某城市广场基坑支护工程设计与实践①

周丽维， 许华南

(1.龙岩学院后勤基建处,福建 龙岩 364012;2.龙岩学院资源工程学院，福建 龙岩 364012)

0 引 言

深基坑工程是一门新型学科，综合了工程地质、土力学、原位测试技术、基础工程、结构力学、土与结构相互作用、施工技术以及环境岩土工程等多学科的问题。场地地质条件、地下水的分布以及具体工程要求等因素都会产生一定的影响。

目前，在很多深基坑支护工程现场，已经发生过不少致命的事故，造成了经济上无法挽回的严重损失，建设工期也遭到了很严重的延误，极大地影响了城市建设的发展，因此，研究深基坑支护的安全性、经济合理性以及可靠性是很有必要的，具有重大的工程意义。本文以某城市广场为例，根据场地基坑地质条件和周围环境的特殊性，选择钻孔灌注桩支护方案、土钉墙支护方案、放坡开挖方案，并结合理论[1-5]，对支护结构体系的支护设计做了整体验算和分析，分别进行了抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性、整体稳定性、抗拉承载力验算等，并与规范要求作比较，实现信息化施工，保证施工的安全可靠和经济合理。

1 工程概况

拟建某城市广场场地位于市某街道，世纪大道以东，迎宾路以南，长兴路以北，场地内在西北侧分布有临时售楼处，无地上或地下管线通过。本项目由3栋高层住宅楼(31层)、1栋高层办公楼(22层)以及3层商业裙楼、2层整体地下室组成。基础型式拟采用桩基础或天然地基(裙房及纯地下室)，预计基础(承台)埋深1.20～1.50m。

拟建场地的原始地貌概况如下：地层结构于残坡积台地区较为简单、而在冲洪积阶地区则中等复杂，场地原为市某消防中队用地，局部为农田、荒地，后局部改造为临时活动用房用地或停车场。地势趋势总体为北高南低，通过勘测，各钻孔的孔口标高约为11.82～18.53m。

2 水文地质条件

拟建场地富含深埋较大的地下水，大部分赋存和运移于杂填土、中砂的孔隙及残积土和全风化的花岗岩、(砂砾状)强风化岩孔隙和网状裂隙，以及下部的碎块状强风化岩和中风化岩的裂隙中。在残坡积台地主要是潜水，而在冲洪积阶地的地区，上部杂填土中主要为上层滞水，在粉质粘土层之下的每个含水层内，地下水基本上均具有一定程度的承压性，其中，残积土和全风化岩以及(砂砾状)强风化岩具有一定的微承压性。地下水大部分为大气降水以及附近水层的侧向渗流补给，并顺着原地形倾向由西北向东南渗流以及排泄。

3 设计条件

3.1 设计依据

1.厦门某勘察研究院编制的《某城市广场岩土工程勘察报告》(详细勘察)；2.地下室相关结构图纸；3.总平面图；4.《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)；5.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2012)；6.《建筑地基基础技术规范》(GB50007-2011)；7.《福建省建筑地基基础技术规范》(DBJ13-07-2006)；8.《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)；9.《岩土工程勘察规范》(DBJ13-84-2006)。

3.2 基坑特点分析

该基坑工程四周的环境相对复杂，其中位于北侧的地下结构边线距离迎宾路约8m，而西侧与世纪大道距离约13m，南侧与二号路的距离为5m，东侧则距离三号路约为5m。场地四周市政道路下均埋设有给、排(雨)水管及电力、燃气、通信等各种管道(线)，工程开工前应向相关单位搜集相关地下管线图，并根据其埋深、走向及基坑开挖对其的影响程度，采取相应的防护措施，以确保安全。另西北角临时售楼中心及北侧部分临时活动用房尚未拆除，应结合工程进度采取相应的处理措施。

3.3 基坑重要性等级

拟建工程的二层地下室测得总高度约为8m，再算上其底板的厚度共约10.11～10.60m，基坑周边环境比较复杂，施工过程难免会带来较严重的损毁后果，基坑的深度≥6.5m，地质条件一般，地下水的位置比较深，但对施工造成的影响甚小，根椐设计依据9，将本工程的安全等级评定为二级。

4 基坑支护设计方案比选

国内常见的基坑支护方案有：钻孔灌注桩、地下连续墙、土钉墙、放坡开挖等支护方案。按照“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则，基于前文所述该工程基坑的特点、重要性等级评定结果，本文对所有的基坑支护方案的优缺点和对不同工程条件的适用性进行总结和深入了解，再结合场地和地下水文的具体地质条件及周围复杂的施工环境对基坑支护结构的潜在影响，并保证基坑土方的开挖工作、地下室结构的建设满足相关施工要求的情况下，选定了以下支护方案：场地四周为已有道路，基坑南侧土层相对较好，基坑开挖深度较浅，对于基坑侧壁位移要求较小，故要先保证安全再考虑经济适用，经研究采用放坡开挖的支护形式；东侧与西侧由于基础埋深不一致且土层变化较大，两侧各分为两个土钉墙支护形式进行支护；基坑北侧由于空间较小，且北侧有一个耳洞，要求基坑侧壁土体位移不能影响已有道路及地下管线，故设计采用钻孔灌注桩支护形式。

5 项目基坑支护计算分析

选定支护方案之后，本设计选取了代表性剖面，根据所配置的支护参数，依次从放坡开挖、土钉墙、排桩等三种支护形式入手进行整体稳定性验算、抗滑动及抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性、抗拉承载力验算和分析，并与规范要求进行比较。

