武汉永清商务区A4-3区基坑支护设计探讨

李 剑 周 亮 王 潇

(湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051)

武汉永清商务区A4-3区基坑支护设计探讨

李 剑 周 亮 王 潇

(湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051)

根据武汉永清商务区A4-3地块工程地质及周边环境状况，采用钻孔桩+内支撑+支护桩外侧采用搅拌桩止水的综合手段对本基坑支护结构进行了设计，对类似的较复杂基坑结构设计与施工有一定的借鉴作用。

基坑，支护结构，内支撑，设计参数

1 工程概况

拟建的武汉永清商务区位于武汉市江汉区永清街中部，东南临长江，西南至山海关路与江岸区四唯街毗邻，西至解放大道与江岸区劳动街接壤，东北至黄浦大街与二七相连。武汉永清商务区参照上海太平桥地区重建项目的发展模式，将打造成集住宅、办公楼、酒店、零售、餐饮、娱乐等多功能设施的市中心综合发展项目，以配合整个武汉市国际化发展的远景规划和发展战略，将成为武汉江汉区最大的商务建筑群，其中永清商务区A4-3区规划为餐饮、娱乐区，其总建筑面积约38 890 m2，高62.75 m，地上12层，地下1层，采用钢筋混凝土框架—剪力墙结构，建筑平面形状近似呈长方形，其基坑开挖面积约7 420 m2，支护周长约340 m，工程±0.00相当于标高25.00 m，现场自然地面标高为-0.40 m，基坑开挖深度为-5.90 m，基坑支护安全等级为一级。

2 工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

拟建的武汉永清商务区A4-3区场地地貌属江汉冲积平原，地势平坦，地形开阔，地面高程24.85 m～25.21 m，最大高差0.36 m。

根据勘察报告，与本次基坑支护设计有关的地层从上至下分述如下：

①杂填土：杂色，主要由粉质黏土夹建筑垃圾及碎石组成，呈稍湿、松散状态。

②1黏土：灰褐色，含有腐殖物，有机质含量在2.1～2.4之间，呈饱和、软塑状态。

②1-1淤泥质黏土：褐灰色，含腐殖物，无摇振反应，光滑，干强度中等，韧性中等，局部相变为黏土，呈饱和、软塑～流塑状态。

③1黏土：黄褐色，含铁锰质氧化物，无摇振反应，光滑，干强度中等，韧性中等，局部相变为粉质黏土，呈饱和、可塑状态。

③1-1砾砂：青灰色，含石英，云母矿物质，局部相变为粉细砂，偶夹薄层粉质黏土，呈饱和、中密状态。

2.2 水文地质条件

拟建场地地下水主要分为上层滞水和承压水，上层滞水主要赋存于第①层杂填土和第②1层黏土中，受大气降水、地表水、生产生活用水的渗漏补给，水量不大。勘察期间测得上层滞水埋深变化在0.80 m～3.10 m，相当于标高24.39 m～21.84 m。

承压水主要赋存于第③1-1砾砂层中，以第③1黏土层为相对隔水顶板，其含水层厚度大，由于场地紧邻长江，故承压水与长江有密切的水力联系，二者为互补关系。勘察期间，测得承压水水位为9.90 m，相当于标高15.34 m左右。依据现场抽水试验报告，场区承压水含水层③1-1砾砂层综合渗透系数K=15.64 m/d，影响半径R=110 m。

3 基坑支护结构设计

3.1 支护结构设计参数选取

勘察揭露深度范围内，基坑侧壁主要为第①层杂填土、第②1黏土、第②1-1层淤泥质黏土和第③1层黏土组成，坑底主要为第③1层黏土和第③1-1层砾砂，根据勘察报告，结合地区经验，基坑支护工程采用各土层参数见表1。

表1 基坑支护各土层有关指标表

3.2 支护结构设计

依据基坑场地周边的环境条件和地质水文条件，基坑采用钻孔桩+钢筋混凝土内支撑支护，支护桩外侧采用搅拌桩止水。内支撑截面(高×宽)为0.7 m×0.7 m；钻孔桩桩径800 mm，桩中心间距1 200 mm，具体基坑支护设计平面图见图1。

3.3 内支撑结构有限元分析

为了全面的掌握基坑开挖过程中基坑支护结构的变形情况，本文利用有限元法，对基坑支护结构及开挖过程进行计算，计算结果更能直观的反映基坑开挖过程中结构的受力及变形情况，对于基坑支护设计起到了指导作用，基坑内支撑结构有限元计算中，共计节点单元174个，杆单元335个，杆单元荷载73个，节点约束总数4个，基坑内支撑支护结构轴力、剪力、弯矩、位移图见图2～图5。

1)计算所得支撑轴力最大发生在正北侧圆环梁，最大轴力约为5 405 kN；

2)计算所得最大桩身剪力约为831 kN·m，计算所得最大桩身弯矩约为1 291 kN·m，均产生于基坑右下角，设计中已经加强配筋；

3)开挖至坑底计算所得最大位移为32 mm，发生在西侧圆环梁，实际设计中已经采用双排桩进行支护加强。

3.4 小结

根据有限元计算结果对支护体系进行分析计算，综合各项因素，确定结构的截面及配筋形式，最后形成方案图。综合上述，通过上述校核计算，基本能反映基坑开挖过程中的整体变形趋势情况，结合剖面计算情况，在开挖过程中能直观的了解该基坑整体变形及受力情况，有很好的参考及指导作用，但由于该基坑形状的不规整，故基坑转折端段应力较为集中，但通过局部支护加强，通过剖面及有限元计算结果综合进行结构设计，是安全、合理且可行的。

