复杂深基坑设计优化方法

胡义生

摘 要：结合工程实例，对场地工程地质条件、场地地下水以及周围环境进行了描述，重点介绍了深基坑设计及施工的合理优化，即地下室埋深、降水基坑支护形式、卵石层锚杆施工，只有对深基坑设计进行良好分析，才能降低施工难度，减少安全隐患，提升施工企业的经济效益。

关键词：深基坑 设计优化 支护 锚杆

中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（a）-0063-02

1 工程概况

工程位于某市北侧，原始地貌单元属河漫滩和Ⅰ级阶地结合部，场地地势起伏较大，各勘探孔孔口高程为325.93～335.77 m，最大高差9.84 m。根据钻探、人工探井、原位测试和室内土工试验分析结果，场地最大勘探深度范围内主要为全新统（Q4）、上更新统（Q3）、中更新统（Q2）和下更新统（Q1）地层，地下水埋深为7.10～17.50 m，基坑北侧有居民楼，西侧和东侧有道路。勘察单位给出基坑支护岩土设计参数如表1所示。

2 深基坑设计的合理优化

2.1 地下室埋深与基坑降水

該工程地下水稳定水位埋深13.15～14.18 m，根据区域资料：地下水位季节性最大变幅约3.00 m，同时原建筑设计方案主楼地下室埋深为-16.50 m，电梯井处埋深为-20.45 m，裙房埋深为-14.60 m，因此主楼基坑开挖须降低地下水位为3.8～4.0 m，电梯井处降低地下水位约8 m，裙房处降低地下水位约1.8 m，并且是降低卵石层水。其次根据地质勘察报告给出卵石层的渗透系数为80 m/d，显示为强透水层，按主楼电梯井处最大降深8 m计算，主楼如布置30余口降水井，中心区域只能降到7.5 m。为了在实际施工时降低降水的难度，经过设计人员反复沟通，可将主楼地下室埋深为-14.50 m，电梯井处埋深为-18.45 m，裙房埋深为-12.60 m。通过此种方式处理后，主楼只需降低地下水位1.8～2.0 m，电梯井处需降低地下水位约6 m，并要求距北侧住宅楼约30 m，但裙楼则无须降水。另外裙房部分布置的30余口降水井应全部取消，要在主楼外围布置20口降水井，电梯井处布置6口降水井，并减少降水井8～10口，推算出共要减少约40口降水井，同时按降水120 d计算，可节约工程造价40×120×350=1 680000.00元。以南侧和东侧不同开挖深度做支护结构进行经济型对比分析可知，开挖-12.6 m桩锚支的单位总价为19 860元，开挖-14.6 m 桩锚支护的单位总价为26 140元，其中单位造价是指桩间距为1.5 m，造价为1.5延米的造价。由此可以看出，南侧和东侧开挖深度减少2m 的基坑支护费用，每延米节约工程造价约4 200元，同样西侧和北侧节约的工程造价也基本相同，整个基坑周长约600 m，共节约工程造价250万元。

2.2 基于造价经济性上的复杂深基坑设计优化

护坡桩的设计一般都从地面开始，如果场地条件允许，可将桩顶标高降低，桩顶以上至地面放坡或采用土钉墙支护，以便于土方开挖及施工的合理组织。其次对于桩锚支护体系，桩顶以上放坡，则土压力减少，支护桩力臂随之减少，桩身弯矩亦大幅度减少，并且护坡桩的桩顶标高降低，不仅可促使护坡桩的桩长减少，同时由于土压力的减少，锚杆长度也可相应减少，因此，该设计可以降低工程造价。另外，该工程的杂填土比较厚，最深达14.2 m，并且其含有建筑垃圾，因此，给土钉墙施工带来很大困难。根据以往施工经验，建筑垃圾场地人工施工土钉很难成孔，往往需要采用施打钢花管替代人工成孔土钉，而建筑垃圾场地施工钢花管的长度一般不超过6 m，但若桩顶以上土层按自然放坡，虽然节约了支护工程造价，但增加了回填土的工程量与工程造价。根据计算分析，放坡的坡度在1∶0.5左右较为适宜，而当放坡坡度超过1∶1，特别是坡的高度较大时，后续回填土的工程量较多；此外当土钉墙坡度按1∶0.5划分，坡高为6.5 m，且土钉长度已达到10 m时，如果遇到建筑垃圾，可改用钢花管土钉施工，通过将其中一道土钉改为锚杆，用长度为13 m钻机成孔，方可满足土钉墙整体稳定要求。仍以南侧为例，将护坡桩桩顶放坡与不放坡做经济比较，二者相差见表2。

从表2可以看出，桩顶放坡比桩顶不放坡每延米节约工程造价3 020元，南侧和东侧约250 m，节约工程造价约77万元。

2.3 卵石层锚杆的方案优化

该工程大部分锚杆位于中密的卵石层中，卵石一般粒径为2～11 cm，最大粒径为68 cm，钻进困难且易塌孔，同时在使用带液压打击的锚杆钻机时，由于卵石粒径较大，套管外壁静阻力很大，钻进速度会受到影响，因此有些地方无法施工。为此，实际施工可采用潜孔钻机并可改变最初的单液压锤上打击、水排渣方法，方便上液压锤下冲击器可同时打击，并且也可用高压气体排渣的施工方法，利用套管进行护壁等措施，防止塌孔造成钻杆、钻头卡死等现象。其施工技术不仅按期完成了锚杆施工任务，还避免了施工效率低，人工费亏损的局面。

3 结语

总之，对于每一个基坑支护工程，在基坑支护设计阶段，从支护总体方案对支护结构应先进行优化，选择好的支护结构，在保证安全的前提下，可以大幅度降低工程造价，同时在建筑物规划设计阶段对地下室层高进行优化，不但可降低基坑支护造价，还可减少工程安全隐患，保证工期达到事半功倍的效果。

参考文献

[1] 徐杨青.深基坑工程设计的优化原理与途径[J].岩石力学与工程学报，2001（2）：248-251.

[2] 汪丽，张军平.复杂条件下深基坑支护的设计优化[J].土工基础，2016（12）：29-30.