考虑,围护桩决定采用SMW工法(劲性水泥土搅拌连续墙,SoilMixing-Wall)。主要基于以下几点考虑：①由于粉土深度较深,常规的二轴搅拌桩成桩深度无法打穿，如采用旋喷桩代价昂贵，而三轴搅拌桩成桩深度较深；②SMW工法造价相对钻孔灌注桩较经济;③施工速度快,由于三轴搅拌桩成桩工艺为一喷一搅,型钢可依靠自重插入，速度相当快,320m的基坑延长一般施工周期在24 d左右。根据不同挖深,搅拌桩及内插型钢的选择思路如下：a）挖深9.75m区域为打穿粉土层,搅拌桩采用Φ850三轴搅拌桩,桩长22m,受力结构采用H700×300×13×24@1200,在已建综合楼一侧，考虑其超载影响并减小变形量，受力结构采用H700×300×13×24@900。b）挖深7.00m区域止水结构可以有两种选择，一是抗管涌系数大于3.0，可不必打穿粉土层，但在深浅坑之间需打设一排搅拌桩(需打穿粉土层)以保证深坑隔水的封闭性；二是直接打穿粉土层，经比较后者较为经济,因此搅拌桩桩长同样取22m。

可考虑Φ850三轴搅拌桩（内插型钢H700× 300×12×14）及Φ650三轴搅拌桩（内插型钢H500× 300×11×18）两种工艺。①前者搅拌桩用量大于后者(差值3.3m3/m),而后者型钢重量大于前者(差值518 kg/m),则前者比后者造价低281元/m；②由于前者型钢的每延长米的折算刚度大于后者，所以位移量比后者小;③由于前者每幅成桩长度长并且型钢间距为1.2m,而后者型钢间距为0.9m,施工速度也是前者快。故在此区域决定采用Ф850三轴搅拌桩内插H700×300×12×14@1200型钢挡土止水。在一期道路一侧，考虑分布有较多管线为减小变形量，受力结构采用H700×300×13×24@2400+H700×300× 12×14@2400间插的方法来增加围护桩刚度。

3）支撑系统。支撑结构设计是基坑围护设计的核心内容，为尽可能减小对周围环境的影响，需要一个强大的支撑系统；为了做到经济合理，又必须使用尽可能少的支撑材料；要挖土方便，减少施工周期，支撑之间还得留出很大的挖土空间，支撑结构设计面临众多矛盾。从结构自身入手,充分研究不同结构形式的受力特点、整体刚度差异,从中选取受力性能最好、整体刚度最大的结构作为支撑结构,这应是尽可能好地解决上述矛盾的有效方法之一。可以考虑以下几种方案：方案一、二、四都是采用一道支撑系统,由于挖深较深,采用刚度较大的混凝土支撑。方案一采用井字撑,最大变形22.2mm,但是挖土不是很方便。方案二采用角撑结合对撑的支撑形式,挖土较方案一有所改进,但是变形比较大,最大处达39.6mm,对周边环境不利。方案四采用圆形支撑,受力性能好(最大变形仅15.6mm),挖土非常方便(中心部位基本呈无支撑状态挖土)。方案三是方案二的变体,采用两道支撑系统，第一道采用混凝土支撑,第二道采用钢支撑。采用两道支撑,由于第一道支撑中心标高较高,对于早期位移控制比一道支撑有利。但是两道支撑系统比一道支撑系统造价高、工期长(估计长一个月)，而且角撑变形较大,即使是采用两道支撑,最大变形依旧有28.5mm。

四种方案中，混凝土主撑截面除方案四的圆形支撑采用0.85×1.8m2外,均采用0.85×0.85m2,连杆截面采用0.6×0.6m2。混凝土强度等级C30。方案三钢支撑采用2Φ609×16钢管双拼，方案一中主撑沿圈梁间距12m支撑,琵琶撑之间间距6m。方案二、三支撑沿圈梁间距10m，局部点较近，方案四支撑沿圈梁间距8m。综合比较后，最后采用方案四。支撑中心标高的设置考虑到结构施工期间的拆换撑,设自然地面下3.20m。对于一道支撑早期变形较大的问题，通过以下措施予以解决：自然地面下1.2m处设置混凝土锁口梁,增强整体刚度。合理安排支撑施工顺序：①圆形支撑内的土方保留(可以起到增大被动土压力,减小变形的效果)，角部土方保留(可以考虑空间效应,减小边长效应)施工圆形支撑及中部径向支撑；②开挖角部土方,施工角部支撑；③支撑形成后,施工通道处土方回填，基坑大面积出土。

4 计算结果及分析

按照以上分析思路，挖深7.00m的区域比挖深9.75m的区域位移大,实际上这是由于支撑中心标高落低较深，而7.00m区域桩长比9.75m区域短，出现第一工况位移较大,实际上经过上述施工措施，7.00m区域实测位移比计算值小。

5 结语

综上所述，基坑支护系统设计首先应着眼于可行方案的筛选与优化，这是在基坑支护系统设计中需要重点考虑的。设计者必须充分了解和分析场地工程地质情况及环境保护情况,遵循安全、经济、施工方便的原则，充分考虑各种工况及相应的工程措施。在施工中，结合监测数据分析围护结构的发展趋势,发现不利迹象,及时采取相应措施。目前该基坑工程已经竣工,实测位移都在计算结果范围内，取得了较好的效果，具有较好的参考价值。

[1]王海波,陈吉东,陈玮光.层次分析法在深基坑支护方案选型决策中的应用[J].江西建材,2013(05).

[2]吴科一,张铭.复杂环境下深基坑工程监测分析[J].施工技术,2013(21).

[3]徐立军.建筑工程基坑围护项目的施工技术[J].中华建设, 2011(12).