某工程深基坑支护方案设计

张建文

（福州城建设计研究院有限公司厦门分公司，福建 厦门 361000）

与其他工程相比，深基坑工程更易受到环境因素影响。部分地区地质条件较差，土质松软。开挖深基坑时经常会出现边缘坍塌等问题，造成严重安全事故。同时，当前工程施工场地多为城市中心，建筑物与人口密集，一旦深基坑开挖环节出现问题，若后期支护工作没有做到位，也会导致周围构筑物出现不均匀沉降等现象，严重影响居民生活质量。因此，为有序开展深基坑支护工程，需设计出更详尽、科学的设计方案，有效规避施工期间出现风险事故。

1 工程概况

本项目位于深圳市龙岗区大鹏半岛葵涌街道，路线基本呈南北走向，城市快速路。本次设计隧道起终点桩号K1+810～K2+540，隧道全长730m，为中隧道。隧道在金葵丰花园南侧（K1+810）进洞，以R=820m左转曲线沿比亚迪小区西侧山体穿越，在海语山林西侧（K2+540）以直线出洞。隧址区沿线紧临金葵丰花园、比亚迪小区、海语山林小区，为减少隧道施工和营运对小区生活环境的影响，全线尽量采用暗埋式结构。

图1 隧道三维立体图

同时，考虑全线隧道傍山而行的地形和地质条件，采用合理结构形式，避免大挖大刷，K1+970～K2+210采用暗挖隧道型式，K2+270～K2+410.852采用右线暗挖法、左线明挖的半明半暗隧道型式，减少边坡开挖，K1+810～K1+970、K2+210～K2+270、K2+410.852～K2+540左右洞采用明挖法。隧道三维立体形态见图1。

2 地质水文概况

拟建隧道位于剥蚀残丘地貌区，隧道走向与山脊走向近乎平行。隧道进口端山坡坡度较缓，一般为 10°～15°。隧道中部山体坡度一般为 20°～45°，隧道出口端山体坡度较缓，一般为10°～15°，植被发育，水土保持较好。

区内地层结构较复杂，依据地质调查、物探和钻探揭示，地层由新至老依次由第四系人工填土层（Qml）、第四系冲洪积层（Qal+pl）、第四系坡积层（Qdl）、第四系残积层（Qel）以及燕山期侵入岩、侏罗系沉积岩、石炭系沉积岩等组成。

人工填土（层号①），含黏性土砾砂（层号②2）、圆砾土（层号②3）、粉质粘土（层号③）、砂质粘性土（层号④1）、粉质粘土（层号④2）、粉质粘土（层号④3）、⑤1全风化花岗岩、⑤2强风化花岗岩、⑤3中风化花岗岩、⑤4微风化花岗岩、⑥2强风化砂岩、⑥3中风化砂岩、⑥4微风化砂岩、⑦4微风化石灰岩等，区域内地质条件复杂多变，岩石风化程度不一。

地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水，孔隙水主要赋存于第四系土层中，均为弱含水，弱透水层。基岩裂隙微承压水，赋存于基岩风化裂隙中。地下水主要受大气降雨或山林中泉水以及葵涌河补给，测得地下水水位高程为26.55～59.75m。

隧道区基岩富水性较差，水量贫乏，地下水对隧道施工影响不大。但由于本地区降水量大，受破碎带和强烈风化影响，局部易形成透水带，在隧道施工时可能产生突水、涌水等突发情况。地下水对隧道施工有不利影响，隧道水文地质条件复杂。

3 支护难点

本项目基坑分布呈线状，西面沿线为山体，山坡坡度较缓，一般为10°～15°。东面沿线紧临金葵丰花园、比亚迪小区、海语山林小区，平面位置距离居民生活区13.15～22.55m（小区围墙）。

（1）基坑开挖深度为7.0～16.4m，属于深基坑范畴。

（2）基坑东面紧邻居民住宅区，基坑安全要求高，基坑变形控制较为严格。

（3）基坑沿线傍山而行，基坑开挖需要考虑山体边坡的安全稳定。

（4）地质条件复杂，地层岩性变化大，地勘钻孔有限，施工过程中地质可能存在偏差。

（5）本项目位于亚热带季风气候的沿海地带，基坑支护设计必须考虑施工期间度过雨季和台风季节，影响基坑的稳定性。

4 深基坑设计

4.1 基坑支护设计原则

深基坑支护设计方案必须确保支护结构的安全性，保证基坑周围道路及已施工和使用的地下管线、市政道路的安全，以此保证支护方案的安全性，并做到方案经济合理，满足我国建设工程的有关法规和规范要求，同时，遵循如下设计原则：（1）深基坑支护结构安全等级为一级，深基坑重要性系数对应为1.1，地面超载为20kPa。（2）深基坑支护结构平面布置应结合隧道结构的边墙尺寸、工作空间，并根据结构受力、变形情况和施工误差等予以合理放线施工。（3）深基坑采用理正深基坑计算分析软件，施工阶段控制支护结构的最大变形量应符合现行规范的相关要求。（4）基坑工程应遵循“动态设计、信息化动态施工”的原则，根据基坑监测数据反馈基坑实施情况，及时修正基坑设计参数，优化设计方案指导施工。

