基于深基坑支护工程的探析

姚海鹏

【摘要】随着城市的不断发展，国内越来越多的高层建筑和地下空间开发利用迅猛发展，深基坑工程规模及开挖深度越来越大，深基坑支护技术正面临新的挑战。本文主要结合工程实际，对其深基坑支护工程设计及监测结果进行探析，可供同类工程借鉴。

【关键词】深基坑；护设计；监测

1工程概述

1.1工程概况

该工程主楼地上20层，裙房4层，地下室2层，建筑总高度约80m，框架结构。±0.00相当于绝对标高9.45m，场地平均相对标高在0.0～－1.0m左右，基坑开挖深度以地面至外墙下筏板底高差为准，即计算基坑开挖深度为8.95～9.05m。主楼及裙房局部为钻孔桩筏板基础，裙房大部为抗浮锚杆筏板基础。基坑以场近西侧一市政箱涵为界分为商业A和商业B二车库，外围方形状不规则，商业A基坑围护周长约为290m，商业B基坑围护周长约为636.6m。场地及环境概况:中部穿越场地的排水箱涵，此箱涵亦为商业A和商业B两个地下室的分界线;西侧红线外为居民小区场地;北侧为二幢现有保留商业建筑(桩基础);东侧整体上距用地红线的距离较小，红线外20m左右为高架，红线内外有数个高压入地检查井，场地环境整体较为复杂(见图1)。

拟建场地上部填土分布不匀，②1层、②2层局部分布，工程性质一般;③层粘土分布稍有起伏，工程性质良好，④层粘土与粉质粘土互层均匀性一般。故整体判定地基土均匀性一般。根据本次钻探揭露，拟建场地①层杂填土中、②1层粉质粘土和②2层粘土(粉质粘土)表部埋藏有上层滞水，一般无稳定的自由水面，主要受大气降水和地表水渗入补给，地下水位埋深0.7～1.9m;⑤层中埋藏有少量层间水;⑥层及以下埋藏有少量裂隙水，水量一般。根据环境水文地质条件分析，地下水及土对混凝土及混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

2基坑支护设计

2.1工程分析

1)场地地质条件除上部回填土部位较差外，下部土质为硬质粘土，土质条件较好。

2)拟建场地①层杂填土埋藏有上层滞水型地下水，由大气降水和地表水渗入补给，地下水位埋深0.7～1.9m，因而在开挖前无需降水，对于局部上层滞水可采取明沟排水及坡面引流的方法将其疏干。

3)围护体系选用钻孔灌注桩。原因在于钻孔灌注桩施工工艺比较成熟，作为围护桩其围护刚度略低于地下连续墙、强于SMW工法，但其造价要比地下连续墙低得多。另外由于施工场地大、有利于钻孔灌注桩在施工过程中的泥浆处理，可大大减少污染。场地第二层各亚层土，粉性较严重。广泛分布在基坑开挖深度范围内，故需要采取可靠的止水帷幕措施。如果处理不当，基坑开挖时极易产生塌方、流砂等现象，故设计考虑在钻孔灌注桩外侧采用双轴混凝土搅拌桩作为止水帷幕，同时可增加围护体的整体挡土效果。

4)本基坑外部环境较复杂，周边场地较狭窄。基于这种情况，要首选能够有效控制支护结构和坑外土体变形的支护方式。桩锚支护体系的优点是支护结构和支撑体系共同组成一空间结构体系，来承担坑外侧土压力与地面超载作用，排桩将各自独立的支护桩通过桩顶冠梁连结成一个整体，二者再与支撑构成一个空间受力体系，使各构件的受力更合理。因此，整体采用桩锚支护体系，再针对保护排水箱涵、北侧自建保留建筑和东侧市政道路做出具体的设计方案。

2.2关键部位的设计方案

2.2.1中部穿越场地的排水箱涵此处箱涵亦为商业A和商业B两个地下室分界线。根据建设单位规划，本剖面商业B先行施工，故设计安排如下:

1)先施工N1并锁定;2)商业B地下室施工至地面后，首先在商业B支护桩及墙间填充灰土(夯实)至箱涵顶，填土面铺100mm厚C10防水混凝土，然后再进行商业A的开挖及N2预应力锚杆的施工。

箱涵左侧2.4m处为AB段钻孔桩，右侧3.4m处为CD段钻孔桩。钻孔桩参数:Φ800间距1600;桩身混凝土C30;桩身长L=11.50m;主筋为16根Φ18的HRB335，均匀通长布筋;桩顶预留筋长度660mm;加强筋为Φ16的HRB335间距2000;箍筋为Φ8的HPB235间距200;保护层厚度50mm;桩底端位于土质较好的④土层。第一道锚杆，对锚锚杆N1，位于桩顶标高向下1.56m处，由两根Φ18的HRB335构成，L=10.6m，开孔孔径150mm，对锁，双向施加预应力80kN;第二道锚杆，预应力锚杆N2，位于N1标高向下2m处，由两根Φ18的HRB335构成，L=15m，其中自由段长6m，施加预应力90kN。为了加强对CD段及商业B地下室外墙的支撑作用，在标高－7.06m处设1:0.6的土坡，并用钢管N3(L=4500mm;Φ=48mm;间距1600mm)作为锚管护坡。冠梁与撑梁设计及桩锚设计分别如图2～图3所示。

经验算，基坑的整体稳定安全系数Ks=2.066＞1.1;抗倾覆安全系数Ks=4.276＞1.2。抗隆起安全系数:由太沙基公式得Ks=2.856≥1.15;由普朗德尔公式得Ks=2.521≥1.1。各项均满足规范《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－2012）要求。

