復雜深基坑設計優化方法

胡義生

摘 要：結合工程實例，對場地工程地質條件、場地地下水以及周圍環境進行了描述，重點介紹了深基坑設計及施工的合理優化，即地下室埋深、降水基坑支護形式、卵石層錨桿施工，只有對深基坑設計進行良好分析，才能降低施工難度，減少安全隱患，提升施工企業的經濟效益。

關鍵詞：深基坑 設計優化 支護 錨桿

中圖分類號：TU43 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（a）-0063-02

1 工程概況

工程位于某市北側，原始地貌單元屬河漫灘和Ⅰ級階地結合部，場地地勢起伏較大，各勘探孔孔口高程為325.93～335.77 m，最大高差9.84 m。根據鉆探、人工探井、原位測試和室內土工試驗分析結果，場地最大勘探深度范圍內主要為全新統（Q4）、上更新統（Q3）、中更新統（Q2）和下更新統（Q1）地層，地下水埋深為7.10～17.50 m，基坑北側有居民樓，西側和東側有道路。勘察單位給出基坑支護巖土設計參數如表1所示。

2 深基坑設計的合理優化

2.1 地下室埋深與基坑降水

該工程地下水穩定水位埋深13.15～14.18 m，根據區域資料：地下水位季節性最大變幅約3.00 m，同時原建筑設計方案主樓地下室埋深為-16.50 m，電梯井處埋深為-20.45 m，裙房埋深為-14.60 m，因此主樓基坑開挖須降低地下水位為3.8～4.0 m，電梯井處降低地下水位約8 m，裙房處降低地下水位約1.8 m，并且是降低卵石層水。其次根據地質勘察報告給出卵石層的滲透系數為80 m/d，顯示為強透水層，按主樓電梯井處最大降深8 m計算，主樓如布置30余口降水井，中心區域只能降到7.5 m。為了在實際施工時降低降水的難度，經過設計人員反復溝通，可將主樓地下室埋深為-14.50 m，電梯井處埋深為-18.45 m，裙房埋深為-12.60 m。通過此種方式處理后，主樓只需降低地下水位1.8～2.0 m，電梯井處需降低地下水位約6 m，并要求距北側住宅樓約30 m，但裙樓則無須降水。另外裙房部分布置的30余口降水井應全部取消，要在主樓外圍布置20口降水井，電梯井處布置6口降水井，并減少降水井8～10口，推算出共要減少約40口降水井，同時按降水120 d計算，可節約工程造價40×120×350=1 680000.00元。以南側和東側不同開挖深度做支護結構進行經濟型對比分析可知，開挖-12.6 m樁錨支的單位總價為19 860元，開挖-14.6 m 樁錨支護的單位總價為26 140元，其中單位造價是指樁間距為1.5 m，造價為1.5延米的造價。由此可以看出，南側和東側開挖深度減少2m 的基坑支護費用，每延米節約工程造價約4 200元，同樣西側和北側節約的工程造價也基本相同，整個基坑周長約600 m，共節約工程造價250萬元。

2.2 基于造價經濟性上的復雜深基坑設計優化

護坡樁的設計一般都從地面開始，如果場地條件允許，可將樁頂標高降低，樁頂以上至地面放坡或采用土釘墻支護，以便于土方開挖及施工的合理組織。其次對于樁錨支護體系，樁頂以上放坡，則土壓力減少，支護樁力臂隨之減少，樁身彎矩亦大幅度減少，并且護坡樁的樁頂標高降低，不僅可促使護坡樁的樁長減少，同時由于土壓力的減少，錨桿長度也可相應減少，因此，該設計可以降低工程造價。另外，該工程的雜填土比較厚，最深達14.2 m，并且其含有建筑垃圾，因此，給土釘墻施工帶來很大困難。根據以往施工經驗，建筑垃圾場地人工施工土釘很難成孔，往往需要采用施打鋼花管替代人工成孔土釘，而建筑垃圾場地施工鋼花管的長度一般不超過6 m，但若樁頂以上土層按自然放坡，雖然節約了支護工程造價，但增加了回填土的工程量與工程造價。根據計算分析，放坡的坡度在1∶0.5左右較為適宜，而當放坡坡度超過1∶1，特別是坡的高度較大時，后續回填土的工程量較多；此外當土釘墻坡度按1∶0.5劃分，坡高為6.5 m，且土釘長度已達到10 m時，如果遇到建筑垃圾，可改用鋼花管土釘施工，通過將其中一道土釘改為錨桿，用長度為13 m鉆機成孔，方可滿足土釘墻整體穩定要求。仍以南側為例，將護坡樁樁頂放坡與不放坡做經濟比較，二者相差見表2。

從表2可以看出，樁頂放坡比樁頂不放坡每延米節約工程造價3 020元，南側和東側約250 m，節約工程造價約77萬元。

2.3 卵石層錨桿的方案優化

該工程大部分錨桿位于中密的卵石層中，卵石一般粒徑為2～11 cm，最大粒徑為68 cm，鉆進困難且易塌孔，同時在使用帶液壓打擊的錨桿鉆機時，由于卵石粒徑較大，套管外壁靜阻力很大，鉆進速度會受到影響，因此有些地方無法施工。為此，實際施工可采用潛孔鉆機并可改變最初的單液壓錘上打擊、水排渣方法，方便上液壓錘下沖擊器可同時打擊，并且也可用高壓氣體排渣的施工方法，利用套管進行護壁等措施，防止塌孔造成鉆桿、鉆頭卡死等現象。其施工技術不僅按期完成了錨桿施工任務，還避免了施工效率低，人工費虧損的局面。

3 結語

總之，對于每一個基坑支護工程，在基坑支護設計階段，從支護總體方案對支護結構應先進行優化，選擇好的支護結構，在保證安全的前提下，可以大幅度降低工程造價，同時在建筑物規劃設計階段對地下室層高進行優化，不但可降低基坑支護造價，還可減少工程安全隱患，保證工期達到事半功倍的效果。

參考文獻

[1] 徐楊青.深基坑工程設計的優化原理與途徑[J].巖石力學與工程學報，2001（2）：248-251.

[2] 汪麗，張軍平.復雜條件下深基坑支護的設計優化[J].土工基礎，2016（12）：29-30.