4.2 基坑支护总体设计思路

基坑支护结构的选型不仅要满足强度和变形需求，同时，要方便施工、工期可控。因此，选取方案应综合考虑地质、水文条件，周边环境，基坑开挖深度等多方面因素。本项目可采用复合土钉墙、灌注桩、地下连续墙等支护形式。经比较，因施工工艺简单，布置形式灵活，墙身强度大、刚度大,支护稳定性好、变形小，造价低等多方面优势，所以，选用灌注桩支护。

4.3 基坑支护结构设计

根据明挖隧道纵断设计路面高程、底板厚度和垫层厚度确定基坑开挖深度，再结合围护结构所处平面位置地层情况、基坑周边环境等因素，在基坑两侧分段并确定相应的支护结构剖面形式。

（1）K1+810～K1+860段：基坑开挖深度为5～7.4m，开挖深度较浅，隧道左右两侧采用1:1.0放坡+挂网喷射混凝土支护。左线基坑坡顶线距离小区围墙10.55m，右线周边空旷。

（2）K1+860～K1+970段：左线隧道边线距离奎丰社区18层混凝土房屋最近为27.96m，基坑坡顶线距离小区围墙8.55m，基坑开挖深度为9.6～14.5m，采用φ1 000@700旋挖咬合桩+2～3道锚索支护；右洞隧道位于整平后的场地，为减少土方开挖量，采用φ1 000@700旋挖咬合桩+2～3道锚索支护。K1+860～K1+970段基坑支护形式见图2。

（3）K2+210～K2+270段：左、右洞明挖，左洞基坑开挖深度为2.6～8.5m，左线基坑坡顶线距离17层混凝土房屋最近为15.9m，采用1:1.0放坡+挂网喷射混凝土支护；右洞隧道紧靠山体，基坑开挖深度为11.5～17.8m，采用φ1 200桩@1.6m旋挖咬合桩+3道锚索支护。

（4）K2+270～K2+410.852段：左洞明挖，右洞暗挖，先施工左洞明洞，左线隧道反压回填后，再施工右线暗洞隧道。左洞右侧设置φ1 200排桩@1.6m旋挖咬合桩+3道锚索支护，左洞左侧采用1∶1.0放坡+挂网喷射混凝土支护，左线基坑坡顶线距离17层混凝土房屋最近为12.0m。K2+270～K2+410.852段基坑支护形式见图3。

图2 K1+860～K1+970段基坑支护剖面图

（5）K2+410.852～K2+540段：左、右洞明挖，右洞隧道紧靠山体，右洞基坑开挖深度为12.3～14.5m，采用φ1 200排桩@1.6m旋挖咬合桩+3道锚索支护，左线基坑坡顶线距离17层混凝土房屋最近为16.2m，左洞采用1:1.0放坡+挂网喷射混凝土支护。

4.4 基坑支护结构计算

基坑采用明挖顺作法施工，结构分施工阶段和使用阶段进行。按“先变形、后支撑”的原则，采用“增量法”原理分阶段进行结构计算。围护桩按弹性地基梁计算，开挖面以下的土体采用一系列弹簧模拟，弹簧刚度K=A·K基，A为弹簧分担的面积、K基为地基土的基床系数。

采用理正深基坑软件对该基坑计算和设计，按照现行规程和基坑工程手册对最不利截面的排桩内力、位移和基坑整体稳定性、地表沉降量进行复核，均能满足规范要求。基坑周边均布荷载设计为 20 kPa。排桩内力位移包络见图4，地表沉降量见图5，整体稳定性验算见图6。

整体稳定安全系数Ks=3.465＞1.35（满足规范要求）。

由此可知，该基坑设计方案由甲方、施工方、监理方、设计人员多次优化并经专项方案论证，安全可靠、经济效益良好、有效缩短施工周期、节约投资成本。

5 基坑监测

图3 K2+270～K2+410.852段基坑支护剖面图

图4 内力位移包络图

图5 地表沉降图

图6 整体稳定性验算简图

基坑开挖采用信息法施工，严格监测锚杆、喷射混凝土、锚索、围护桩施工和土方开挖全过程。本项目基坑安全等级为一级，基坑监测项目主要有基坑顶部水平位移、竖向位移、深层水平位移、锚杆轴力、地下水位、周边建筑物观测、测点布置和布设间距，且要求符合现行监测规范。基准点设置在基坑开挖区域影响范围以外，并测得初值。通过项目工程基坑支护体系位移沉降监测，基坑水平、垂直位移趋于平稳，小于位移警戒值，符合沉降要求。

6 结语

市政基坑多位于城市中心，建筑物、人口密集的地带，施工场地有限、限制因素较多、地质条件复杂。因此，选择基坑支护结构方式尤为重要，应充分利用场地条件，节约投资、缩短施工工期，采用多种支护体系相复合的基坑支护方案。通过监测验证，基坑支护方案取得了理想效果，该方案的成功为复杂场地基坑支护提供了一定的技术参考。