某深基坑支护体系方案选型设计分析

王翠英，邓 超，汤 黎，邓 芳

某深基坑支护体系方案选型设计分析

王翠英，邓 超，汤 黎，邓 芳

（湖北工业大学土木建筑与环境学院，湖北武汉430068）

通过对常州市轨道交通1号线一期工程控制中心基坑维护设计，结合该深基坑周围附属建筑物、构筑物，道路，地下车站、管线、管网等工程简况，以及该地区土层分布和水文地质等不同的环境条件，并结合钢筋混凝土桩、预应力锚杆、钢筋混凝土内部支撑、深基坑降水等基坑支护理论，利用天汉软件系统分析了多种支护方式的共同使用在深基坑支护体系中发挥的高效性、安全性、经济性，由此探讨此深基坑的支护方案。

深基坑；灌注桩；锚杆；支护体系

高层建筑对深基坑支护标准有着更为严格的要求。在深基坑的开挖施工过程中，不仅要严格控制基坑的变形，而且还要确保深基坑周围建筑物、构筑物以及地下水电管线不被损坏。此外，根据各个地区土质及水文地质条件的复杂程度不同，过去单一的基坑支护方案已很难满足基坑周围复杂地质环境的要求。因此选择的支护方案既要保证支护结构安全稳定，又要兼顾工程施工成本、工期的要求。

1 工程概况

1.1 基坑简况

常州市轨道交通工程控制中心地处和平中路以西，中吴大道以南，靠近轨道交通1号线所在的的茶山站。地铁控制中心用地面积为16 000m2，地上建筑分为24层，高度为100m，裙房建筑部分分为8层，建筑面积61 000m2；地下室深度13.00m，分为两层，建筑面积为40 000m2。基坑开挖面积为18000m2，基坑周长为600m。

1.2 基坑周边环境

本工程的基坑形状大致呈长方形。该基坑北侧为地铁1号线茶山站，使用的是桩基础。北侧沿基坑边地下铺设有给排水管道，供电管线，电信光塑管等管线，具体位置及埋深不明。东侧为和平中路，沿路边地下铺设有给排水管道、电缆等管网设施，管道的具体位置及埋深不明，由总平面图可知，东北侧管线在基坑开挖范围之内。南侧和西侧为一般性建筑和住宅。基坑四周环境比较复杂，未能确知周边建筑物基础和管线具体位置。

图1 基坑及周边平面图

1.3 基坑工程地质及水文地质条件

1.3.1 工程地质条件 工程地质条件见表1。

1.3.2 场地地下水类型 主要分为上层滞水和承压水。拟建场地基坑有关的地层有③2、⑤1、⑤2、⑤3、⑥1、⑥2、⑥3层，其中透水性较强的是⑤1、⑤2、⑤3层粉土、粉砂层，其余各土层为粘性土，透水性较弱。

2 支护方案的比选

在建筑工程领域，根据各地区地质条件复杂程度和支护的结构原理，基坑支护方案种类多种多样，结合常州基坑地质勘探资料，进行各种支护方案的比选［2］。

表1 地层特性表

表2 基坑有关的地层透水性

2.1 放坡支护方案

这种方案其比例为1∶1.0到1∶1.5之间，适用范围：基坑四周比较开阔，周围无建筑物或者建筑物距离较远，无地下管线。本工程开挖最深达13.40 m，若按此方案施工，则可能放坡到场地以外，没有施工场地，放坡支护不适宜。

2.2 喷锚支护方案

这种方案多应用于粘性土等边坡，一般来说支护深度小于6m，本工程基坑为超过13m的深基坑，远远大于6m，喷锚支护不适宜。

2.3 悬臂排桩方案

这种方案多应用于悬臂高度不超过6m的基坑，当基坑底部为软弱土层时不宜采用。本工程基坑支护桩深度达20m，明显超过6m，悬臂排桩不适宜。

2.4 型钢水泥土搅拌桩方案

与其他支护方案相比，这种方案由于结构刚度偏小，一般多用于深度在12m以内的基坑，且型钢可以回收利用，降低工程费用。本工程基坑深度13.4m，基坑在开挖过程中会产生较大的位移和沉降，由此容易引起搅拌桩的开裂导致渗漏，型钢水泥土搅拌桩不适宜。

