高层住宅深基坑结构设计问题探析

2016-12-05王芙蓉湖南省邮电规划设计院有限公司湖南长沙410126

低碳世界 2016年22期

王芙蓉（湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙410126）

高层住宅深基坑结构设计问题探析

王芙蓉（湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙410126）

随着对于建筑工程要求越来越高，深基坑支护结构得到了广泛的应用。特别是随着密集建筑物以及大深度基坑周围复杂的地下设置不断增多，使得很多原有的深基坑方式不再适用于现阶段的情况，因此在今后的工作中，必须重视深基坑结构设计，本文即针对此做了具体分析。

高层住宅；深基坑；结构设计

引言

随着我国城市建筑行业的高层住宅的大量建设，越来越多的建筑企业的目光朝向高空和地下，因此许多高大建筑物在地下的层数越来越多，致使基坑的深度变大。基于此，只有使用更加合理、高效、科学的深基坑支护结构设计，才能够既保障了深基坑工程的安全，又使得工程造价经济节约，而且为工程的建设打好坚实的基础。

1 深基坑支护结构工程在我国的现状

这些年来，深基坑支护结构工程的设计技术一直是我国建筑行业所面临的技术难题之一，深基坑支护结构的设计工程以及施工工程都是在实践中慢慢完善的。随着改革开放的进行，建筑行业的快速崛起，建筑物的密度越来越大，高度越来越高，地下的层数越来越多，这些都对深基坑支护结构工程提出了越来越高的要求，但是由于技术方面的欠缺，深基坑质量不过硬导致的事故问题频频发生。当前，我国深基坑支护结构工程的现状有如下几个特点：

1.1 深基坑支护结构工程中深基坑的深度越来越深

在我国现在地皮价格昂贵、环境保护、人们利益等因素影响下，越来越多的建筑企业将建筑目标朝向了地下空间。在改革开放的初始阶段，在我国的大城市中也很难见到地下室，更不用谈中小型城市。但是，在现在的许多大城市甚至中型城市，地下3～4层已属常见，6～7层的建筑也时有发现，这些建筑的普遍深基坑深度有时候都超过地上的建筑高度。

1.2 深基坑工程施工地点的地质条件不好

在城市中，对于高大建筑物的建设不能和建设核电站、水电站等重要基础设施相比，对于核电站、水电站等的建设可以在广阔地域中来选择比较优越的地形来进行建设，但是对于城市建设，它只能根据城市规划的要求和需要来进行建设。所以，这通常导致深基坑支护结构工程选择的地质条件不过硬甚至很差。

1.3 深基坑支护结构工程的周围环境复杂、多样

由于现代大都市快速发展，城市剩余能够使用的地皮面积越来越少。很多情况下，建筑企业在基坑周边已经建成或正在建设或者紧邻重要城市建筑的地方再次进行深基坑支护结构工程的建设，这存在着不能保证自身建筑安全可靠的问题，也不能做到对周围建筑物的安全的保障。

1.4 深基坑支护结构工程的基坑工程事故多

深基坑支护结构工程是一个复杂而繁琐的过程，一个原因是因为在地下建设施工，很多地下的土壤层性质并不能用地上的常用方法来进行有效的测定，导致地下工程的实施不能像地上一样的实施；另一方面，对于深基坑支护结构工程的相关理论目前并不完善，导致在不同的地质条件下的建设过程中，所带来的计算方法有所区别，而且由于一些建筑企业本身的偷工减料，建设豆腐渣工程，这些都使得很多深基坑工程的基坑事故频繁发生。

2 工程实例

2.1 工程概况

某高层住宅工程共有地上20层，地下1层，其中地下一层为设备层，地上二十层为一体六户，为框架结构，采用了预应力混凝土管桩基础。该工程的地下室基底标高为-6m，设有地下车库，半地下车库基底标高-3.2m。工程整体基坑面积较大，场地东侧存在多栋旧楼房，而南侧、西侧也建成较多住宅楼房，北侧为交通要道。此环境下，该工程不适合放坡开挖，为了保证工程的质量和进度，需要进行一定的深基坑支护工作。

