中海油大厦基坑支护设计综述

贺杰　陈锦剑

摘要：中海油大厦核心筒区域基坑深度为24.05m，塔楼区域基坑深度为22.55m，平面距离深圳地铁2号线最近段为20.9m，该项目地下室底板与地铁2号线隧道底板基本持平，基坑无放坡条件，该项目基坑支护方式从经济、技术以及场地等情况综合考虑，采用“钻孔咬合桩+环撑”的支护形式。

关键词：中海油大厦；基坑支护；支护设计；支护形式；超高层建筑 文献标识码：A

中图分类号：TU476 文章编号：1009-2374（2016）13-0124-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.060

1 项目概况

中海油大厦场地位于深圳市南山区后海滨路与创业路交叉路口东南侧，为超高层建筑。场地占地面积12712.5m2，项目总建筑面积26.6万m2，地上45层，地下5层，高度为200m，是集办公、商业于一体的超高层综合体项目。建筑造型采用200m的双塔形式，取意为“海洋旗舰”。本建筑将以独特的建筑形象使其成为深圳后海中心区重要的地标性建筑，为中国海油在南方树立起崭新的国际级总部。

中海油大厦基坑最大开挖深度24.05m，根据建筑结构设计要求，本工程基坑划分为三个区域：核心筒区，挖深24.05m；塔楼框架柱区，挖深22.55m；裙楼区，挖深21.55m。

本项目基坑范围约为一矩形区域，南北向约150m，东西向约90m，基坑开挖面积12712.5m2，周长约465.85m，开挖深度21.55～24.05m。现场地较为平坦，地形略有起伏。

2 地层情况

根据钻探揭露，场地内埋藏地层的野外特征自上而下依次描述为：

2.1 人工填土层（Qml）

人工填土（地层编号①1）：褐黄、褐红、灰黄、灰褐等杂色，主要由黏性土混10%～30%砂砾组成，普遍混填石及碎砖等建筑垃圾。该层密实程度不均，结构较松散，未完成自重固结。各钻孔均见，层厚为4.90～10.80m。

2.2 基坑支护岩土设计参数

根据勘察报告，基坑支护岩土设计参数建议值详见表1。

3 项目基坑支护设计

3.1 本基坑支护设计特点

本基坑支护设计特点可归纳为：

3.1.1 本基坑项目属超深基坑，基坑周边管线较多，且距离开挖红线较近，地下室外边线距离场地红线较近，为支护必须要考虑的因素。

3.1.2 基坑西侧紧邻后海滨路，深圳地铁2号线隧道距离基坑最近为20.9m，对基坑开挖过程中的变形控制要求很高。

基坑安全等级根据相关规范要求，安全等级为一级。

3.2 支护设计方案

本工程开挖深度21.55～24.05m，开挖范围内存在强透水地层，且周边紧邻道路、管线和地下结构（地铁），受用地红线限制无放坡条件均需直立开挖，支护难度大，对沉降与变形要求高。

从经济、技术以及场地等情况综合考虑，本基坑采用“钻孔咬合桩+环撑”的支护形式。

3.2.1 基坑核心筒支护段。大厦为双塔楼布置，塔楼框架柱区域底板厚度为2.0m、塔楼核芯筒区域基础底板厚度为3.50m，考虑垫层厚度为0.15m，该位置塔楼框架柱区基坑开挖深度为22.55m（自地坪标高5.0m起算），核心筒开挖深度为24.05m。咬合桩分A、B两序桩，A桩为素砼桩，B桩为钢筋砼桩，桩体直径为1.2m，间距为0.9m，嵌固深度为10.0m，桩顶设为1.2m×1.4m冠梁。冠梁上方至地坪采用微型桩支护，微型桩桩径Φ300，内置16b工字钢，微型桩桩顶设置0.3m×0.3m冠梁，直立坡面挂网喷100mm厚C20砼。

3.2.2 基坑裙楼支护段。裙楼区域基础底板厚度为1.0m，考虑垫层厚度为0.15m，基坑开挖深度为21.55m（自地坪标高5.0m起算），咬合桩分A、B两序桩，A桩为素砼桩，B桩为钢筋砼桩，桩体直径为1.2m，间距0.9m，嵌固深度为10.0m，桩顶设为1.2m×1.4m冠梁。冠梁上方至地坪采用微型桩支护，微型桩桩径Φ300，内置16b工字钢，微型桩桩顶设置0.3m×0.3m冠梁，直立坡面挂网喷100mm厚C20砼。

