復雜條件下深基坑的支護及監測方案設計

甄 延 海

(1.山東華科規劃建筑設計有限公司，山東 聊城　252000；2.山東聊建集團有限公司，山東 聊城　252000)

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復雜條件下深基坑的支護及監測方案設計

甄 延 海1,2

(1.山東華科規劃建筑設計有限公司，山東 聊城252000；2.山東聊建集團有限公司，山東 聊城252000)

以山東省廣電中心地下車庫工程為例，介紹了該基坑的支護方案，通過監測，得到了支護結構水平位移和建筑沉降數據，并與變形控制值作了對比，指出該支護方案滿足了強度設計與變形控制的要求。

深基坑，支護方案，水平位移，沉降監測

近20年來，基坑工程已成為建筑工程領域的熱點問題和難點問題[1]。基坑工程是一項綜合性很強的系統工程，既涉及到土力學中的強度和穩定問題，又涉及到土體與支護結構的協同工作問題；基坑的設計和施工既要保證支護結構的安全穩定，又要精心控制周邊土體的位移，確保周圍環境的安全[2-6]。目前深基坑工程事故多危險性大，很多事故中不僅基坑本身垮塌，同時也給周邊的建筑物、道路和地下管線帶來了破壞性的影響，造成了不可估量的損失[7,8]。據唐業清教授對160余起基坑事故的統計分析，由于設計不當所造成的基坑事故最多[9]，約占總數的46%。分析其原因，這與基坑工程的復雜多變性和設計理論的不完善有很大的關系。基于目前基坑設計理論短期內難有突破的現實，對基坑工程的及時監測以及對典型工程的經驗總結就變得尤為重要[10-12]。山東省廣電中心地下車庫深基坑工程是深、大、周邊環境復雜、施工周期長、支護方式多樣化、監測內容齊全的典型深基坑支護工程。基坑開挖時間長且期間經歷了多次降雨，但是在基坑的整個使用周期內沒有出現超出控制值的變形，有效保證了基坑及周邊建筑物的安全；這說明本基坑工程的支護設計是安全可靠的，監測方案的設計是合理的。將這一復雜深基坑的成功案例做一簡要介紹，以期為同類工程提供借鑒。

1　工程概況

山東省廣電中心地下車庫的建設地點位于濟南市青年東路與經十路交叉口西北角，原山東省廣播電視技術中心大樓東部，緊鄰新廣電中心大樓，南側為濟南市東西向主干道經十路。

場地地貌單元屬山前洪積扇的前緣。場地為舊房拆遷場地，受人為活動的影響，地形起伏較大，地勢西高東低。基坑周邊環境復雜，基坑西南側距基坑約12 m處為原廣播電視中心大樓(32層)，采用人工挖孔樁基礎型式，樁徑1.0 m，樁頂標高-8.2 m，樁端入中風化石灰巖不小于3.0 m；西北部距基坑6.50 m處為動力科變壓器樓，主體3層，條形基礎，基礎埋深為3.0 m；基坑南側距已建車庫通道的北墻1.35 m；基坑東側緊鄰現已投入使用的新廣電中心大樓，基礎埋深約19.5 m；基坑北側4 m為一電纜溝，溝深2 m。本基坑工程需進行支護的區域為南側、西側和北側。基坑周邊環境詳見圖1。本基坑工程擬開挖深度17.9 m，東西寬約30 m，南北長約104 m。基坑開挖深度大，且周邊環境復雜、開挖場地受限制，需進行支護結構設計，以保證周邊建筑物的安全和車庫主體結構的施工安全順利進行。

2　支護方案設計

根據工程地質勘察報告，基坑支護范圍內所涉及到的土層有雜填土、粘土、含礫粘土、碎石土和中風化石灰巖，各土層的性狀及物理力學參數(見表1)。場地地下水主要為巖溶裂隙水，場地下伏的下古生界奧陶系下統白云質灰巖為場區的主要含水層，屬巖溶水，具有承壓性。勘察期間測得場地地下水靜止水位埋深在±0.000標高下18.80 m～19.48 m，本基坑工程的開挖深度為17.9 m，因此不會對基坑的開挖施工造成影響，但應做好地面的排水工作。

圖1　基坑周邊環境圖

表1　土層的性狀及物理力學參數

根據場地工程地質及水文地質條件，結合周邊建筑環境，本基坑工程的安全等級應為一級[13]。基坑側壁均垂直開挖，南側和北側采用鋼管樁和錨桿支護，詳見圖2；西側采用鉆孔灌注樁和錨桿支護(上部采用土釘墻支護)，詳見圖3。

