某科技城C 地塊基坑圍護設計

莊文澤

(福建泉州勘測設計院有限公司，福建泉州　362000)

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某科技城C 地塊基坑圍護設計

莊文澤

(福建泉州勘測設計院有限公司，福建泉州362000)

摘要:以某科技城C地塊基坑工程為例，結合該工程地質條件及周邊環境條件，制定了基坑圍護設計方案，計算了土層側向土壓力及立柱強度，介紹了基坑止降水設計要點，并提出了具體的基坑監測方法，保證了基坑圍護結構的安全性與穩定性。

關鍵詞:基坑，圍護結構，土壓力，監測項目，沉降觀測

1　工程概況

擬建某科技城C地塊深基坑位于香山路和江東街交會處東南側，北側為四路(隔馬路為A地塊基坑)，東側為青石路。C地塊±0．00 m相當于絕對標高+7．40 m。基坑挖深為6．1 m～8．0 m。擬建場地屬Ⅱ級復雜場地。該基坑用地面積約為20 000 m2，包括3幢地上建筑和1層地下室。建筑物采用框架結構，最大單柱荷載標準值為23 000 kN，擬采用鉆孔灌注樁基礎設計方案。

2　工程地質條件及周邊環境條件

基坑四面均為馬路，下設通訊電纜、煤氣管線等設施。北側隔馬路為基坑(A地塊)，擬建場地地形總體較為平坦，地面高程在4．87 m～8．78 m(吳淞高程系)之間。對照場地地形圖看，場內原有溝塘已被填埋整平。場地地貌單元屬長江漫灘。在基坑影響深度內場地巖土層可分為兩大層，土層各層參數見表1。1)淺層潛水含水層組由覆蓋層上部的①人工填土層、②-1淤泥、②-2粉質粘土、②-3粉質粘土，以及②-4粉細沙構成。2)弱承壓含水層組由覆蓋層下部的③-1粉質粘土、③-2粉質粘土構成，隔水底板為下伏基巖，其含水豐富，給水性和透水性好，屬透水地層。地下水位隨季節不同有升降變化，其年變幅較潛水小，約為0．5 m。根據該孔水位恢復試驗計算結果，該含水層組綜合滲透系數k=1．27× 10-3cm/s。

表1　基坑設計參數表

3　基坑圍護設計方案

本基坑工程的特點開挖深度較深，地質情況較差，周邊環境制約因素較多。本基坑工程開挖必須確保周圍建(構)筑物安全使用，因此必須滿足圍護結構的穩定性好、變形量小的要求。

綜合本工程特點，為了減少基坑開挖對周圍建(構)筑物的影響，經過計算分析以及其他方案的比較，確定了本基坑工程的支護形式:1)基坑外圍坑采用鉆孔灌注樁作為排樁支護，并設置一道鋼筋混凝土內支撐。2)排樁外圍采用雙軸深層攪拌樁作止水帷幕。3)基坑內地下水采用集水明排形式。結合周邊環境及開挖深度將基坑分為AB，BC，CD，DA四個計算區段。

4　土層側向土壓力計算(以AB段為例)

該段為基坑西側，建筑±0．00相當于絕對標高+7．40 m，該斷面標高為+7．00 m，實際挖深7．0 m。支撐設在+5．00 m處。實際樁頂標高為4．65 m，嵌入圈梁5 cm。圈梁頂上部至地面砌磚。結構外側地面附加荷載q=20 kPa，計算時以J58孔為例。

主動土壓力計算:

pa(1 1)=20×0．589-23．020=-11．24 kPa;pa(1 2)=(20+ 18×3．2)×0．589-23．020=22．69 kPa;pa(2 1)=(20+18× 3．2)×0．668-26．145=25．69 kPa;pa(2 2)=(20+18×3．2+ 17．2×1．3)×0．668-26．145=40．63 kPa;pa(3 1)=(20+18× 3．2+17．2×1．3)×0．520-18．746=33．23 kPa;pa(3 2)=(20+ 18×3．2+17．2×1．3+17．5×2．5)×0．520-18．746= 55．98 kPa;pa(4 1)=pa(4 2)=pa(3 2)=55．98 kPa;pa(5 1)= pa(5 2)=143．71×0．457-17．685=47．99 kPa;pa(6 1)= pa(6 2)=143．71×0．427-14．627=46．74 kPa。