3.2.3 基坑共有三道支撑，第一道支撑轴线相对±0.0标高-4.05m，第二道、第三道支撑轴线相对标高分别为-12.45m和-18.35m，并设置支撑围檩。

3.3 基坑设计参数

为保证该支护段止水效果，设计对该段基坑采用咬合桩进行支护，咬合桩设计参数为：

3.3.1 咬合桩施工工艺采用带套管钻进或（旋挖）桩，桩径为1.2m，中心距为0.9m，咬合宽度为0.3m，嵌固深度为10.0m。

3.3.2 咬合樁分为素砼桩及有钢筋笼桩，其中有钢筋笼的桩桩身采用C30砼，素砼桩采用C30超缓凝砼。

3.3.3 咬合桩施工时对每根桩桩心进行精确定位，并采取措施保证桩体的垂直度，从而获得较好的止水效果。

3.4 支护设计参数

3.4.1 围护结构设计参数。（1）钻孔咬合桩桩径为1200mm，桩中心距为900mm。嵌固深度为10.0m，保护层为80mm；（2）桩顶设一道1200mm×1400mm的冠梁，冠梁轴线相对标高为-4.05m；（3）咬合桩桩身砼等级采用C30，冠梁采用C30；（4）咬合桩垂直度控制为3/1000，咬合桩施工时注意清理孔底，确保桩深满足设计要求；（5）微型桩桩径为300mm，间距为1.0m（1.2m）内置16b工字钢，桩身采用2～4级碎石，注浆材料为P.O.42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45～0.5，冠梁为300mm×300mm，采用C30混凝土，桩间挂钢筋网并喷C20混凝土。

3.4.2 内支撑设计参数。按5.60m为相对标高±0.00m，第一道支撑轴线相对标高为-4.05m，第二道支撑轴线标高为-12.45m，第三道支撑轴线标高为-18.35m。

（1）环撑截面为2000mm×1400mm和2000mm×1200mm两种，C40砼浇筑；（2）水平支撑采用截面为1000mm×1400和1000mm×1200mm两种，C30砼浇筑；（3）冠梁截面1200mm×1400mm，腰梁截面为1200mm×1200mm，C30砼浇筑；（4）支撑立柱：支撑立柱桩为1200mm钻孔桩，立柱桩若不穿透砾质黏土层，桩长从基坑底以下至少需达到14m，若桩底到达全风化花岗岩层，则桩长从基坑底以下至少需达到10m，立柱采用直径700mm、壁厚10mm的钢管，内灌C30砼，钢管底部插入钻孔桩5.0m。

4 理正深基坑软件计算

本基坑支护设计采用理正深基坑软件进行支护桩设计计算，规范采用《建筑基坑支护工程技术规程》（SJD05-96），计算方法采用增量法，土体参数采用勘察报告及经验取值，对砂层等强透水层采用水土分算，对其他弱透水地层采用水土合算。

根据计算结果，剖面中各道支撑支反力最大，如图1所示：

在理正计算过程中，内支撑水平间距设定为8.0m，因此根据上述支反力计算结果，第一至第三道支撑冠（腰）梁的均布荷载分别为170kN/m、819kN/m和1166kN/m。

5 基坑变形计算

5.1 计算模型

本次计算采用专业岩土数值分析系统midas GTS软件建立本基坑支护结构的三维模型。在计算过程中，模型按照设计1∶1建模，支撑体系各构件截面尺寸见表2，立柱桩为700mm钢管砼，入坑底5m。

5.1.1 模型单元。（1）支撑梁：采用梁单元模型；（2）支撑立柱：采用梁单元模型；（3）基坑腰梁：采用梁单元模型；（4）各层支撑封板：采用平面单元模型；（5）基坑支护桩（桩径1.2m的咬合桩）：采用平面单元模型进行近似模拟，等效单元厚度设定为0.8m。

5.1.2 模型材料。本模型中基坑支护桩、内支撑、环撑、腰梁、立柱均采用设计对应材料的弹性模量及泊松比。

5.1.3 模型情况。本计算模型考虑基坑支护结构与地铁三号线福田站主体结构，其三维模型如下图2所示：

5.2 边界条件及荷载

本模型的边界条件设定如下：（1）基坑支护桩底端：位移固定，转动自由；（2）基坑立柱底端：位移固定，转动自由；（3）其他位置边界条件均为自由。

本模型的荷载条件设定如下：在基坑支护腰梁位置施加线性荷载，即由理正计算结果推算得到的线荷载值（自上至下分别为170kN/m、819kN/m、166kN/m的均

布力）。

设计中，立柱每层节点处最多有2个方向的水平支撑梁，第一层水平支撑断面尺寸为1.0m×1.4m，第二、三层水平支撑断面尺寸为1.0m×1.2m，立柱承载支撑自重按水平向跨度按12m考虑，混凝土密度为25kN/m3，计算得立柱所承载的支撑自重为2280kN。