2.5 地下连续墙方案

这种方案止水效果好、刚度大，有效的避免了地下水的渗漏。且占用场地小，多适用于深度超过15 m的软土基坑。不过地下连续墙造价高，对于外墙有很高的防渗要求，地下连续墙不适宜。

2.6 钻孔灌注桩＋止水帷幕方案

这种方案多应用于基坑开挖深度不超过15m的软土地区。本基坑工程采用深井降水，不需要采用止水帷幕，此方案不适宜。

3 支护方案的选择

结合本基坑工程的工程地质条件和基坑特点，对于开挖深度不小于9m的基坑，相比之下，切实可行的支护方案为钢筋混凝土钻孔灌注桩加预应力锚杆或内撑式支撑及双排桩支护。这种复合式的支护方案是一种经济的支护方案［3］。在一些较深的且形状不规则的基坑中，内支撑应用相当广泛。此外，内支撑能够减小基坑的位移和内力变形，增加基坑的整体稳定性，对周边环境影响较小。在基坑平面中，内支撑可以更为灵活地布置，便于土方施工的开挖，缩短工期。因此通过设置内支撑、锚杆等组成的支护体系，在很大程度上可提高基坑的稳定性。

本基坑平面面积特大，形状大致呈长方形，东西方向跨度很长，经综合比选决定对拟建场区采用如下的支护方式：BCDE长度部分，EFGH长度部分，HJ长度部分采用灌注桩加内支撑的支护形式，局部区域采用双排钻孔灌注桩；BAKJ长度部分采用钻孔灌注桩加锚杆的支护形式。

图2 基坑支护平面图

4 支护结构设计计算

4.1 采用《天汉系列软件》2010弹性抗力法对桩锚

支护进行计算

4.1.1 桩锚支护计算BAKJ长度部分锚杆设计 第一排锚杆：锚头标高－4.30m，锚杆倾角15°，锚杆横向间距1.4m。第二排锚杆：锚头标高－9.30m，锚杆倾角15°，锚杆横向间距1.4m。

天汉软件模拟得出如下受力分析图见图3－6。

图5 弹性抗力法桩弯矩分析图

图6 弹性抗力法桩剪力分析图

桩排结构设计参数，间距为1.4m、直径为1m、桩长为18.0m、嵌入深度为8.6m、满足桩长构造要求。最大弯矩在桩顶向下15.2m处，为517kN· m，最大位移在桩顶向下6.7m处，为11mm。桩身弯矩设计值：（正工况）为843kN·m，撑锚力设计参数：锚杆1轴向拉力设值：（正工况）为158kN／根，锚杆2轴向拉力设计值：（正工况）为210kN／根。

4.1.2 天汉软件桩大样图可知支护桩的构造配筋主筋20根直径22mm的HRB400级钢筋，定位钢筋直径为16mm，间距为2000mm的HRB400，螺旋箍筋直径为8mm，间距为200mm。

4.1.3 锚杆长度计算与选定 A－B和K－J长度部分第一层锚杆取22m，第二层锚杆取17m，采用7股直径15.24mm的预应力钢绞线，预应力抗拉强度设计值γP为1320N／mm2。对钢绞线锚杆张拉施工工艺控制系数γP取0.9。均采用2根直径为25 mm的HRB400级钢筋。A－K长度部分第一层锚杆取17m，第二层锚杆取16m，采用7股直径15.24 mm的预应力钢绞线，预应力抗拉强度设计值A＝为 1320N／mm2。对钢绞线锚杆张拉施工工艺控制系数mm2取0.9。均采用2根直径为25mm的HRB400级钢筋。

4.1.4 冠梁设计

1）桩顶设一道冠梁，混凝土冠梁宽1000mm，高600mm。顶标高－4.0m混凝土强度等级均为C35。2）冠梁以上坡面及冠梁以下垂直开挖段均采用钢筋挂网喷射混凝土，混凝土设计强度为C20，厚度（80±20）mm，水泥采用32.5MPa水泥，m（水泥）∶m（砂）∶m（石子）＝1∶2∶1.5，粗骨料粒径不大于15mm。钢筋网规格为200mm×200mm（6.0 mm），土钉为22钢筋，长度为0.50～1.00m。