5.1 放坡开挖设计计算

基坑南侧放坡高度3.8m，按1：1进行放坡，对坡面采用短土钉挂网护面。开挖时注意对上部土层进行保护。钢筋网规格：面层钢筋网采用Φ8@200×200。喷射混凝土厚度80mm，混凝土强度为C20。主要选取1-1剖面进行验算。剖面1-1侧基坑土层参数如表1所示。

表1 剖面1-1侧基坑土层参数表

采用条分法(计算简图如图1所示)对整体稳定性验算进行计算分析，以基坑坡脚为原点，取点(0.160，8.052)为圆心，半径r=8.054m，土条宽度为0.8054m，通过理正深基坑7.0PB3软件的精确验算，求得安全系数KS=1.897，满足规范要求。

图1 条分法计算简图

5.2 土钉墙支护设计计算

本项目基坑东西侧采用土钉墙支护方案进行支护，选取了四个代表性剖面进行计算分析，不同剖面的基坑土层系数分布情况如表2～表5所示。对应每一段，基坑的实际挖深分别为7.6m、7.1m、6.8m、6.6m，结构外侧的地面所附加的荷载q均取20kPa。钻孔直径D=110mm，开挖斜面坡分别取62.549°、60.604°、63.104°、61.699°，土钉水平间距和竖向间距均取1.6m，土钉垂直倾角取20°。

表2 剖面2-2侧基坑土层系数表

表3 剖面3-3侧基坑土层系数表

表4 剖面5-5侧基坑土层系数表

表5 剖面6-6侧基坑土层系数表

采用理正深基坑7. 0PB3计算软件依次从抗滑动及抗倾覆稳定性、整体稳定性(采用条分法，其中剖面2-2的计算简图如图2所示)、抗隆起稳定性、抗拉承载力验算四个方面进行计算分析，结果表明，该支护方案能满足规范要求，支护结构最大位移变形量约23mm。

图2 条分法计算简图

6 排桩支护设计计算

根据土层及北边道路等情况和设计依据4，考虑场地地面超载了20kN/m3，开挖深度达到了6.6m，本工程便决定采用排桩支护，排桩的直径取，排桩之间的间距取，选取的剖面土层参数如表6所示。

表6 剖面4-4土层参数表

采用理正深基坑7. 0PB3计算软件分别从嵌固深度、整体稳定性(采用条分法，计算简图如图3所示)、抗倾覆稳定性验算三个方面进行计算分析，结果表明，该支护方案能满足规范要求，支护结构最大位移变形量约31mm。

图3 条分法计算简图

7 基坑排水及应急措施

7.1 基坑排水

(1)在基坑内部在施工前要先建好集水井和布置好排水沟，而且排水沟应比集水井高约0.6m，比挖土面则要低0.3～0.4m；(2)基坑外面的坡顶同样也要先设置好排水沟，就是为了防止施工过程中地表水流入坑内而延误工期；(3)坡面另外还要设置泄水管。

7.2 应急措施

(1)基坑漏水。如若坑内发生严重漏水,技术人员要先去查明漏水的水源,并对漏水原因逐一排查，最后再采取适当措施进行处理；(2)支护桩产生较大位移,超过了报警值。在基坑开挖时,要先开展基坑位移监测工作，如监测到支护桩产生过大的位移,并超过了报警值,则应马上停止土方的开挖工作,再采取有效措施进行处理之后，方可继续,另外还要增加基坑监测的频率；(3)周边道路发生过大的沉降、管线受一定的威胁。若发现工程周边的道路和管线发生过大的沉降,也应立即停止土方的开挖工作,并采用压密注浆法分别在沉降区域以及周围区域对土体予以加固,并利用树根桩来加固管道；(4)道路、管道开裂。若监测到道路开裂或者管道开裂,则应先将水源和气源切断,并积极配合市政的有关部门对道路或管道进行开挖和修复,对开裂区域同样也是利用压密注浆对土体进行加固处理。在整个施工过程中一定要遵循预防为主的原则,事前工作一定要准备充足,保障本工程的施工进度。在基坑开挖之后，支护桩上的土体、垫层等杂物应及时清理干净，防止造成人员安全事故的发生。同时，在土方开挖以及基础施工的过程当，在基坑顶部必须配备人员进行巡视和监护，要时刻去观测周围土体、围护桩体以及周边环境，若监测到异常，巡视人员应当立即鸣哨，及时警示坑底作业人员安全撤离。

8 结 论

根据给定的地质勘探资料，本着安全、经济、合理的原则，结合地下室的土层、地质条件情况，完成了对某城市广场的深基坑工程支护结构的设计，然后针对本项目具体的支护设计进行了详细的验算和分析。设计中，根据基坑的特点及周边的环境情况，原则上分段考虑设计方案。采用理正深基坑7. 0PB3计算软件依次选取不同剖面对放坡开挖、土钉墙和排桩等三个支护形式的设计分别进行验算并分析，可得出结论：所选取的支护方案能满足规范要求，是切实可行，可以满足工程实际情况。通过本项目中对某城市广场的基坑支护与实践，保证该城市广场的工程设计以及施工方案的正确实施，使施工进度顺利、安全进行，可为类似工程项目的设计以及施工提供科学参考，以便提高管理技术水平。