高层建筑基坑围护结构设计之探索
2015-09-18周志健张春晓
杨 林 周志健 杜 亮 张春晓
1. 天津科技大学 天津 300457；2. 中国建设第八工程局天津分公司 天津 300451；3. 天津市勘察院 天津 300191
1 工程概况
天津科技大学教师公寓工程项目占地面积54 989 m2，包括5栋24层住宅楼、4栋22层住宅楼、4栋17层住宅楼，采用框架-剪力墙结构，该工程均采用钻孔灌注桩基础，地下车库桩径600 mm，桩长27.0 m。1#～9#楼桩径700 mm，桩长45.0 m。10#～13#楼桩径600 mm，桩长27.0 m。住宅楼及地下车库建筑±0.00 m相对于大沽标高4.95 m。住宅楼坑底建筑标高为-7.25 m，基坑深度6.25 m，地下车库坑底建筑标高为-6.90 m，基坑深度5.90 m。
2 工程地质与水文条件
该场地埋深30.00 m深度范围内，地基土按土层结构自上而下划分为素填土、黏土、淤泥质黏土、粉土、粉质黏土等。结合勘察地质资料综合分析，对本工程有影响的地下水为第四系孔隙型潜水。本次勘察期间测得场地地下潜水水位如下：静止水位埋深0.80～1.60 m，相当于绝对高程2.99～2.32 m。潜水主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。一般年变幅为0.50～1.00 m。
3 基坑支护方案
3.1 基坑挡土方案
由于该场地属于盐碱地，地下水位埋深较浅，淤泥丰富，给基坑支护设计增加了难度，且软土地层厚度较大，设计方案能否满足要求成为设计人员重点考虑的问题。根据基坑开挖范围内土质、地下水及周边建筑物分布等特点，本基坑设计在北侧及南侧局部较开阔场地采用两级放坡+抗滑桩的支护形式；东西两侧及南侧局部采用双排钻孔灌注桩的支护形式；南侧主楼边角处采用单排钻孔灌注桩+内支撑的支护形式；西侧幼儿园处采用退蹬卸荷+单排钻孔灌注桩的支护形式。基坑支护平面见图1[1,2]。
图1 基坑支护平面及水平位移观测点布设示意
3.1.1 1-1剖面
东西两侧及南侧局部采用双排钻孔灌注桩的支护形式。基坑开挖深度为5.9 m、6.25 m，计算时按6.25 m考虑，灌注桩桩径为600 mm，桩长为11.5 m，桩间距为1 500 mm，前后排距为2 800 mm；桩顶设冠梁，前后排桩设连梁，冠梁截面为800 mm×600 mm，连梁截面为600 mm×600 mm。
通过计算，双排桩的前后排桩在各工况下的最大桩（墙）位移均为47.90 mm。
3.1.2 2-2剖面
南侧主楼边角处采用单排钻孔灌注桩+内支撑的支护形式（图2）。基坑开挖深度为6.25 m，采用φ600 mm@900 mm灌注桩围护结构，桩长为10.5 m，桩顶建筑标高为-3.10 m。计算时考虑地面超载10 kPa。
图2 单排灌注桩
3.2 基坑止水方案
整个场地全封闭止水，采用φ700 mm@900 mm的双轴水泥搅拌桩进行止水，组内咬合200 mm，组与组之间咬合300 mm，有效桩长11 m。该工程⑥b、⑥d层均为粉土层，层底埋深为13.6 m，为保证止水效果，止水帷幕需截断该2层粉土，故搅拌桩桩顶位于埋深2.1 m处，桩端位于埋深13.1 m处，有效桩长为11.0 m。
根据《建筑基坑工程技术规范》（YB 9258—1997）规定，验算渗流稳定性（图3）γ=1.41＞1.1，满足规范要求[3,4]。
图3 稳定性计算示意
4 基坑水平位移变形情况分析
4.1 基坑北侧
基坑各观测点变形状况如图4所示。其中，基坑北侧共布设16个点（点号为1#～16#），总体来看基坑向内侧位移。向基坑方向最大位移量为17 mm（10#点），最小位移量为4 mm（4#点）；平均位移量为10.2 mm（向基坑内方向）。
为了描述基坑的变形过程，以位移量最大的点（10#点）为例绘制时间-水平位移曲线（图5）。从图中看出，基坑处于开挖过程时，10#点累计水平位移量净增5 mm，开挖结束后在基坑内施工过程中累计水平位移量净增5 mm。
4.2 基坑南侧
基坑南侧共布设22个点（点号为从28#～49#），总体来看基坑向内侧位移（图5）。向基坑方向最大位移量为17 mm（34#点），最小位移量为1 mm（45#点）；平均位移量为8.7 mm（向基坑方向）。
4.3 水平位移观测结论
通过对天津科技大学教师公寓基坑项目工程基坑支护体系基坑水平位移的监测，一共观测了48次，到2013年4月24日观测结束为止，基坑水平位移趋于平稳。从各次观测成果总体来看，基坑在开挖期间的水平位移较小，小于水平位移警戒值，表明基坑是安全的。
图4 基坑各点水平位移累计曲线示意
图5 基坑北面10#点的水平位移曲线示意
5 结语
通过天津科技大学教师公寓基坑支护工程实例，我们认识到基坑支护方案设计是一项复杂的技术工作。在本基坑设计中采用了不同组合式基坑支护设计方案，充分发挥各种支护方式安全与高效的优点。根据本工程在基坑开挖过程中的监测数据分析，本次基坑支护方案取得了比较理想的效果，该方案的成功实践，为将来的盐碱地区软土地层基坑支护提供了有利的依据[5,6]。
