某綜合樓深基坑支護方案比選與優化分析

黃紅忠

江西省有色地質勘察三隊（338000）

某綜合樓深基坑支護方案比選與優化分析

黃紅忠

江西省有色地質勘察三隊（338000）

對某綜合樓深基坑施工的支護方案進行了優化分析，基坑工程方案的優化是個系統工程，應該從地質條件、周邊環境及工程大小進行綜合考慮，通過施工實踐得出經驗，可供同類工程參考。

基坑;優化;選型；計算

1 工程概況

某綜合樓位于市區道路交叉處,設二層地下室。該項目基坑面積為6 439m2，基坑圍護結構周長約320m。該工程裙房開挖深度為7.00m(東北角部分),主樓開挖深度為9.75m,根據基坑工程設計規程,該工程可定級為二級基坑。工程地質條件見表1。

表1 工程地質條件

2 計算理論及依據

采用地質勘察報告所提供的基坑圍護設計參數,主動土壓力采用朗金主動土壓力計算。被動土壓力計算系數采用地基基床系數“m”值。地下水位-0.5m，采用水土分算，采用“m”法有限元程序進行模擬實際施工工況的擋土結構側向位移、內力的計算。該方法能考慮土體、圍護結構、支撐的協同工作,并考慮支撐設置的時間效應，較符合實際施工情況。

3 基坑圍護結構簡介

1）方案設計指導思想。基坑圍護設計必須確保周圍環境安全可靠,同時還應做到經濟合理、方便基坑開挖及地下室結構施工，該綜合樓的基坑圍護就是本著這一原則來進行設計的。工程圍護結構的造價取決于對環境的保護程度,位移控制嚴格,則造價高;位移控制寬松,則造價相對較低。

2）方案設計思路。擋土止水系統：根據該工程的土質情況及挖土深度，根據上海市標準基坑工程設計規程《DBJ 08-61-97》,經綜合考慮,圍護樁決定采用SMW工法(勁性水泥土攪拌連續墻,SoilMixing-Wall)。主要基于以下幾點考慮：①由于粉土深度較深,常規的二軸攪拌樁成樁深度無法打穿，如采用旋噴樁代價昂貴，而三軸攪拌樁成樁深度較深；②SMW工法造價相對鉆孔灌注樁較經濟;③施工速度快,由于三軸攪拌樁成樁工藝為一噴一攪,型鋼可依靠自重插入，速度相當快,320m的基坑延長一般施工周期在24 d左右。根據不同挖深,攪拌樁及內插型鋼的選擇思路如下：a）挖深9.75m區域為打穿粉土層,攪拌樁采用Φ850三軸攪拌樁,樁長22m,受力結構采用H700×300×13×24@1200,在已建綜合樓一側，考慮其超載影響并減小變形量，受力結構采用H700×300×13×24@900。b）挖深7.00m區域止水結構可以有兩種選擇，一是抗管涌系數大于3.0，可不必打穿粉土層，但在深淺坑之間需打設一排攪拌樁(需打穿粉土層)以保證深坑隔水的封閉性；二是直接打穿粉土層，經比較后者較為經濟,因此攪拌樁樁長同樣取22m。

可考慮Φ850三軸攪拌樁（內插型鋼H700× 300×12×14）及Φ650三軸攪拌樁（內插型鋼H500× 300×11×18）兩種工藝。①前者攪拌樁用量大于后者(差值3.3m3/m),而后者型鋼重量大于前者(差值518 kg/m),則前者比后者造價低281元/m；②由于前者型鋼的每延長米的折算剛度大于后者，所以位移量比后者小;③由于前者每幅成樁長度長并且型鋼間距為1.2m,而后者型鋼間距為0.9m,施工速度也是前者快。故在此區域決定采用Ф850三軸攪拌樁內插H700×300×12×14@1200型鋼擋土止水。在一期道路一側，考慮分布有較多管線為減小變形量，受力結構采用H700×300×13×24@2400+H700×300× 12×14@2400間插的方法來增加圍護樁剛度。

