某深基坑支护优化设计及监测分析

邓祖保，季郑杰，孙 丽

（安徽工程勘察院，安徽合肥230011）

1 工程概况

拟建工程为一栋26层商办楼，带两层地下室。地下室基坑形状近矩形45.80m×48.30m，其北侧深9.40m，南侧深10.20m。基坑东、南及西侧距离红线较近。其东侧和南侧为一层厂房。西侧为已建的18层住宅楼及地下室，最近距离约13m。

2 工程地质情况

本场地地层主要由新近堆积的填土（Q4ml）、第四系上更新统（Q3pl+al）冲洪积成因的粘土、粉质粘土等组成。场地各土层的组成及物理力学指标见表1。

表1 场地土层组成及指标

本场地中地下水主要为赋存于①层杂填土中。地下水水量、水位的变化幅度受天气影响明显，在丰水期地下水位较高，最高可达地表，水量中等；枯水期水位较低，部分地段无地下水，水量贫乏；最大变化幅度约1.5m。

3 支护设计

3.1 支护型式选择

由于该基坑不具备放坡条件，不能采用土钉墙支护；且地方政策不允许支护结构出红线，锚杆在本基坑支护中不能使用。本基坑平面尺寸较小，形状接近于正方形，因此采用灌注桩加水平斜支撑是较为合理的支护型式（见图1）。支护桩采用旋挖桩，∅900@1800，嵌固段长度大于8m。

3.2 优化设计

在初步设计时采用两道水平斜支撑(见图2）。经计算，坡顶最大水平位移约为12.7mm。该方案安全性较高，但对施工影响较大，工程造价较高，施工周期较长。

最终施工图改为一道水平斜支撑。开始时水平斜支撑布置在-2.5m处，并且布置一道腰梁，后为了控制桩顶水平位移，把水平斜支撑上移布置到了冠梁处（见图3）。经计算其坡顶最大水平位移约为18.4mm。最终方案更加简单，对施工影响相对较小，降低了工程造价，极大地缩短施工周期，但坡顶位移相对较大。

为保证支护结构的可靠性，在场地允许的南侧、西侧和北侧增加了拉锚桩，作为冗余设计。同时要求在底板浇筑时，将筏板与支护之间的空隙用同标号混凝土一起浇筑，即相当于在底板处形成一个支点，可有效控制支护体系变形。

图1 支护平面及监测点布置图

图2 二道撑方案

图3 一道撑方案

4 监测分析

4.1 监测方案

为了验证支护结构设计和施工质量，本基坑监测布置了坡顶水平和竖向位移监测、深层水平位移监测、支撑内力监测、立柱沉降监测以及周边建筑物竖向沉降监测。

布置坡顶水平和竖向位移监测点11个，深层水平位移监测点5个，支撑内力监测点11个，立柱沉降监测点2个，周边建筑物竖向沉降监测9个。

4.2 水平与竖向位移

冠梁顶部的水平与竖向位移值均较小，其中冠梁顶部的水平最大水平位移为16mm，最大竖向位移为3.3mm。均比理论计算的桩顶位移量要小。

4.3 深层水平位移

CX3、CX4桩深层水平位移曲线见图4、图5。当开始挖土时，桩顶位移逐渐增大，并沿深度方向呈近似线性关系。基坑开挖接近底部时，桩顶反方向小幅位移，桩顶以下5.0～6.0m位置的位移量增大，位移曲线近似弓形。其中CX4最大位移为20.17mm，最大侧位移约为基坑深度的0.2%。

换撑之后，桩顶约束消失，桩顶位移明显增大。南侧CX3点换撑位置以上位移相对平缓，桩顶位移量达24.26mm；西侧CX4点换撑位置以上位移急剧增大，桩顶位移量达42.97mm。造成桩顶位移不同的原因，是由于西侧中间距离红线较近，无法施工拉锚桩，而南侧中部施工了3根拉锚桩。监测结果表明必要的冗余设计，可有效地减小坑顶位移，增加结构的稳定性。

图4 深层水平位移曲线CX3

图5 深层水平位移曲线CX4

4.4 轴力

支撑梁内力变化曲线见图6。从曲线中可发现，随着基坑开挖深度的增加，支撑梁内力逐渐增大。实测最大内力8496.10kN，最小4105.70kN，均在支撑梁承载能力设计值范围内。采用启明星软件计算的最大内力3047.9kN，最小2251.6kN。实测支撑梁内力比理论计算的轴力要大1.57～3.14倍。

4.5 周边建筑竖向位移

本基坑西侧已建的18层住宅楼及地下室，其底板标高与本基坑开挖深度标高基本一致，未布设监测点。紧邻基坑的围墙竖向位移量较小，至换撑时，最大沉降量仅为9.10mm。

5 结论

图6 轴力图

在深基坑支护设计时，当周边环境简单，可以适当允许支护结构发生较大变形，从而对内支撑进行优化设计，如减少内支撑道数、调整内支撑的竖向位置、增加拉锚桩等冗余设计。通过施工过程的监测分析，本基坑顶部水平与竖向位移、深层水平位移量均未超过预警值，紧邻基坑的围墙竖向变形量也较小，与最初设计值基本一致，满足了施工的要求。优化后的设计方案有效地降低工程造价、缩短施工周期。拆换撑后，支护体系会发生较大变形，在设计和施工过程中应充分考虑，如设计时增加冗余设计、施工中做好应急处置措施等。