某鐵路調度所深基坑支護設計方案優化

摘要：以廣州地區某鐵路調度所深基坑支護工程為背景，面對項目建設工期短，同時緊鄰既有建筑安全風險大的難點，通過組織對基坑支撐體系和支撐布置方案進行優化，實施后縮短工期一個半月，同時節省工程投資約484萬元，綜合效益顯著，可供類似工程借鑒。

關鍵詞：深基坑；設計；方案優化

1.概述

廣州地區某新建鐵路調度所是鐵道部客運專線建設重點工程，是今后全國區域性客運專線調度指揮中樞，承擔區域內鐵路客運專線運營調度任務。該項目基坑體型大，深度近17m，安全控制壓力大，同時工期要求非常緊，建設任務十分艱巨。為解決基坑施工周期長的問題，項目建設單位廣州鐵路（集團）公司工程管理所邀請廣州華工大建筑技術咨詢有限公司聯合成立課題小組，結合雙方的建設及設計經驗，專題開展深基坑設計優化研究，提出合理可行的、可有效縮短施工周期的建議方案，經設計單位予以采納實施，并成功在2009年8月底完成深基坑施工，相比縮短工期一個半月，基坑安全監測穩定，并節約了工程投資，綜合效益十分顯著。

2.工程概況

本工程位于廣州市越秀區中山一路廣州鐵路集團公司大院內。建筑東西向長91m，南北向寬61m，建筑主體高度56.0m，主體結構八層，地上六層、地下二層，總建筑面積為49504㎡。基坑整體呈矩形，東西長約100.5m，南北寬約78m，坑深16.9m。基坑南臨規劃15m寬道路，規劃路南側為一排2至7層房屋；基坑北側17m位置為鐵通電訊大樓；基坑西側20m為6至15層住宅樓；基坑東側7m為地上23層地下2層廣鐵集團辦公主樓。

3.地質概況

3.1 工程地質條件

場地地貌形態為珠江三角洲沖積平原的殘丘地帶，原始地貌為：場區西側為低矮殘丘，東側為沖積洼地。經前期建設整平，現地形略顯西高東低的形態。根據地質報告，場地地層按成因類型自上而下分為：

（1）人工填土層，雜填土：雜色，稍濕～濕，松散，性質不均勻，主要由碎磚塊、磚渣、碎石、粘性土組成。平均厚度2.70 m。

（2）沖積層，粉質粘土：淺黃色、灰白色，硬塑，含少量中砂。該層平均厚度為3.42m，層頂埋深0.50～4.00m。

（3）殘積層（Qel），粉質粘土：褐紅色，硬塑為主，局部可塑，浸水易軟化，由下伏基巖風化殘積而成，局部為粉土。該層分布較廣泛，厚度平均為7.86m，層頂埋深1.40～10.80m。

（4）基巖：場地基巖以白堊系上統大朗山組三元里段 （K2dl）泥鈣質膠結的砂巖為主，局部為礫巖；據鉆探揭示巖層風化程度可分為以下全風化巖帶（厚度平均為6.28m）、強風化巖帶（平均厚度為3.99m）、中風化巖帶（平均厚度2.19m）、微風化巖帶。

3.2 水文地質

場地地基土中，填土層具中等～強透水性；沖積粉質粘土、殘積粉質粘土、全風化巖層均屬弱透水層，微風化巖完整性較好，透水性弱；強～中風化巖層裂隙較發育，透水性稍強。

4.設計參數的選取

（1）依據《廣州地區建筑基坑支護技術規定》（GJB02-98），本工程基坑側壁安全等級為一級，基坑側壁重要性系數γ0=1.1。

（2）在計算中考慮地面超載的影響，擋土墻區域地面超載為80kpa，其它區域為20kpa。

（3）支撐系統中施工荷載為4KN/m。

（4）各土層物理力學指標參數建議值見表1。

5.原基坑設計方案情況及存在問題分析

5.1 原基坑設計支護方案

依據廣東省和廣州地區建筑基坑支護的有關技術規范和規定，本基坑側壁安全等級為一級。基坑原設計方案采用￠1200@1500人工挖孔灌注樁擋土，樁間采用護筒咬合方式進行止水，基坑內設置三道鋼筋混凝土桁架內支撐。

原設計方案的施工工序依次如下： 場地平整、施工降水井、旋噴樁止水帷幕、施工圍護結構人工挖孔樁、施工中立柱、土方開挖至第一道撐下500mm并破除地下車庫頂板及負一層側墻、施工第一道支撐、繼續開挖土方及破除對應高度現有地下車庫結構、并依次施工二、三道支撐、施工底板墊層及防水層、施工底板結構、拆除第三道支撐，保留第二道支撐、采用逆作節點繼續向上施工地下室主體結構側墻、工程柱及中板、拆除第一道支撐、繼續向上施工主體結構直至零層板、拆除第二道支撐 。

5.2 主要存在問題分析

經過復核分析，原設計方案是安全的，其最大缺點是施工周期長。主要的制約因素是采用了三道鋼筋混凝土桁架內支撐，造成施工過程挖土及出土困難，挖土及支撐施工分離、無法穿插施工，同時支撐拆除麻煩，從而影響整個地下工程的施工進度。

施工單位按該設計方案編制施工組織設計，完成基坑支護（含土方開挖）工程合理工期為九個月，采取趕工措施后仍至少需要七個月；按照2009年3月圍護樁先行開工安排，到10月中旬方能完成基坑基底開挖，余下兩個半月時間不可能完成主體結構施工，將無法實現鐵道上級主管部門部明確年內完成主體施工的進度要求。經施工單位倒排工期，在采取趕工措施的前提下，至少要確保地下室等主體結構工程有四個月施工周期，相應基坑工程必須在2009年9月初完成、施工周期不得大于五個半月。