2.2 基坑支护结构设计

2.2.1 确定基坑参数

该工程场地地下存在较多排污沟、煤气管道、光纤等等，管线相聚较近，且西侧与南侧紧挨着一条公路。施工时，若是对管网造成损害，则导致较大经济损失。对该场地的地质环境进行考察发现，此处上部土层是结构较为松散的杂填土，下部则是软塑状的粘性土，土层整体强度不高，随着地层变化，土层的厚度出现较大变化。常规粘性土主要是粉土与砂土，直接影响到基坑安全。基坑开挖时，孔隙承压水也是一大重要影响因素。以勘测资料为依据，计算获得土层支护参数，作为土抗剪强度参考值，确定支护设计参数。

2.2.2 选择支护基坑方法

根据工程实际情况与该地区施工经验，综合考虑基坑施工造价、工期、安全性，对比分析不同的支护方案。根据开挖深度与施工环境，可将本工程地基坑支护分为BC、CD、AB、DE、EE、FG、GH、HA段，每段工程均按照由低价到高价、由简单到复杂顺序开展对比分析，最终选定如下方案：采用排桩与预应力锚杆联合支护的方法，在辅助坑内布设止水帷幕，做好坡顶减载、反压土体、坑内深水降水，确保支护体系完整。

2.2.3 设计基坑支护

①设计支护桩与锚杆。该基坑所有支护段均在放坡平台下方设置，共设置3排锚杆，均采用二次注浆预应力锚杆。全面分析阳角锚杆交叉受力不利因素，为了充分发挥同层锚杆抗拔力，按10°、5°、20°对阳角两侧的同层锚杆进行设置，每个锚杆断面均设为165mm，采取水灰比0.45～0.5的纯水泥浆注浆，以强度为C25的桩身混凝土钻孔灌注桩为支护桩。②对基坑支护进行计算。本工程设计道路荷载压力30kPa，坡顶施工荷载11～16kPa，建筑荷载16kPa/层。根据郎肯土压理论设计土压的分布，核算水压力，临时结构调整系数1.0，被动土压力折减系数1.0m，使用极限平衡法计算。

2.3 设计基坑的降水

该基坑在施工的过程中，在进行地下室开挖施工时，工程会跨入到丰水期，根据此地区的施工经验，本工程厂区承压水位的标准高度为19m，为了保证工程经济性和安全性，根据实际的施工情况，决定使用减压降水的方法进行施工，根据相关要求，基坑降水设计要具有良好的安全性，本基坑在施工时，基坑安全系数设置为1.0～2.0m，在设计降水时，该基层中承压水头降低10.0～11.0m时，可以达到设计要求。通过进行降水试验，设计场地承压水层的参数为：K=17.0m/d，R=220，经过使用经验公式进行估算，本基坑的涌水量为21000t/d，并且降水井中的水主要来自砂层中的地下水。根据此砂层的含水渗透性和颗粒特征以及经济性来看，基坑内部降水单井的抽水量设计80t/d，因此，降水井需要的数量为：

此外，对基坑周围40m范围中的地下水情况进行模拟分析，在这个范围中承压水水头的降低值为6～10m，会导致地面附加量出现30～60mm的沉降量，不均匀沉降也会降低到1‰，基坑最高沉降量在枯水期会降低，因此，在设计此基坑时，对周围的环境不会产生不利影响，和沉降监测结果相同。

2.4 基坑施工现场的监测

对基坑施工现场进行监测，主要目的是为了基坑可以顺利开挖。经过监测，四周的道路和管网有沉降变形的情况出现，基坑边坡和支护桩的土体均出现了水平位移和沉降变形的情况。在监测的过程中，使用精确度比较高的垂直钻孔测斜仪，WRM－3型分层沉降位移计对土体的分层沉降进行检测，使用WUT高精度位移计对水平位移进行检测，并利用S1水准仪对地表的沉降情况进行监测。基坑在开挖完成后，分析了具体的沉降结果。其中，支护结构在水平方向出现的最大位移值为1.0cm，基坑周围地面的最高沉降为1.2cm，而设计的基坑四周裂缝最大值为1.0cm，符合设计要求。当基坑挖掘到7.3m的深度时，理论预测值和土体位移监测数据大致相同，最高位移在基坑底部1～2m，最高位移值为1.5cm。