被動土壓力計算:pp(4 1)=0×1．922+36．062=36．06 kPa; pp(4 2)=(0+17．5×6．6)×1．922+36．062=258．05 kPa; pp(5 1)=(0+17．5×6．6)×2．190+38．776=291．72 kPa; pp(5 2)=(0+17．5×6．6+18×5．7)×2．190+38．776=516．42 kPa; pp(6 1)=(0+17．5×6．6+18×5．7)×2．344+32．294=543．52 kPa; pp(6 2)=(0+17．5×6．6+18×5．7+18×5．4)×2．344+ 32．294=771．36 kPa。

凈土壓力計算(基坑地面以下):po(4 1)=36．06-55．98= -19．92 kPa;po(4 2)=258．05-55．98=202．07 kPa;po(5 1)= 291．72-47．99=243．73 kPa;po(5 2)=516．42-47．99=468．43 kPa; po(6 1)=543．52-46．74=496．78 kPa;po(6 2)=771．36-46．74= 724．62 kPa。

土壓力強度零點位置計算:假設近似零彎點距基坑地面距離為hcl，根據關系式列出方程得17．5×hcl×1．922+36．06=55．98解之得hcl=0．59 m，土壓力對彎矩零點的總力矩，基坑開挖深度為7．0 m時，基坑側壁受到的土壓力如圖1所示。

圖1　AB段土壓力分布圖

參照圖1壓力計算示意圖，求得土壓力對彎矩零點的總力矩為: Ma=442．16 kN·m/m。

支撐軸力計算:主動土壓力對零點彎矩經計算為:∑Ma= 442．16 kN·m/m，由∑MD=0得:R=442．16/(7+0．59-2)= 79．10 kN/m。

樁長計算:設樁端進入②-3層頂面以下x米處，由∑M=0 得:1．2×［－11．24/2×(6．6+x+6+2/3)+22．69×2．2/2× (6．6+x+3．8+2．2/3)+25．69×1．3×(6．6+x+2．5+1．3/2) +(40．63－25．69)×1．3/2×(6．6+x+2．5+1．3/3)+33．23× 2．5×(6．6+x+2．5/2)+(55．98－33．23)×2．5/2×(6．6+ x+2．5/3)］=79．10×(5+6．6+x)+202．07×6．01/2× (6．01/3+x)+243．73×x×(x/2)+(468．43－243．73)× (x/5．7)×(x/2)×(x/3)－19．92×0．59/2×(0．59×2/3+ 6．01+x)。

整理得:6．571x3+121．87x2+363．86x-1 133．234=0，盛金公式A=b2-3ac=7 680．62;B=bc-9ad=111 351．74;C=c2-3bd=546 715．78。

總判別式:Δ=B2-4AC＜0，X1=(-b-2A(1/2)cos(θ/3))/ (3a)，其中θ=arccosT，T=(2Ab-3aB)/(2A(3/2))=-0．239 68 (A＞0，-1＜T＜1)，解之得:x=1．852 m。

取樁長H=7．0+6．6+1．9=15．5 m，施工后實際樁長14．45 m(因施工需要上部截去處理)。經電算驗算，滿足要求。

5　立柱強度計算

立柱分上下兩段，坑底以下采用鉆孔鋼筋混凝土灌注樁，上段采用φ325×10鋼管。

1)立柱上段所承受的豎向壓力P1=409．7 kN;2)使支撐縱向穩定所需的水平壓力產生的豎向荷載P2=91．2 kN;3)φ325×10鋼管特征系數及強度驗算:A=6 010 mm2;W=1．48×106 mm3; i=112．8;L0=8 m，λ=L0/i=70．9。

查表得φ=0．745，N/A=(409．7+91．2)103/(0．745×6 010)= 112＜［f］，下段鋼筋混凝土立柱強度驗算:取立柱樁徑800，基坑面下樁長L m，取qs=26 kPa，P=409．7+91．2+3．14×0．402L× 25×1．2=500．9+15．1L kN，Quk=πdqsL=3．14×0．8×26L= 65．31L由Quk=1．2P得L=12．74;實取L=13 m，配筋:主筋為12Φ18，螺旋筋Φ8@200，上部加密，加強筋Φ14@2 000。