6.基坑支護設計方案優化設計

6.1優化設計方向研究

由于本工程位于市中心，基坑周邊均有建筑物，因此采用排樁支護是適宜的，采用鋼筋混凝土內支撐可以有效控制基坑變形，并且第一道內支撐的施工不占用關鍵工期。因此，優化設計的思路是保留第一道支撐，重點尋找可以替代第二、三道鋼筋混凝土桁架內支撐并且施工周期短的結構形式。依據現場地質情況并結合有關同類項目的建設和設計經驗，我們提出設置預應力抗拔錨桿來代替第二、三道內撐的思路，保留第一道內撐構成復合水平支撐的思路。目前國內深基坑支護設計中抗拔錨桿應用已比較成熟，在廣州地區已有許多深基坑工程單錨桿拔力設計值達800KN～1100KN。

針對廣州調度所工程具體情況，建議保留原設計的最上面一道支撐，取消第二、三道支撐，在負一層設置一道預應力抗拔錨桿，在負二層設置兩道預應力抗拔錨桿，形成“一撐三錨”的結構體系，在合理選取設計參數的基礎按“一撐三錨”的體系進一步減少人工挖孔樁排樁最大彎矩，大幅度減少樁配筋并減少入巖深度。

6.2優化方案技術可行性分析

為了證實建議方案的技術可行型，我們提出了一個“一撐三錨”試驗方案：保留原設計的最上面一道支撐，取消第二、三道支撐，在挖深6.9m、10.9m、13.9m各設置一道預應力抗拔錨桿。我們委托華南理工大學建筑設計院采用理正深基坑6.0計算軟件對試驗方案進行了初步計算，計算第一道錨桿內力設計值為636.66KN，第二道錨桿內力設計值為762.85KN，第三道錨桿內力設計值為633.54KN，圍護樁單樁縱筋配筋面積7490mm2。計算的結果初步表明，該方案是安全可行的。

6.3優化設計方案與原方案的比較

（1）施工周期比較

“一撐三錨”方案的施工工序為：場地平整、施工降水井、旋噴樁止水帷幕、施工圍護結構人工挖孔樁、施工中立柱、土方開挖至第一道撐下500mm、施工第一道支撐，繼續開挖土方至第一道抗拔錨桿下500mm，對抗拔錨桿施加預加力，再向下依次開挖至第二道抗拔錨桿位置以下500mm，對抗拔錨桿施加預加力，再向下依次開挖至第三道抗拔錨桿位置以下500mm，對抗拔錨桿施加預加力，開挖至坑底后，轉入施作基礎底板及防水，繼續向上施做主體結構側墻和零層板結構及防水并做好防水保護板，回填灰土至地面完成地下工程施工。

按該方案編制施工計劃，在優化穿插施工組織后，施工周期可控制在五個半月，相比原方案施工周期至少一個半月，可保證主體結構施工有四個月的施工周期，確保實現工程的進度節點目標。

（2）工程造價對比

我們將優化方案與原三道支撐方案分別編制施工預算進行對比（施工預算僅編制進行對比的圍護樁+基坑支撐部分），原設計方案施工預算為3438萬元； “一撐三錨”方案的施工預算為2954萬元，相比原設計方案可節約投資484萬元；優化方案經濟效益非常明顯。

7.優化設計方案的實施情況

2009年3月，本工程基坑圍護樁先行開工，4月初，建設單位邀請了廣州地區有關專家及項目設計、施工、監理單位對“一撐三錨”優化方案組織進一步研討，認為優化方案是安全可行的，工期及經濟預期效益明顯。設計單位采納了專家會議推薦意見，按照“一撐三錨”的思路修改完善施工圖設計，并通過了廣州市建委科技委的審查。2009年8月中旬，本工程完成基坑基底開挖，相比原三道鋼筋混凝土桁架內支撐方案的施工計劃提前一個半月，基坑位移、沉降等監測數據均在控制范圍以內，并在年底順利完成主體結構施工，實現了確定的工期節點目標，得到了上級部門的表揚。（附本項目深基坑工程現場圖）

8.結束語

隨著國家經濟以及現代城市建設快速發展，以及依靠工程技術的進步，深基坑支護工程已十分普遍，但同時也面臨更高的要求：既要安全可靠、滿足周邊環境控制要求，又要造價經濟，而且往往要求縮短工期。因此，深基坑支護結構優化設計這一課題引起了工程技術人員的廣泛重視。目前，廣州地區大于10m的深基坑支護工程一般采用復合支護體系，常見有“排樁（連續墻）+鋼筋混凝土（鋼桁架）內支撐”以及“排樁（連續墻）+高強度預應力錨桿”等復合體系，三種結構型式以上的復合支護體系運用較少。本項目深基坑工程具有體型大、緊鄰既有建筑安全風險高、工期要求短的難點，項目建設單位高度重視，通過科學分析，組織針對性的優化設計，提出了“排樁+鋼筋混凝土內支撐+三道錨桿”多復合支護體系的優化方案，實施運用效果良好，工期及造價效益顯著，對其他類型工程具有借鑒意義。

參考文獻

[1]本工程施工組織設計、設計圖及有關設計資料

[2]《建筑基坑支護技術規程》 （JGJ 120-99）

[3]《廣東省建筑基坑支護工程技術規程》（DBJ/T15-20-97）

[4]《廣州地區建筑基坑支護技術規定》（GJB02-98）

[5]《土層錨桿設計與施工規范》 （CECS 22：90）

作者簡介

林威游，1976年5月出生，大學本科畢業，工程師，現在廣州鐵路（集團）公司工程管理所從事工程技術管理工作，郵編：510060。