某深基坑工程支護結構設計分析

張蘭蘭

(浙江省地礦建設有限公司，浙江杭州 310012)

0 引言

基坑支護工程一直是一個綜合性的工程難題，支護技術是否過關極大的影響著工程施工的安全與否。隨著城市密集化程度的加深，基坑支護技術越來越受到人們的重視。

對于基坑工程的計算設計來說，作用在基坑支護結構上的荷載包括土壓力、水壓力和地面附加荷載［1］。其中，土壓力的計算是基坑工程中的主要荷載，也是最為重要的部分。而土壓力的分布是土體自身和基坑支護結構共同作用下的結果，但是該狀態下的土壓力的分布情況還沒有被很好的研究清楚，也沒有既定的規范可以用于該種情況下的土壓力計算，在基坑工程的荷載計算中，土壓力的分布規律還有待進一步的提高。

在現有的土壓力計算理論中，較多使用的是朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論，但兩者均屬于極限狀態下的土壓力理論，在正常的基坑設計計算中并不能很實際的反映基坑狀況，尤其無法滿足考慮圍護結構變形下的土壓力計算。宰金珉根據土壓力作用機理，給出了土壓力大小與擋土墻的高度，剛度和變形的關系［2-4］。陳頁開等人在充分考慮土體與基坑結構的相互作用的基礎上，也提出了新的土壓力計算模型［1］。

隨著這些較為實際的計算方法和模型的研究發現，使得基坑支護工程在結構和土體計算上也得到了很大的發展，為基坑工程的建設提供了越來越科學的計算依據。

1 經典土壓力理論簡介

1.1 朗肯土壓力理論

19世紀50年代英國學者朗肯通過研究半無限空間狀態下結構和土的應力狀態和極限平衡狀態，給出了主動土壓力和被動土壓力條件下粘性土和非粘性土的簡明土壓力計算公式。該法假設墻體直立、光滑，忽略了結構與土的摩擦，導致計算結果會有少量偏差。

1.2 庫侖土壓力理論

庫侖土壓力理論由法國學者庫侖提出，假定梯形擋土墻后土楔為剛體，土楔與土還有墻之間的摩擦均勻分布，計算主動和被動條件下滑動土楔的靜力平衡條件。計算相對朗肯土壓理論更為復雜。

2 工程概況

擬建建筑物為一幢4層三產配套用房，框架結構，設2層地下室，工程樁采用灌注樁。

本工程±0.00相當于黃海高程7.400。擬建場地現為空地，場地地坪略有起伏，勘探期間場地自然地面高程5.30～6.48左右。擬建2層地下室，一層自行車庫與一層汽車車庫，地下室底板頂面標高－7.350、配電房底板頂面標高－8.200、電梯井板頂面標高 －8.800、板厚600，地梁高約 1 300，承臺高 1 500，素混凝土墊層100，碎石墊層150，按承臺底為計算開挖面，場地地坪以平整后 －1.500 考慮，基坑開挖深度7.6 m，8.45 m，電梯井板底開挖深度8.05 m。基坑圍護結構安全等級定為Ⅰ級，基坑東側地表超載取15 kPa均布荷載+50 kPa的條形房屋荷載，其余三側地表超載取道路荷載25 kPa。

擬建場地現為空地，地勢略有起伏。基坑東側、南側為高層居民住宅區，樁基礎，基坑北側、西側為市政道路，人行道與道路下埋設有雨水管道、給水管道、通訊管道、污水管道、電力管道。地下室外邊線離東側、南側居民樓約6 m，離北側、西側道路僅2 m～3 m，場地用地條件非常緊張。

3 巖土工程條件

3.1 地形、地下水

擬建場地位于錢江南岸沖—海積平原，上部以砂質粉土為主。擬建場地現為空地，在場地中部原有一條河道通過，后被前期土建施工棄土填埋形成暗塘，局部為塘渣所填，場地略有起伏，地面高程5.3～6.5。孔隙潛水賦存于上部砂質粉土中，地下水受大氣降水及地表水補給，地下水位受季節性及氣候影響，常年水位約在1.00 m～1.20 m，雨季時可達地表，勘察期間測得地下水位埋深 1.60 m ～2.40 m。

3.2 地層結構特征

基坑開挖影響范圍內土層自上而下分布如下:

①-0填土:雜色，松散。主要由粉土、碎石及磚瓦等建筑垃圾組成，層厚1.0 m ～2.7 m。

①-2砂質粉土:灰黃～灰色，稍濕，稍密、中壓縮性，全場分布，層厚3.30 m ～5.10 m。

③-1淤泥質粘土:灰色，飽和、流塑，高壓縮性。薄層理發育，呈“千層餅”狀均勻分布，層面上附粉砂，全場分布，層厚22.10 m～24.80 m。

⑤-2-1粉質粘土:灰褐色，飽和、軟塑，中壓縮性，層厚5.30 m～7.20 m。

4 支護方案

根據給出的巖土工程條件以及相關現場條件，可知場地地表5 m深度范圍內為透水性強的雜填土和砂質粉土，基底為25 m的深厚淤泥，基底淤泥土土質差、強度低、變形大，在基坑開挖過程中易產生較大的土體位移，須加強對于基坑周圍土體的改善及對基坑支護工程的重視。同時基坑緊鄰居民和道路，無放坡空間，場地用地條件緊張，無法進行相關土體加固改善措施，同時基坑周邊可用場地較少，也導致了基坑堆載對基坑的支護提出較高的要求，而基坑東側為多層磚混居民樓群，該樓群采用筏基或天然基礎，極易受到本工程建設的影響。所以綜合考慮，工程為保證施工的安全，也為保證工程施工對周圍環境的影響在最小范圍內，工程施工可采用鉆孔灌注樁及兩道鋼筋混凝土支撐的支護方式作為基坑建設的主要支護措施，并坑外采用三軸水泥攪拌樁止水，同時坑外預設自流深井應急井，從而保證基坑內部施工時可以盡可能的減少對周圍建筑物的影響。

5 基坑支護結構分析計算

本文采用該工程1—1剖面進行計算分析，采用北京《理正深基坑支護結構設計軟件》V6.5版進行計算。計算時取基本設計參數分別為圍護等級Ⅰ級，側壁重要性系數1.1，混凝土強度等級C30，主筋HRB400，圍護樁剛度折減系數0.85。取土層參數如表1所示。

表1 土層參數

通過軟件計算得到的包絡圖及地表沉降圖如圖1，圖2所示。

6 施工注意事項

通過基坑支護結構計算分析，可以保證工程施工對周圍環境的影響處在安全范圍內，同時工程自身建設也能滿足需求。但從考慮工程安全性及文明施工的角度出發，工程在施工過程中也還需要注意以下幾點:

1)本工程用地緊張，若場地周邊有配電房等障礙物影響圍護樁施工時，須提前通知建設單位和設計單位進行調整。

圖1 結構內力包絡圖

圖2 基坑周邊地表沉降值

2)基坑周圍用地紅線范圍內堆載不得超過15 kPa，支撐上嚴禁堆載，任何機械設備、車輛均不得直接在支撐上行走，應先在支撐兩側填土，填土須高出支撐頂面400，然后在其上鋪設路基箱后方可在其上通行機械車輛。

3)土方開挖應嚴格根據設計工況，按照“分層、分塊、對稱、平衡、限時”的原則進行，具體應結合后澆帶位置采用分塊、分層進行開挖，坑內土方開挖過程中應注意控制土坡的高差(不應大于1.5 m)和坡度(不大于1∶2)，防止坑內土體滑坡。

7 結語

基坑支護技術涉及因素很多，適合工程的安全支護方案是工程建設最為關鍵的步驟，本文針對建筑基坑支護的問題，簡單介紹了相關支護措施和支護計算方案，并結合工程實際案例，提出了使用的基坑支護方案，同時利用理正深基坑支護結構設計軟件對支護結構的支撐部分進行分析，確保基坑支護的安全性，最后再附上相關施工注意事項，保證工程建設施工的安全與可靠。

［1］陳頁開，徐日慶，任 超，等.基坑開挖的空間效應分析［J］.建筑結構，2001(10):42-44.

［2］梅國雄，宰金珉.考慮變形的朗肯土壓力模型［J］.巖石力學與工程學報，2001(6):851-854.

［3］梅國雄，宰金珉.考慮位移影響的土壓力近似計算方法［J］.巖土力學，2001(1):83-85.

［4］宰金珉，梅國雄.考慮位移的土壓力模型研究［J］.南京建筑工程學院學報(自然科學版)，2001(1):9-20.

［5］趙 帥.基坑圍護結構變形對土壓力影響的研究［D］.北京:北京交通大學，2012.