2.2．2与基坑北侧边线相邻的二幢现有保留商业建筑该侧基坑边缘距原有建筑基础桩较近，且此处设有行车通道。为了确保基坑开挖以及车辆行驶不会引起原有建筑基础的过大位移，除桩顶以上采用大坡率放坡措施外，对回填土进行压密注浆加固，以增强土体力学性能，降低主动土压力。深基坑双排桩支护是近几年发展起来的一种新型护结构，与其它支护结构体系相比较，双排桩支护形式具有良好的侧向刚度，可有效限制支护结构的侧向变形。因此车道北侧采用双排桩进行强化支护。

桩顶以上1∶1坡比放坡，并用Φ48间距1500的锚管进行土坡加固。桩锚体系中，预应力锚杆N1位于桩顶标高下1m处，三道锚杆纵向间距为2m，水平间距为1.6m，钻孔孔径均为300，均由两根Φ22的HRB335构成，长度均为14.5m。其中N1自由段长为6m，N2、N3自由段长为5m，从上到下分别施加预应力80kN、100kN、100kN。双排钻孔桩，桩间距2m，桩长11.2m。

经验算，基坑的整体稳定安全系数Ks=2.201＞1.1;抗倾覆安全系数Ks=3.693≥1.2;隆起量:δ=74mm;抗隆起安全系数:由太沙基公式得Ks=3.037≥1.15;由普朗德尔公式得Ks=2.688≥1.1。各项均满足规范要求。

2.2.3东侧红线内外的数个高压入地检查井该侧支护难点为以下两点:①该侧支护线长达220m;②距离用地红线距离较小，红线外20m左右为高架，红线内外侧分布有1万伏高压电缆检查井及管沟。二者对支护变形能力要求高。为增强本剖面支护抗变形能力，采取以下措施综合应对:①抬高支护桩桩顶标高;②沿支护桩外侧一定距离增加双排桩，以加大支护体的刚度。预应力锚杆同入地高压电缆垂直安全作业距离不小于1m。在右侧桩桩顶标高向下1.2m处设第一道锚杆。三道锚杆纵向间距均为1.8m，水平间距均为1.6m，分别施加预应力120kN、110kN、100kN。N1由两根Φ22的HRB335构成，N2、N3均由两根Φ18的HRB335构成。左侧桩长13.4m，右侧桩长12.4m。

经验算基坑的整体稳定安全系数Ks=2.326＞1.1;抗倾覆安全系数Ks=4.930≥1.2;各项均满足规范要求。

3监测结果分析

本工程基坑支护分为A、B两个区域。拟采用如下的施工顺序:在平面上先开挖B区、B区回填后再开挖A区。A区开挖的土方不外运，将此部分土方回填至B处地下室(A、B两个区域的钻孔灌注桩和冠梁可同时施工);在立面上先施工超前支护的深层搅拌桩止水帷幕和压密注浆、次施工冠梁以上部分的土钉墙、再施工钻孔灌注桩及冠梁、最后施工预应力锚杆;基坑开挖完毕后，应迅速进行土方回填，并且做好支护桩与地下室结构之间的土方夯实工作，同时应重视该阶段的土体深层位移监测，避免土体产生过量位移。

通过对各剖面围护桩在不同工况下侧向位移的长期监测，并对监测数据进行分析筛选，绘制出了各剖面围护桩的典型侧向位移图。位移情况如图4所示。

从图4a可以看出，由于对锚锚杆N1双向施加预应力，对桩顶起到了加固作用，所以桩顶位移出现较小的正值，基底有微小位移，工况1至工况2位移稳步微量增加，工况3在基底附近出现了较大位移，可能原因有两个:①预应力锚杆距坑底距离较大，对基坑壁的支撑作用到坑底时已较弱;②遇到软弱土层。针对这一情况，施工时在坑底位置处设坡比1∶0.6高约3.5m的土台，进行了加固。

从图4b与图4c可以看出，各工况的位移趋势基本一致，时空效应明显。从工况1至工况3，围护桩侧向变形随基坑开挖深度的增大而逐步增大。从工况4开始，由于底板的浇筑基本完成，各道锚杆与围护桩已形成整体，开始发挥作用，工况3至工况4的侧向位移已趋于稳定。根据监测数据汇总分析，坡顶水平位移最大值为10.3mm，桩顶水平位移最大值为2.5mm，各剖面的水平位移情况均在可控制范围内。地面及基底竖向位移均在10mm以内，基坑整体变形较小。施工期间，周边建构筑物的不均匀沉降较小，经现场监测及观察，也未出现明显变形和裂缝，基坑开挖并未影响到周边建构筑物的正常使用。

4结语

深基坑开挖过程中，基坑侧壁土体位移、支护结构受力变形、地下水位变化等与基坑支护结构形式、基坑开挖施工过程密切相关。

1)钻孔灌注桩结合双轴水泥土搅拌桩形成的围护体系，侧向刚度大，对基坑壁的侧向位移起到了一定的控制作用，较好的保护了周边环境，且安全经济便于施工。

2)大坡率放坡与锚管护坡形成的土钉墙体系与对锚桩锚体系、双排桩桩锚体系等支护体系有效结合，结构受力合理，支护效果显著。对锚的设计，同时控制了商业A和商业B两处地下室外墙的侧向位移，较好地保护了穿越场地的箱涵;双排桩强化支护与压密注浆加固回填土相结合的设计对坑边保留建筑的保护取得了很好的效果;抬高桩顶标高同时增加双排桩的设计，有效解决了支护线长、抗变形能力弱的问题，对沿高架的高压入地检查井起到了较好的保护作用。