3）支撐系統。支撐結構設計是基坑圍護設計的核心內容，為盡可能減小對周圍環境的影響，需要一個強大的支撐系統；為了做到經濟合理，又必須使用盡可能少的支撐材料；要挖土方便，減少施工周期，支撐之間還得留出很大的挖土空間，支撐結構設計面臨眾多矛盾。從結構自身入手,充分研究不同結構形式的受力特點、整體剛度差異,從中選取受力性能最好、整體剛度最大的結構作為支撐結構,這應是盡可能好地解決上述矛盾的有效方法之一。可以考慮以下幾種方案：方案一、二、四都是采用一道支撐系統,由于挖深較深,采用剛度較大的混凝土支撐。方案一采用井字撐,最大變形22.2mm,但是挖土不是很方便。方案二采用角撐結合對撐的支撐形式,挖土較方案一有所改進,但是變形比較大,最大處達39.6mm,對周邊環境不利。方案四采用圓形支撐,受力性能好(最大變形僅15.6mm),挖土非常方便(中心部位基本呈無支撐狀態挖土)。方案三是方案二的變體,采用兩道支撐系統，第一道采用混凝土支撐,第二道采用鋼支撐。采用兩道支撐,由于第一道支撐中心標高較高,對于早期位移控制比一道支撐有利。但是兩道支撐系統比一道支撐系統造價高、工期長(估計長一個月)，而且角撐變形較大,即使是采用兩道支撐,最大變形依舊有28.5mm。

四種方案中，混凝土主撐截面除方案四的圓形支撐采用0.85×1.8m2外,均采用0.85×0.85m2,連桿截面采用0.6×0.6m2。混凝土強度等級C30。方案三鋼支撐采用2Φ609×16鋼管雙拼，方案一中主撐沿圈梁間距12m支撐,琵琶撐之間間距6m。方案二、三支撐沿圈梁間距10m，局部點較近，方案四支撐沿圈梁間距8m。綜合比較后，最后采用方案四。支撐中心標高的設置考慮到結構施工期間的拆換撐,設自然地面下3.20m。對于一道支撐早期變形較大的問題，通過以下措施予以解決：自然地面下1.2m處設置混凝土鎖口梁,增強整體剛度。合理安排支撐施工順序：①圓形支撐內的土方保留(可以起到增大被動土壓力,減小變形的效果)，角部土方保留(可以考慮空間效應,減小邊長效應)施工圓形支撐及中部徑向支撐；②開挖角部土方,施工角部支撐；③支撐形成后,施工通道處土方回填，基坑大面積出土。

4 計算結果及分析

按照以上分析思路，挖深7.00m的區域比挖深9.75m的區域位移大,實際上這是由于支撐中心標高落低較深，而7.00m區域樁長比9.75m區域短，出現第一工況位移較大,實際上經過上述施工措施，7.00m區域實測位移比計算值小。

5 結語

綜上所述，基坑支護系統設計首先應著眼于可行方案的篩選與優化，這是在基坑支護系統設計中需要重點考慮的。設計者必須充分了解和分析場地工程地質情況及環境保護情況,遵循安全、經濟、施工方便的原則，充分考慮各種工況及相應的工程措施。在施工中，結合監測數據分析圍護結構的發展趨勢,發現不利跡象,及時采取相應措施。目前該基坑工程已經竣工,實測位移都在計算結果范圍內，取得了較好的效果，具有較好的參考價值。

[1]王海波,陳吉東,陳瑋光.層次分析法在深基坑支護方案選型決策中的應用[J].江西建材,2013(05).

[2]吳科一,張銘.復雜環境下深基坑工程監測分析[J].施工技術,2013(21).

[3]徐立軍.建筑工程基坑圍護項目的施工技術[J].中華建設, 2011(12).