坑底面以上立柱长20.4m，设计钢管立柱外径为700mm、壁厚为10mm，立柱内灌注C30混凝土，截面积为0.37m2，钢立柱自身截面积为0.01m2，钢密度为

78.5kN/m3，立柱自重为柱内混凝土与钢管材料自重之和，计算为208.08kN。

6.2 立柱插入立柱桩的深度计算

在两道支撑之间的立柱计算跨度取为上一道支撑杆件中心至下一道支撑杆件中心的距离。最低层一跨立柱计算跨度取为上一道支撑中心至立柱桩顶标高。

钢管立柱插入立柱桩的深度计算按下式计算：

设计钢管立柱插入立柱桩的深度为5.0m，满足要求。

6.3 混凝土构件受压验算

设计钢管内灌注C30标号混凝土，轴心抗压强度设计值取14.3N/mm2，钢管内径为690mm，混凝土抗压强度值为：

满足要求。

6.4 立柱压杆稳定验算

立柱为长细构件，需验算在基坑开挖过程中压杆的稳定性。立柱在基坑开挖深度内与三层支撑进行铰接，可分段进行验算。同时考虑在拆撑的工况中，在地下室负三层施工完成，拆除第二层水平支撑后，此时立柱在竖向方向跨度最大为最不利工况，也应按下式进行验算：

6.5 立柱桩入土深度计算

坑底范围内土层主要为砾质黏土、全风化、强风化花岗岩，详细描述如下：

6.5.1 第四系残积层（Qel）。砾质黏土（地层编号⑧）：褐红、灰黄夹灰白等色，由下伏粗粒花岗岩风化残积而成，原岩结构可辨，可～硬塑。光滑，摇振反应无，干强度中等，韧性高。各钻孔均见，层厚为5.20～42.80m。

6.5.2 燕山期侵入岩（γ53）。粗粒花岗岩：系场地内下伏基岩，粗粒花岗结构，块状构造。主要矿物成分为石英、长石及暗色矿物等。据其风化程度及裂隙发育程度的差异可将其分为全风化、强风化上段、强风化下段、中等风化、微风化五层（带），其描述如下：

第一，全风化层（地层编号⑨1）：褐黄、褐红、灰白、肉红夹褐黑色。原岩结构基本破坏，尚可辨认，裂隙极发育，岩芯呈坚硬土状，手捏可碎，浸水可捏成团，偶夹有强风化岩块。岩体基本质量等级为Ⅴ类。该层依据野外肉眼观察及标贯击数（30≤N<50击）综合划分。各钻孔均见，层厚为4.00～25.70m，顶板标高在-19.74～-50.96m之间。

第二，强风化层上段（地层编号⑨2）：褐黄、褐红、灰白、肉红夹褐黑色。原岩结构基本可见，风化剧烈，裂隙发育。岩芯多呈坚硬土夹角砾状，干钻困难，遇水易软化。岩体基本质量等级为Ⅴ类。该层依据野外肉眼观察、标贯击数（N≥50击）及声波测井结果综合划分，其纵波速度Vp一般为1300～1600m/s，平均波速为1513m/s。各钻孔均见，层厚4.00～34.00m，顶板标高在-32.15～-55.96m之间。

土层参数如表4所示：

由以上計算结果，并考虑施工因素等影响，对立柱桩设计入土深度为：立柱桩若不穿透砾质黏土层，桩长从基坑底以下至少需达到14m；若桩底到达全风化花岗岩层，则桩长从基坑底以下至少需达到10m。

7 结语

采用两种软件建立了数值和渗流模型并进行了分析，根据以上渗流模拟分析结果，可得出如下结论：在现有止水体系情况下，考虑渗透系数比值kv/kh=1～10变化时，数值结果显示，基坑开挖施工降水过程中，基坑外侧将形成降落漏斗，地下水水位最大降幅为1.5～7.0m。水位降落线均高于地铁隧道，可见支护设计方案中采用咬合桩止水帷幕的隔水措施能有效地保证基坑开挖降水不对地铁产生影响。

参考文献

[1] 基坑工程技术规程（DB42/159-2004）[S].

[2]熊智彪.建筑基坑支护[M].北京：中国建筑工业出

版社，2007.

[3]应惠清.土木工程施工新技术[M].北京：中国建筑

工业出版社，2012.

作者简介：贺杰（1979-），男，广东深圳人，上海交通大学学生，供职于华南国际工业原料城（深圳）有限公司，研究方向：房地产开发。

（责任编辑：小 燕）