大面積基坑支護設計實例

何志鵬（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東廣州510500）

大面積基坑支護設計實例

何志鵬（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東廣州510500）

對于設計中常遇到的基坑長寬都很大，而基坑深度不是很大的情況，并受到不可進行拉錨施工時，可采用雙排樁支護設計。按現行規范中簡化方法考慮樁間土對前后樁土反力與土變形的關系，采用平面剛架模型進行雙排樁支護結構的設計。同時簡要介紹了大直徑攪拌樁在基坑止水帷幕中的運用。

大直徑攪拌樁；大面積基坑；雙排樁；樁間土

1 工程簡況

該項目位于佛山市南海區黃岐鎮北環路南側、風情街西側，原址為廣東省建筑構件工程公司，擬建項目為14棟32～36層商住樓，配套設置1～2層地下室。基坑大致成長方形，長邊尺寸約310m，短邊尺寸約190m，基坑支護周長約1300m，基坑開挖深度：住宅二層地下室范圍8.85～12.15m、住宅一層地下室范圍5.10～5.30m、商業一層地下室范圍6.50～6.70m。

2 周邊環境條件

基坑東側為黃岐商業中心（4F，天然基礎），本項目支護結構外邊線與黃岐商業中心建筑外邊線最少距離約為8.9m；基坑南側東段為居民樓（8F，樁基礎），本項目支護結構外邊線與居民樓建筑外邊線最少距離約為14.6m；基坑南側西段為恒福花園住宅樓（16F，樁基礎），本項目支護結構外邊線與恒福花園住宅樓建筑外邊線最少距離約為6.2m；基坑西側南段為瑞麗花園住宅樓（10F，樁基礎），本項目支護結構外邊線與瑞麗花園住宅樓建筑外邊線最少距離約為22.1m；基坑西側北段為倉庫（1～4F，天然基礎），本項目支護結構外邊線與倉庫建筑外邊線最少距離約為18.3m；基坑北側為北環路，本項目支護結構外邊線與北環路機動車道邊線距離約為26.0m。

3 工程地質與水文概況

3.1 工程地質條件

場地巖土層按成因類型可劃分為第四系人工填土層及沖積土層，下伏基巖為白堊系泥質粉砂巖，現將主要巖層分述如下：

（1）人工填土。

（2）沖積土層：

①中砂。②粉質粘土。③粉砂。④淤泥質土。⑤粉質粘土。⑥粉砂。⑦中砂。⑧礫砂。

（3）殘積土層：粉質粘土。

（4）白堊系泥質粉砂巖：

①全風化巖層。②強風化巖層。③中風化巖層。

3.2 水文地質條件

在鉆探期間測得鉆探孔內混合穩定水位埋深在 0.40～1.40m，標高1.41～3.31m，并隨潮汐波動，日波動幅度約0.12m。地下水位的變化與大氣降水及河流側向補給有關，并隨季節性變化較大，一般雨季水位略有抬升，旱季水位略有降落，水位年變化幅度一般為1～1.5m。

4 基坑支護設計方案分析

根據場地的工程地質條件和水文地質條件并結合以往的工程經驗，分析認為，擬建場地上覆蓋土層中除淤泥質土和粉質粘土外，主要為強透水砂層，強風化巖層層面埋深13.80～26.50m，因此需要設置豎向止水帷幕，并使止水帷幕的深度進入到透水性較差的＜3＞粉質粘土或＜4-2＞強風化巖才能保證基坑工程的順利進行。

4.1 基坑止水帷幕的選擇

對于擬建工程，建筑場地地下砂層為強透水層及富水層，砂層中地下水與珠江水水力聯系明顯，受地下水動水影響，基坑支護防水結構的好壞是確保基坑順利開挖的關鍵。如采用傳統型小直徑雙排深層攪拌樁搭接止水或高壓旋噴樁止水，往往在成樁的垂直度難以保證而易造成基坑透水事故。大直徑深層旋噴攪拌樁具有穿透能力強、成樁質量好、樁身強度高、止水效果優良的特點，近年來在珠三角地區的基坑支護工程中得到了許多運用，并取得了良好的效果。雖然三軸攪拌樁的成樁效果與大直徑攪拌樁基本相同，但其成本較高，故本工程設計選用了φ800直徑的大直徑攪拌樁作為豎向止水帷幕。

4.2 基坑支護形式的選擇

擬建建筑物設兩層地下室，局部一層地下室，基坑開挖深度約9m，局部約6m，周邊條件不算復雜。但本工程大部分建筑邊線離建筑紅線較近，且佛山地區規定錨索尾端不可超出紅線，故本工程不適于選擇拉錨體系。對于基坑南側，由于開挖深度較小，基坑寬度約80m，則采用常規的孔灌注支護+一道鋼筋混凝土內支撐+多排攪拌樁坑內加固土的支護方案即可滿足要求。而對于其他部位的基坑短邊長約130m，本工程則采用了雙排樁（水下C30鉆（沖）孔灌注樁，直徑1400）+兩支護結構內部多排格柵式攪拌樁加固土+坑腳多排攪拌樁坑內加固土的支護方案。基坑支護平面圖如圖1所示。

