某基坑工程支护方案的对比和探讨

宋 杰

(太原理工大学建筑设计研究院，山西太原 030024)

随着高层建筑的发展，出现了越来越多的复杂的深基坑工程，采用何种支护方案，除跟基坑深度有关，更重要的是根据地层土质的好坏采用不同的支护方案［1］。基坑支护体系由两部分组成:1)围护桩墙;2)内支撑或者土层锚杆，它们与支护桩墙一起，增强了围护结构的整体稳定性［2］。本文以一工程实例来对比和探讨两种方案的优劣，为今后的基坑设计提供依据。

1 地理位置

太原市某住宅小区位于长治路东，王村南街南。基坑的面积为15 585.5 m2，周长为605.5 m。场区的 ±0.000 为 783.9 m，自然地面相对标高为－2.660(781.24)，基坑的开挖深度有三种，分别为14.5 m，15.66 m，16.0 m。一期工程为 C 座楼，二期工程为A，B座楼。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

场地地形基本平坦。拟建场地地貌单元属汾东岸Ⅰ级阶地。

2.2 地层时代及成因类型

根据本次勘察揭露地层资料，结合区域地质资料综合分析，本次勘察深度范围内地基土沉积时代成因类型自上而下依次为:第四系全新统人工堆积层，第四系全新统冲洪积层，第四系上更新统冲洪积层，第四系晚更新统冲洪积层，本次勘察未揭穿该层。组成岩性主要为人工填土、粉土、粉质粘土、砂类土。

2.3 地基土构成及岩性特征

根据野外钻探，原位测试、室内土工试验结果，本次勘探深度范围内，场地地基土自上而下依岩性将其划分为12层，如表1所示。

2.4 场地地下水

表1 各层地基土厚度、层底埋深、层底标高统计结果

勘察期间水位埋深在现地面下6.60 m～7.50 m之间，勘察期间为丰水期。地下水位年变幅为1.0 m左右。

3 两种方案的计算和对比

本论文采用理正深基坑支护结构设计软件进行计算和分析。由于本工程各地层情况变化不大，土层较均匀，故选取二期工程中A座楼的基坑支护的北面进行模拟比较说明。基坑北面的周边情况为:距离A座楼地下室外边线14 m处有一栋4层的住宅楼，砖混结构。基坑的开挖深度为14.5 m，安全等级为一级。

3.1 工程材料

混凝土:冠梁混凝土强度等级C30，灌注桩混凝土强度等级C35，连续墙混凝土强度等级C35。灌浆材料:水泥使用42.5级普通硅酸盐水泥净浆;水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，不得使用污水;水灰比为 0.4 ～0.5［3］。钢筋:采用HPB300级，HRB335级，HRB400级钢筋。

3.2 地下连续墙加锚索支护形式

基坑的开挖深度为14.5 m，连续墙的嵌固深度为12.0 m，墙顶的相对标高为－0.8 m，墙厚为0.8 m，采用C30混凝土。墙顶留有一个高0.8 m、宽度为1.0 m的平台。基坑支护加两道锚索，第一道离自然地面5.0 m，第二道离自然地面10.0 m。锚索的详细信息见表2。

表2 锚索参数表(一)

计算采用瑞典条分法，应力状态为总应力法。条分法中土条宽度为0.40 m。

根据理正软件的计算得出滑裂面数据如下:

整体稳定安全系数Ks=2.136;圆弧半径R=25.433 m;

圆心坐标X= －3.591 m;圆心坐标Y=13.051 m。

抗倾覆安全系数［4］:

其中，Mp为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定，对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值;Ma为主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

最小安全Ks=1.615≥1.200，满足规范要求。

工程开挖到基坑底部时，地下连续墙所受的土压力，位移，弯矩，剪力如图1所示。

图1 土压力，位移，弯矩及剪力图（一）

3.3 灌注桩加锚索支护

基坑的开挖深度为14.5 m，灌注桩的嵌固深度为13.0 m，桩顶标高为－1.5 m，采用C30混凝土，灌注桩的截面为圆形，直径为0.9 m，桩间距为1.2 m。有冠梁，冠梁的宽度为1.0 m，高度为0.8 m。基坑开挖的顶端有一宽为0.85 m、坡高为1.5 m的平台。基坑内侧的降水的最终深度为17.0 m，外侧的水位深度为3.0 m。基坑支护加两道锚索，第一道离自然地面5.5 m，第二道离自然地面11.5 m。锚索的详细信息见表3。

表3 锚索参数表(二)

计算方法为瑞典条分法，应力状态为总应力法，条分法中的土条宽度为0.40 m。

滑裂面数据:

整体稳定安全系数Ks=1.984;圆弧半径R=33.236 m;

圆心坐标X= －9.220 m;圆心坐标Y=11.725 m。

抗倾覆安全系数:

最小安全Ks=1.489≥1.200，满足规范要求。

工程开挖到基坑底部时，灌注桩所受的土压力，位移，弯矩，剪力如图2所示。

图2 土压力，位移，弯矩及剪力图（二）

4 结语

1)经过分析可知这两种方案都能很好的控制基坑变形，都是合理的。

2)工程中采用的混凝土、钢筋工程材料，这两种配筋形式表现出很好的整体性、强度高，在实际工程中有借鉴性。

3)方案一的支护结构，可在狭窄场地条件下施工，对周围建筑地基无扰动，振动小，噪声低，施工安全，最适于开挖较大、较深地下水位较高的大型基坑，但其施工机具较为复杂，一次性投资较高;方案二的支护结构，具有刚度较大，抗弯强度高，变形相对较小，安全性好，设备简单，施工方便，需要工作场地不大，噪声低，振动小，费用较低的优点。在实际工程中可权衡考虑，控制造价，采用合适的方案。

4)从土压力方面来看，方案二所受的土压力较大;从位移、弯矩、剪力方面来看，方案二的位移变化范围较小，地下连续墙加锚索的方案表现出优越性。

5)通过两种支护方案在基坑工程中成功的模拟，对今后在太原这种黄土地区的深基坑设计提供了两种有效的支护形式。

［1］徐志钧.深基坑支护新技术精选集［M］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］郭院成.基坑支护［M］.郑州：黄河水利出版社，2012.

［3］注册岩土工程师必备规范汇编［M］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［4］北京理正软件设计研究院有限公司.理正深基坑支护结构设计软件(使用说明编制原理)［Z］.2011.