圖2　鋼管樁錨桿支護方式　　　圖3　鉆孔灌注樁錨桿支護方式

圖2中鋼管樁錨桿支護體系的詳細參數如下：鋼管樁鉆孔直徑200 mm，鋼管直徑133 mm，壁厚4 mm，有效樁長20.5 m，樁間距600 mm，填充材料為1∶0.5水泥漿；預應力錨桿MG1，MG2，MG3和MG4相同，桿體材料為2φ28鋼筋，錨固段長度13 m，自由段長度7 m，水平間距1.5 m，預應力鎖定值120 kN，鉆孔直徑130 mm；預應力錨桿MG5，桿體材料為1φ28鋼筋，錨固段長度10 m，自由段長度6 m，水平間距1.5 m，預應力鎖定值80 kN，鉆孔直徑130 mm；預應力錨桿MG6，桿體材料為1φ28鋼筋，錨固段長度9 m，自由段長度5 m，水平間距1.5 m，預應力鎖定值80 kN，鉆孔直徑130 mm；坑壁表面掛網噴護，面層厚度80 mm，強度C20，鋼筋網規格φ6.5@250。圖3中鉆孔灌注樁錨桿支護體系的詳細參數如下：鉆孔灌注樁樁徑800 mm，樁間距1 600 mm，有效樁長18.5 m，充填材料為C30的混凝土；土釘TD1桿體材料為1φ28鋼筋，長度5 m，水平間距1.2 m，鉆孔直徑130 mm；預應力錨桿MG1，MG2，MG3和MG4相同，桿體材料為2φ28鋼筋，錨固段長度9 m，自由段長度7 m，水平間距1.6 m，預應力鎖定值100 kN，鉆孔直徑130 mm；預應力錨桿MG5，桿體材料為1φ28鋼筋，錨固段長度8 m，自由段長度5 m，水平間距1.6 m，預應力鎖定值80 kN，鉆孔直徑130 mm；坑壁表面掛網噴護，面層厚度80 mm，混凝土強度C20，鋼筋網規格φ6.5@250。

3　監測方案設計

圖4　基坑監測平面布置圖

山東省廣電中心地下車庫深基坑有以下幾個特點：1)開挖范圍大、深度大、基坑較為狹長，其周長約270 m，開挖深度達17.9 m；2)開挖范圍內所涉及到的土層性質變化較大，有相對軟弱的粘土層，并且在其他土層中有土包石現象，支護難度較大；3)基坑周邊環境復雜，有城市主干道和重要的公共建筑物。因此對基坑開挖過程中的監測尤為重要。根據基坑的工程地質條件、周邊環境及開挖深度，本基坑工程的安全等級為一級，基坑設計時限為18個月，依據GB 50497—2009建筑基坑工程監測技術規范的規定[14]，本基坑工程的監測項目應包括：坑頂水平和豎向位移監測、土層深部水平位移監測、周邊建筑物沉降監測、周邊地表沉降監測、周邊管線沉降監測、支護樁結構內力監測、錨桿內力監測和巡視項目基坑周邊裂縫監測。基坑的監測布置如圖4所示。坑頂豎向位移(沉降觀測)、周邊管線沉降、周邊建筑物沉降及地表沉降監測，采用Dini12數字水準儀，配GPCL2M條碼銦鋼尺一對，儀器精度每千米往返測中誤差為0.3 mm，儀器最小讀數0.01 mm。坑頂水平位移監測，采用瑞士徠卡TC702全站儀，其精度為測角精度2″，測距精度2+2 ppm。土層深部水平位移監測，采用智能型測斜儀，精度為0.000 4°；錨桿內力監測，采用錨桿力測力計和頻率讀數儀進行監測；支護樁結構內力，采用鋼筋測力計進行監測。

4　結語

對山東省廣電中心地下車庫深基坑的坑頂水平位移、土體深層水平位移和周邊建筑物沉降的監測資料整理分析，并與監測控制值對比，可知基坑的支護結構安全可靠，有效控制了基坑土體和周邊建筑物的變形，不僅滿足了強度設計的要求而且達到了變形控制的要求，是復雜條件下深基坑支護的成功案例。本基坑的支護及監測方案設計可為同類工程提供借鑒。

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[2]楊光華.深基坑開挖中多支撐支護結構的土壓力問題[J].巖土工程學報,1998,20(6):113-115.

[3]秦愛芳,劉紹峰,胡中雄.基坑軟土強度變化特征及坑底施工安全控制[J].地下空間與工程學報,2003,23(1):40-44.

[4]劉國彬,劉金元,徐全慶.基坑開挖引起的土體力學特性變化的試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2000,19(1):112-116.

[5]高偉,竇遠明,周曉理,等.分步開挖過程中基坑支護結構的變形和土壓力性狀研究[J].巖土工程學報,2006,28(sup):1455-1459.

[6]李俊才,張倬元,羅國煜.深基坑支護結構的時空效應研究[J].巖土力學,2003,24(5):812-816.

[7]龔曉南,高有潮.深基坑工程設計施工手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1998.

[8]劉建航,侯學淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1997.

[9]唐業清,李啟民,崔江余.基坑工程事故分析與處理[M].北京:中國建筑工業出版社,1999:229-244.

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[12]吳慶令.南京地區基坑開挖的變形預警研究[D].南京:南京航空航天大學碩士學位論文,2006.

[13]JGJ 120—99，建筑基坑支護技術規程[S].

[14]GB 50497—2009，建筑基坑工程監測技術規范[S].

Supporting and monitoring scheme for deep foundation pit under complicated conditions

Zhen Yanhai1,2

(1.ShandongHuakePlanningArchitecturalDesignLimitedCompany,Liaocheng252000,China；2.ShandongLiaochengConstructionGroupLimitedCompany,Liaocheng252000,China)

Taking Shandong broadcasting and television center underground garage engineering as an example, the paper introduces the deep foundation support scheme, obtains the horizontal displacement of the support structure and the building monitoring data through monitoring, makes a comparison with deformation control value, and finally points out that: the above-mentioned support scheme meets the requirements of strength design and deformation control.

deep foundation, support scheme, horizontal displacement, settlement monitoring

1009-6825(2016)21-0070-02

2016-05-21

甄延海(1976- )，男，工程師

TU463

A