圖1 基坑支護平面圖

本工程選用雙排樁支護結構主要基于如下考慮：

（1）雙排樁為剛架結構，其抗側移剛度遠大于單排懸臂樁結構，其內力分布優于懸臂結構。對于相同的樁頂位移控制條件，雙排樁的材料消耗遠遠低于單排懸臂樁，有較大的經濟優勢。

（2）與支撐式支擋結構相比，由于其基坑內不設支撐及立柱，施工工藝簡單、無交叉作業問題；同時也省去了設置、拆除支撐的工序，加快了施工進度，縮短了施工周期。且對如本項目基坑面積很大，深度不是很深的情況，一樣具有經濟優勢。

4.3 雙排樁的設計

按 《建筑基坑技術規程》（JGJ120-2012）（以下簡稱 《規范》）的要求，雙排樁采用平面剛架結構模型進行計算。作用在后排樁上的主動土壓力及前排樁嵌固段上的土反力與單排懸臂樁的計算相同。對于本工程樁間土基本為淤泥質土，對前后樁的連接作用比較差，設計中在雙樁間設置了十排格柵式φ550的攪拌樁，用以加強前后樁的剛性連接，故在計算時取前、后排樁的水平位移的差值Δν=0，則前、后排樁間土對樁側的壓力pc=pc0，pc0可按照《規范》相關條款進行計算。同時對坑腳土也采用攪拌樁進行加固處理，在設計中考慮其的有利影響。選取典型的基坑剖面如圖2所示，其計算模型如圖3所示。

圖2 典型的基坑剖面圖

圖3 雙排樁計算模型

根據本工程的巖土工程勘察報告，選取各土層參數如表1所示。根據計算可得前、后樁的位移及位移圖，如圖5所示。

對于本支護方案僅有一種開挖工況，取荷載分項系數為1.25后，可得前后樁的內力設計值（如表2）。

4.4 支護結構的坑底隆起穩定驗算、整體穩定驗算及嵌固穩定性計算

本基坑工程按規范要求應進行整體滑動穩定性驗算，由于基坑底有淤泥層，還需進行抗隆起穩定驗算，同時也需按照規范要求驗算雙排樁的嵌固穩定性。

（1）基坑抗隆起計算

從支護底部開始，逐層驗算抗隆起穩定性，結果如下：

表1

圖4 雙排樁支護內力及位移圖

表2

支護底部，驗算抗隆起：

Ks=15.167≥1.600，抗隆起穩定性滿足。

深度23.500處，驗算抗隆起：

Ks=31.948≥1.600，抗隆起穩定性滿足。

（2）整體滑動穩定性驗算

基坑的整體穩定性采用瑞典條分法，計算結果表明安全系數Ks=3.894，大于1.3，故安全。

（3）嵌固深度滿足抗傾覆要求的嵌固深度：

《規范》將雙樁及樁間土整體作為力的平衡分析對象，考慮了土與樁自重的抗傾覆作用。抗傾覆穩定計算嵌固深度ld值，公式如下：

得到ld=13.800m，設計取ld=14.000m，安全。

綜上幾點，可見本基坑設計符合規范的要求。

5 結語

本基坑的主要特點：

（1）利用大直徑攪拌樁作為止水帷幕，在有效控制樁的垂直度的同時，具有較高的經濟性。

（2）基坑面積很大，深度不是很大，受到不能打錨桿的限制，采用了以雙排樁為主的基坑支護結構。較內支撐形式的支護結構，節省了工序，加快了施工進度，同樣經濟性較好。

對本基坑設計的一點后續思考：

（1）本設計中并未考慮前、后樁水平位移差，這樣可使前、后樁的內力計算值偏大，對于工程來說偏安全，而對經濟性角度來說，會造成一定的浪費。

（2）對工程來說，前、后排樁還有梅花狀布置，雙三角形布置，丁字形布置等，根據工程需要可以靈活采用，但《規范》中僅給出了矩形布置的計算方法，因此現階段對設計有一定的制約。

[1]《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）.中國建筑工業出版社，2012.

[2]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊（第二版）.中國建筑工業出版社，2009.

[3]廣東有色工程勘察設計院.巖土工程詳細勘察報告.2014.

[4]龔曉南.深基坑工程設計施工手冊.中國建筑工業出版社，1998.

[5]聶慶科，梁金國，韓立君，白 冰.深基坑雙排樁支護結構設計理論與應用.中國建筑工業出版社，2008.

[6]鄭 剛，李 欣，劉 暢，等.考慮樁土相互作用的雙排樁分析.建筑結構學報，2004.

[7]黃 強.護坡樁空間受力簡化計算方法.建筑結構，1995.

[8]張洪彬，雙排樁支護結構的影響因素研究.華南理工大學碩士學位論文，2008.

TU753

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2095-2066（2016）05-0147-03

2016-1-25