AB段支護剖面圖見圖2。

圖2　AB段支護剖面圖

6　基坑止降水設計

止水樁長確定坑外水位取地面下1．0 m，坑內水位取地面下7．50 m。

D=5．4 m，止水樁長為:h=7．5+5．4-1．0=11．9 m，取12 m。基坑止水帷幕設計:基坑開挖范圍內暗塘分布，結合本基坑的巖土工程地質等情況，確定雙軸深層攪拌樁有效樁長為12 m。基坑止水帷幕采用一排2φ700@900的雙軸深攪樁，樁體搭接250 mm。降水設計:本基坑周圍采用單排雙軸深攪樁做止水帷幕，基坑內設集水坑排水。

7　圈梁設計計算

本設計共分為4個段面，混凝土支撐直接作用于圈梁上，4個段面的作用力分別為79．01 kN，91．18 kN，55．44 kN，74．04 kN。設計圈梁均為800×1 100，C30混凝土，取最不利地段計算(取作用力為91．2 kN):

正截面強度計算=91．2×92×1．25=769．5 kN·m。

аs=0．059;γs=0．970;As=2 483 mm2。

實配:上下均為8Φ22(HRB335)有:As=3 041 mm2＞ρmin= 2 640 mm2。

斜截面強度計算:V=3 045．9 kN＞V0．7=852．9 kN＞V按構造配筋:取Φ8@200四肢箍。

8　基坑監測方案

本基坑工程監測等級為一級，在基坑支護結構的施工與使用過程中，應對支護結構和已有建筑物(含道路、管線)進行信息化監測。應由建設方委托具備相應資質的第三方對基坑工程實施現場監測。監測項目如下:

1)坡頂水平及沉降位移監測:沿坡頂每隔15 m～20 m布置一個觀測點，共布置24個監測點。

2)深層水平位移監測:在支護樁外側共設置16個深層水平位移觀測點。孔深不小于支護樁樁長。

3)基坑周邊道路沉降觀測:沿周邊道路每15 m～20 m設一沉降觀測點，約38個。

4)基坑周邊建筑物沉降觀測:每幢建筑物上布置不少于4個～6個沉降觀測點。

5)內支撐軸力應力:共布設12組應力監測點。

監測與測試的控制要求:根據GB 50497—2009建筑基坑工程監測技術規范要求，當監測項目的變化速率達到表中規定值或連續3 d超過該值的70%，應報警;建筑整體傾斜度累計值達到2/1 000或傾斜速率連續3 d大于0．000 1H/d(H為建筑物承重結構高度)時應報警。

9　結語

1)本地塊長約147 m，寬約129 m，降水方案為采用單排雙軸深攪樁做止水帷幕，基坑內設集水坑排水，計算得出鉆孔灌注樁的入土深度與內部配筋、基坑內支撐的布置形式與配筋，通過實際驗證該方案經濟、可行，對類似的工程有一定的借鑒作用。

2)本基坑工程開挖必須確保周圍建(構)筑物安全使用，因此必須滿足圍護結構的穩定性好、變形量小。基坑土方必須分層、分段均衡開挖，邊開挖邊支護的原則;在開挖過程中，應采取措施防止碰撞或損傷支護結構、工程樁或擾動基底原狀土，嚴禁超挖。

參考文獻:

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［6］朱合華．地下建筑結構［M］．北京:中國建筑工業出版社，2005．

The foundation pit retaining design of a science and technology city C block

Zhuang Wenze
(Fujian Quanzhou Survey Design Institute Limited Company，Quanzhou 362000，China)

Abstract:Taking the foundation pit engineering of a science and technology city C block as an example，combining with the engineering geological conditions and surrounding environment conditions，formulated the foundation pit support design scheme，calculated the soil lateral earth pressure and pillar strength，introduced the foundation pit precipitation design key points，and put forward the specific foundation pit monitoring method，ensured the security and stability of foundation pit retaining structure．

Key words:foundation pit，retaining structure，soil pressure，monitoring project，settlement observation

作者簡介:莊文澤(1968-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-21

文章編號:1009-6825(2016)01-0072-03

中圖分類號:TU463

文獻標識碼:A