4 基坑降水及监测设计

4.1 上层滞水治理

对于上层滞水，采取疏、堵结合的方法。

1)在坡顶、坡底设置截排水沟，过水断面尺寸为 300 mm×300 mm，采用灰砖砌筑；

2)在坑底设置若干集水坑，汇集上层滞水后，用水泵抽排至明渠；

3)支护桩间设置土钉挂网喷混凝土护面；

4)基坑支护桩后设置第1排～2排隔水帷幕。

4.2 承压水治理

基坑开挖过程中，对基坑抗突涌稳定性影响较大的土层为第③1-1层砾砂层承压含水层。勘察期间，测得承压水水位为9.90 m。开挖过程中，必须有效控制承压水水头埋深，防止基坑发生突涌事故，因此，必须进行基坑突涌验算。

DB 42/159—2004按照基坑工程技术规程，可按以下公式进行承压水抗突涌验算：

kty·Hw·γw≤D·γ

(1)

其中，kty为坑底突涌抗力分项系数(根据规范取值1.2)；D为坑底至承压水层顶板的距离(根据勘察资料取4.2m)；γ为D范围内土的平均天然重度(本文取19.1kN/m3)；Hw为承压水水头高度(根据勘察资料取9.9m)；γw为水的重度(本文取10kN/m3)，经验算kty=0.81<1.2，不能满足坑底抗突涌要求，需采用减压降水，经计算承压水头降低2.1m后，kty=1.21>1.2，可满足基坑抗承压水突涌设计要求。

考虑拟建场地紧临长江，汛期不能进行土方开挖施工，本次降水设计按枯水期承压水位值进行减压降水设计，承压水初始水位标高取13.5m，取含水层综合渗透系数K=15.64m/d。

按照DB42/159—2004基坑工程技术规程，管井降水抽排总量Q可按以下公式计算：

Q=2πk0SR0

(2)

(3)

其中,F为基坑面积(本文取7 420 m2)；S为承压水水位下降设计值(本文取2.1 m)；k0为含水层综合渗透系数(本文取15.64 m)；R0为基坑等效圆半径(本文计算得48.6 m)，计算得Q=9 547 m3/d。

故根据计算成果及场区周边降水经验，本区域共设置8口降水井，其中2口备用井兼作观测孔，单井涌水量按1 200 m3/d、抽水井影响半径按110 m、井深按35 m设计。

降水引起的地面沉降量可按以下公式计算:

(4)

具体水位降幅等值线图和沉降等值线图见图6,图7。

根据计算，基坑承压水降幅最小约3.0 m>2.1 m，满足坑底承压水突涌设计要求，基坑降水产生的最大附加沉降约22 mm，其不均匀沉降率小于1‰，而一般框架结构和砖混结构的工业与民用建筑允许的不均匀沉降率为1‰～5‰，可以认为基坑降水不会对周围环境造成破坏。

5 结语

随着高层建筑的不断增加，基础埋深也随之不断增加，并因此出现了大量的深基坑工程，由于内支撑支护结构刚度大，整体性好，可以严格的控制基坑变形，而且布置灵活，适应于不同形状的基坑，大量施工监测案例证明，采用内支撑支护结构的基坑位移小，施工质量容易得到保证。

管井降水设备较简单，排水量大，降水较深，易维护，适用于含水层厚度大、渗透系数较大的土层，管井埋设的深度和距离布置灵活，可根据需降水面积、深度及渗透系数确定。

本文针对武汉永清商务区A4-3区基坑的工程地质、水文地质、周边环境等因素，采用钻孔桩+钢筋混凝土内支撑支护，支护桩外侧采用搅拌桩止水，基坑采用管井降水的综合手段，对该基坑支护结构和降水工程进行了设计，对于类似较为复杂的基坑支护结构设计有一定的借鉴作用。

[1] 秦四清.深基坑工程优化设计[M].北京:地震出版社,1998.

[2] 龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[3] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[4] DB 42/159—2004,基坑工程技术规程[S].

[5] 尉希成，周美玲.支挡结构设计手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2004.

Discussion on supporting for Wuhan Yongqing A4-3 business district

Li Jian Zhou Liang Wang Xiao

(HubeiCommunicationPlanningandDesignInstitute，Wuhan430051,China)

Based on the engineering geology and surrounding environment of Wuhan Yongqing A4-3 business district, this paper designs the foundation pit supporting structure by using the integrated method of mixing pile and inner support & supporting pile. The similarity is more complicated. The design and construction of foundation pit have some reference.

foundation, retaining and protecting structure, inner bracing, design parameters

1009-6825(2017)21-0066-03

2017-05-19

李 剑(1981- )，男，硕士，工程师

TU753.8

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