4.2 采用《天汉系列软件》2010弹性抗力法对桩撑支护设计

4.2.1 支护桩设计

1）BCDE、EFGH、HJ长度部分支护桩采用钻孔灌注桩：桩直径为1000mm，支护桩中心距为1400mm，支护桩长18m，布置基坑四周；混凝土强度为C35。

2）CD、FG长度部分、B点、J点局部采用双排钻孔灌注桩，其中CD长度部分局部增设10根钻孔灌注桩，桩中心距为2800mm，前后排桩中心距为3000mm；FG长度部分局部增设11根支护桩，桩中心距为2800mm，前后排桩中心距为3000mm；B点局部增设5根钻孔灌注桩，桩中心距为2800mm，前后排桩中心距为3000mm；J点局部增设5根钻孔灌注桩，桩中心距为2800mm，前后排桩中心距为3000mm；钻孔灌注桩长18m。混凝土强度为C35。

4.2.2 支护桩桩顶冠梁设计 为了增加支护桩的整体刚度，支护桩顶设置钢筋混凝土冠梁：1000mm× 600mm。支护桩主筋插入冠梁内500mm，混凝土强度为C35。见图7。

图7 支护桩大样图

4.2.3 内支撑腰梁设计 支撑腰梁采用钢筋混凝土梁：1400mm×1400mm；内支撑主梁和次梁均为钢筋混凝土梁，截面尺寸分别为：800mm×800mm，600mm×600mm，混凝土强度为C35。

4.2.4 内支撑立柱 内支撑立柱采用钢立柱，为防止底板渗水，在底板与钢立柱连接处设置止水带。

4.3 地下水控制设计

本基坑工程承压水含水层为⑤1、⑤2、⑤3层，粘土、砂质粉土、粉砂层，根据工程勘察报告，本基坑承压水位的标高为1.8m，埋深3.1m，高出基坑底板10.0m。为了保证基坑底部稳定，可根据基坑逐层开挖深度，布置降水井降低承压水头。

5 总结

掌握基坑场地地质资料，在基坑开挖前，结合勘探资料，熟悉了解基坑周边的环境，周围的建筑物、构筑物的分布及其结构类型，并及时向市政、规划等政府部门弄清基坑四周及地下水电管线的位置，埋深以及规划等资料。结合基坑的地质资料，对各种基坑支护方案进行分析对比，并结合先进的施工技术、施工工艺、材料等因素，确保支护安全的前提下，以简单经济为原则［4］，确定基坑支护的最优方案。

［1］ 刘伟贤.深基坑支护方案选型案例分析［J］.建筑安全，2011（2）：51－52.

［2］ 符新军.浅谈常州某深基坑支护方案选型［J］.山西建筑，2011，37（18）：39－40.

［3］ 王晨，孙正鹏.某深基坑支护设计方案的选型分析［J］.科技信息，2011（20）：311－312.

［4］ 瞿鸣慧，李维滨.深基坑支护结构方案选型的应用实例分析［J］.山西建筑，2007，33（28）：122－123.

A System of Deep Foundation Pit Supporting Scheme Selection

WANG Cuiying，DENG Chao，TANG Li，DENG Fang
（School of Civil Engineering，Architecture and Environment，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China）

Through the foundation pit maintenance design of of the control center of the Phase I project of the rail transit line 1of Changzhou City，combining with the deep foundation pit surrounding ancillary buildings，structures，roads，underground station，pipeline，pipeline engineering situation，and the region distribution and hydrogeologic different environmental conditions，and combining with the reinforced concrete pile，prestressed bolt，reinforced concrete internal support，deep foundation pit precipitation，such as foundation pit supporting theory，this paper uses the Tianhan software system to analyze efficiency，safety，and economy of the mutual－utilization of the multi－supporting methods in the deep foundation pit supporting system.The supporting scheme is to be discussed for deep foundation pit.

deep foundation pit；bored piles；anchor；supporting system

TU46

A

［责任编校：张岩芳］

1003－4684（2017）04－0097－04

2016－06－01

王翠英（1965－），女，内蒙古包头人，工学博士，湖北工业大学教授，研究方向为深基坑支护与深井降水