武漢永清商務區A4-3區基坑支護設計探討

李 劍 周 亮 王 瀟

(湖北省交通規劃設計院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

武漢永清商務區A4-3區基坑支護設計探討

李 劍 周 亮 王 瀟

(湖北省交通規劃設計院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

根據武漢永清商務區A4-3地塊工程地質及周邊環境狀況，采用鉆孔樁+內支撐+支護樁外側采用攪拌樁止水的綜合手段對本基坑支護結構進行了設計，對類似的較復雜基坑結構設計與施工有一定的借鑒作用。

基坑，支護結構，內支撐，設計參數

1 工程概況

擬建的武漢永清商務區位于武漢市江漢區永清街中部，東南臨長江，西南至山海關路與江岸區四唯街毗鄰，西至解放大道與江岸區勞動街接壤，東北至黃浦大街與二七相連。武漢永清商務區參照上海太平橋地區重建項目的發展模式，將打造成集住宅、辦公樓、酒店、零售、餐飲、娛樂等多功能設施的市中心綜合發展項目，以配合整個武漢市國際化發展的遠景規劃和發展戰略，將成為武漢江漢區最大的商務建筑群，其中永清商務區A4-3區規劃為餐飲、娛樂區，其總建筑面積約38 890 m2，高62.75 m，地上12層，地下1層，采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結構，建筑平面形狀近似呈長方形，其基坑開挖面積約7 420 m2，支護周長約340 m，工程±0.00相當于標高25.00 m，現場自然地面標高為-0.40 m，基坑開挖深度為-5.90 m，基坑支護安全等級為一級。

2 工程地質與水文地質條件

2.1 工程地質條件

擬建的武漢永清商務區A4-3區場地地貌屬江漢沖積平原，地勢平坦，地形開闊，地面高程24.85 m～25.21 m，最大高差0.36 m。

根據勘察報告，與本次基坑支護設計有關的地層從上至下分述如下：

①雜填土：雜色，主要由粉質黏土夾建筑垃圾及碎石組成，呈稍濕、松散狀態。

②1黏土：灰褐色，含有腐殖物，有機質含量在2.1～2.4之間，呈飽和、軟塑狀態。

②1-1淤泥質黏土：褐灰色，含腐殖物，無搖振反應，光滑，干強度中等，韌性中等，局部相變為黏土，呈飽和、軟塑～流塑狀態。

③1黏土：黃褐色，含鐵錳質氧化物，無搖振反應，光滑，干強度中等，韌性中等，局部相變為粉質黏土，呈飽和、可塑狀態。

③1-1礫砂：青灰色，含石英，云母礦物質，局部相變為粉細砂，偶夾薄層粉質黏土，呈飽和、中密狀態。

2.2 水文地質條件

擬建場地地下水主要分為上層滯水和承壓水，上層滯水主要賦存于第①層雜填土和第②1層黏土中，受大氣降水、地表水、生產生活用水的滲漏補給，水量不大。勘察期間測得上層滯水埋深變化在0.80 m～3.10 m，相當于標高24.39 m～21.84 m。

承壓水主要賦存于第③1-1礫砂層中，以第③1黏土層為相對隔水頂板，其含水層厚度大，由于場地緊鄰長江，故承壓水與長江有密切的水力聯系，二者為互補關系。勘察期間，測得承壓水水位為9.90 m，相當于標高15.34 m左右。依據現場抽水試驗報告，場區承壓水含水層③1-1礫砂層綜合滲透系數K=15.64 m/d，影響半徑R=110 m。

3 基坑支護結構設計

3.1 支護結構設計參數選取

勘察揭露深度范圍內，基坑側壁主要為第①層雜填土、第②1黏土、第②1-1層淤泥質黏土和第③1層黏土組成，坑底主要為第③1層黏土和第③1-1層礫砂，根據勘察報告，結合地區經驗，基坑支護工程采用各土層參數見表1。

表1 基坑支護各土層有關指標表

3.2 支護結構設計

依據基坑場地周邊的環境條件和地質水文條件，基坑采用鉆孔樁+鋼筋混凝土內支撐支護，支護樁外側采用攪拌樁止水。內支撐截面(高×寬)為0.7 m×0.7 m；鉆孔樁樁徑800 mm，樁中心間距1 200 mm，具體基坑支護設計平面圖見圖1。

3.3 內支撐結構有限元分析

為了全面的掌握基坑開挖過程中基坑支護結構的變形情況，本文利用有限元法，對基坑支護結構及開挖過程進行計算，計算結果更能直觀的反映基坑開挖過程中結構的受力及變形情況，對于基坑支護設計起到了指導作用，基坑內支撐結構有限元計算中，共計節點單元174個，桿單元335個，桿單元荷載73個，節點約束總數4個，基坑內支撐支護結構軸力、剪力、彎矩、位移圖見圖2～圖5。

