谈深基坑支护设计

吴彩萍

(山西省第二建筑设计院，山西长治 046000)

1 工程概况

高河社区棚户区改造项目拟建有1号～5号高层住宅楼和地下车库，建设场地位于长治县郝家庄乡高河村北，高村村东，漳河右岸。本工程拟采用大开挖方式对整个建筑物和地下车库基坑进行开挖，基坑底面积约31000m2，基底标高为-8.18m，实际基坑平均开挖深度为5.5 m左右，基础下为5.0 m～13.0 m的粉细砂层，属严重液化场地。局部基坑壁约3m的细砂层。

2 支护方案的确定

1)工程地质条件。拟建场地原始地形起伏不大，场地较开阔，原始地坪孔口标高介于906.06～910.10之间，最大高差1.04m，整体呈北低。地层划分及岩性特征表见表1。水文地质条件:本次勘探深度范围初见水位埋深约5.2m～5.60m，静止水位埋深3.60m～4.70m，静止水位标高 904.94m～906.40 m。勘探期间为平水期水位，水位年变幅约1.0m。2)支护桩的选用。根据地质勘查报告，要求支护桩既要做止水帷幕又要对第②层细砂进行支护，最终确定采用水泥土搅拌桩，桩径确定为500mm，根据《建筑基坑支护技术规程》2012第7.2.2的规定，止水帷幕进入下卧相对隔水层②2层和③层粉质粘土层不宜小于1.5m，实际取2.0m。

表1 地层划分及岩性特征表

3 水泥土桩计算

3.1 计算参数确定

按水泥土桩桩径500mm，垂直于基坑坑壁方向布置五排桩，桩距350mm，搭接150mm，最外侧两排按100mm搭接，则水泥土墙宽度为2.0m，桩长9.0m，嵌固深度为6.0m。

根据JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程确定基坑支护安全等级为三级，水泥土墙重度22.0kN/m3，结构重要性系数0.9，水泥土开挖龄期时的轴心抗压强度设计值取800kPa，荷载综合分项系数1.25，要求放坡地面无局部附加荷载。

3.2 作用在支护结构上的土压力计算

1)计算公式。

对于地下水位以上或水土合算的土层:

2)挡土墙上的主动土压力强度标准值计算。

支护结构顶面以上放坡土体自重产生的主动土压力标准值:

墙顶面处的竖向力标准值:

同理得墙顶面向下①层底、水位处和由墙顶面向下1.875 m处的竖向力标准值分别为 Δσk=29.55kPa，Δσk=41.24kPa和Δσk=50kPa。墙顶面处的主动土压力强度标准值:

a.①层土底面处的主动土压力强度标准值:

b.①层土主动土压力的临界深度:

同理可计算得②层土顶的主动土压力强度pa2顶=(29.55+20×1)×0.406=-20.12kPa。

水位处的主动土压力强度pa2水位=(41.24+20×1)×0.406=28.82kPa。

墙顶面下1.875 m处的主动土压力强度标准值:

墙底面处的主动土压力强度标准值:

3)挡土墙上的被动土压力强度标准值计算。

基坑底面处ep=0。水位处被动土压力强度ep水=19.5×1×2.464=48.05kPa。墙底面处被动土压力强度ep底=(19.5×1+9.5×5)×2.464=165.09kPa。

4)土压力合力E及合力作用点距墙底的距离计算。

根据主、被动土压力沿墙高的分布可算得:

Ea=350.79kN/m;Ep=556.87kN/m。

对应的距墙底的合力作用点为aa=2.81 m，ap=2.18 m。

3.3 支护结构正截面承载力验算及抗滑移、抗倾覆等稳定性验算

1)基坑底面处截面验算。

Mk=58.43kN·m，弯矩设计值M=r0rFM=0.9×1.25×58.43=65.73kN·m。

剪应力验算:

基坑底面处以上主动土压力标准值:

基坑底面处正截面承载力验算满足要求。

基坑底面下0.8 m处截面验算。

剪应力验算:

基坑底面下0.8 m处以上主动土压力标准值:

基坑底面下主动土压力与被动土压力相等处正截面承载力验算满足要求。

2)抗滑移稳定性验算。

满足要求。

3)抗倾覆稳定性验算。

4)整体圆弧滑动稳定性验算。

计算方法:瑞典条分法;应力状态:有效应力法。

条分法中的土条宽度:0.40m。

计算公式:

整体稳定安全系数Ks=1.306＞1.3，满足要求。

5)抗隆起稳定性计算。

从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，结果如下:

支护底部，验算抗隆起。

Ks=4.672≥1.400，抗隆起稳定性满足。

6)抗流土稳定性验算。

K=(2.00×6.00+0.80×2.00)×9.50/3.00×10.00。

K=4.307≥1.4，满足规范要求。

4 结语

深基坑支护工程是近年来随着城市高层建筑发展而发展的一门新的实践工程学，支护方法也有多种，如何选取一种在经济技术上都合理的支护类型，对设计者尤为重要。结合本工程的施工过程，以下几点应引起注意:1)打桩完成且桩体强度满足设计要求后方可开挖基坑。2)水泥土搅拌桩的桩体施工时，搭接尺寸及质量要保证，否则不能起到帷幕作用。3)设计和计算方法还有待于理论上的完善。

［1］GB 50330-2013，建筑边坡工程技术规范［S］.

［2］JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.