1)計算所得支撐軸力最大發生在正北側圓環梁，最大軸力約為5 405 kN；

2)計算所得最大樁身剪力約為831 kN·m，計算所得最大樁身彎矩約為1 291 kN·m，均產生于基坑右下角，設計中已經加強配筋；

3)開挖至坑底計算所得最大位移為32 mm，發生在西側圓環梁，實際設計中已經采用雙排樁進行支護加強。

3.4 小結

根據有限元計算結果對支護體系進行分析計算，綜合各項因素，確定結構的截面及配筋形式，最后形成方案圖。綜合上述，通過上述校核計算，基本能反映基坑開挖過程中的整體變形趨勢情況，結合剖面計算情況，在開挖過程中能直觀的了解該基坑整體變形及受力情況，有很好的參考及指導作用，但由于該基坑形狀的不規整，故基坑轉折端段應力較為集中，但通過局部支護加強，通過剖面及有限元計算結果綜合進行結構設計，是安全、合理且可行的。

4 基坑降水及監測設計

4.1 上層滯水治理

對于上層滯水，采取疏、堵結合的方法。

1)在坡頂、坡底設置截排水溝，過水斷面尺寸為 300 mm×300 mm，采用灰磚砌筑；

2)在坑底設置若干集水坑，匯集上層滯水后，用水泵抽排至明渠；

3)支護樁間設置土釘掛網噴混凝土護面；

4)基坑支護樁后設置第1排～2排隔水帷幕。

4.2 承壓水治理

基坑開挖過程中，對基坑抗突涌穩定性影響較大的土層為第③1-1層礫砂層承壓含水層。勘察期間，測得承壓水水位為9.90 m。開挖過程中，必須有效控制承壓水水頭埋深，防止基坑發生突涌事故，因此，必須進行基坑突涌驗算。

DB 42/159—2004按照基坑工程技術規程，可按以下公式進行承壓水抗突涌驗算：

kty·Hw·γw≤D·γ

(1)

其中，kty為坑底突涌抗力分項系數(根據規范取值1.2)；D為坑底至承壓水層頂板的距離(根據勘察資料取4.2m)；γ為D范圍內土的平均天然重度(本文取19.1kN/m3)；Hw為承壓水水頭高度(根據勘察資料取9.9m)；γw為水的重度(本文取10kN/m3)，經驗算kty=0.81<1.2，不能滿足坑底抗突涌要求，需采用減壓降水，經計算承壓水頭降低2.1m后，kty=1.21>1.2，可滿足基坑抗承壓水突涌設計要求。

考慮擬建場地緊臨長江，汛期不能進行土方開挖施工，本次降水設計按枯水期承壓水位值進行減壓降水設計，承壓水初始水位標高取13.5m，取含水層綜合滲透系數K=15.64m/d。

按照DB42/159—2004基坑工程技術規程，管井降水抽排總量Q可按以下公式計算：

Q=2πk0SR0

(2)

(3)

其中,F為基坑面積(本文取7 420 m2)；S為承壓水水位下降設計值(本文取2.1 m)；k0為含水層綜合滲透系數(本文取15.64 m)；R0為基坑等效圓半徑(本文計算得48.6 m)，計算得Q=9 547 m3/d。

故根據計算成果及場區周邊降水經驗，本區域共設置8口降水井，其中2口備用井兼作觀測孔，單井涌水量按1 200 m3/d、抽水井影響半徑按110 m、井深按35 m設計。

降水引起的地面沉降量可按以下公式計算:

(4)

具體水位降幅等值線圖和沉降等值線圖見圖6,圖7。

根據計算，基坑承壓水降幅最小約3.0 m>2.1 m，滿足坑底承壓水突涌設計要求，基坑降水產生的最大附加沉降約22 mm，其不均勻沉降率小于1‰，而一般框架結構和磚混結構的工業與民用建筑允許的不均勻沉降率為1‰～5‰，可以認為基坑降水不會對周圍環境造成破壞。

5 結語

隨著高層建筑的不斷增加，基礎埋深也隨之不斷增加，并因此出現了大量的深基坑工程，由于內支撐支護結構剛度大，整體性好，可以嚴格的控制基坑變形，而且布置靈活，適應于不同形狀的基坑，大量施工監測案例證明，采用內支撐支護結構的基坑位移小，施工質量容易得到保證。

管井降水設備較簡單，排水量大，降水較深，易維護，適用于含水層厚度大、滲透系數較大的土層，管井埋設的深度和距離布置靈活，可根據需降水面積、深度及滲透系數確定。

本文針對武漢永清商務區A4-3區基坑的工程地質、水文地質、周邊環境等因素，采用鉆孔樁+鋼筋混凝土內支撐支護，支護樁外側采用攪拌樁止水，基坑采用管井降水的綜合手段，對該基坑支護結構和降水工程進行了設計，對于類似較為復雜的基坑支護結構設計有一定的借鑒作用。

[1] 秦四清.深基坑工程優化設計[M].北京:地震出版社,1998.

[2] 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.

[3] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[4] DB 42/159—2004,基坑工程技術規程[S].

[5] 尉希成，周美玲.支擋結構設計手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社,2004.

Discussion on supporting for Wuhan Yongqing A4-3 business district

Li Jian Zhou Liang Wang Xiao

(HubeiCommunicationPlanningandDesignInstitute，Wuhan430051,China)

Based on the engineering geology and surrounding environment of Wuhan Yongqing A4-3 business district, this paper designs the foundation pit supporting structure by using the integrated method of mixing pile and inner support & supporting pile. The similarity is more complicated. The design and construction of foundation pit have some reference.

foundation, retaining and protecting structure, inner bracing, design parameters

1009-6825(2017)21-0066-03

2017-05-19

李 劍(1981- )，男，碩士，工程師

TU753.8

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