某深基坑支護體系方案選型設計分析

王翠英，鄧 超，湯 黎，鄧 芳

某深基坑支護體系方案選型設計分析

王翠英，鄧 超，湯 黎，鄧 芳

（湖北工業大學土木建筑與環境學院，湖北武漢430068）

通過對常州市軌道交通1號線一期工程控制中心基坑維護設計，結合該深基坑周圍附屬建筑物、構筑物，道路，地下車站、管線、管網等工程簡況，以及該地區土層分布和水文地質等不同的環境條件，并結合鋼筋混凝土樁、預應力錨桿、鋼筋混凝土內部支撐、深基坑降水等基坑支護理論，利用天漢軟件系統分析了多種支護方式的共同使用在深基坑支護體系中發揮的高效性、安全性、經濟性，由此探討此深基坑的支護方案。

深基坑；灌注樁；錨桿；支護體系

高層建筑對深基坑支護標準有著更為嚴格的要求。在深基坑的開挖施工過程中，不僅要嚴格控制基坑的變形，而且還要確保深基坑周圍建筑物、構筑物以及地下水電管線不被損壞。此外，根據各個地區土質及水文地質條件的復雜程度不同，過去單一的基坑支護方案已很難滿足基坑周圍復雜地質環境的要求。因此選擇的支護方案既要保證支護結構安全穩定，又要兼顧工程施工成本、工期的要求。

1 工程概況

1.1 基坑簡況

常州市軌道交通工程控制中心地處和平中路以西，中吳大道以南，靠近軌道交通1號線所在的的茶山站。地鐵控制中心用地面積為16 000m2，地上建筑分為24層，高度為100m，裙房建筑部分分為8層，建筑面積61 000m2；地下室深度13.00m，分為兩層，建筑面積為40 000m2。基坑開挖面積為18000m2，基坑周長為600m。

1.2 基坑周邊環境

本工程的基坑形狀大致呈長方形。該基坑北側為地鐵1號線茶山站，使用的是樁基礎。北側沿基坑邊地下鋪設有給排水管道，供電管線，電信光塑管等管線，具體位置及埋深不明。東側為和平中路，沿路邊地下鋪設有給排水管道、電纜等管網設施，管道的具體位置及埋深不明，由總平面圖可知，東北側管線在基坑開挖范圍之內。南側和西側為一般性建筑和住宅。基坑四周環境比較復雜，未能確知周邊建筑物基礎和管線具體位置。

圖1 基坑及周邊平面圖

1.3 基坑工程地質及水文地質條件

1.3.1 工程地質條件 工程地質條件見表1。

1.3.2 場地地下水類型 主要分為上層滯水和承壓水。擬建場地基坑有關的地層有③2、⑤1、⑤2、⑤3、⑥1、⑥2、⑥3層，其中透水性較強的是⑤1、⑤2、⑤3層粉土、粉砂層，其余各土層為粘性土，透水性較弱。

2 支護方案的比選

在建筑工程領域，根據各地區地質條件復雜程度和支護的結構原理，基坑支護方案種類多種多樣，結合常州基坑地質勘探資料，進行各種支護方案的比選［2］。

表1 地層特性表

表2 基坑有關的地層透水性

2.1 放坡支護方案

這種方案其比例為1∶1.0到1∶1.5之間，適用范圍：基坑四周比較開闊，周圍無建筑物或者建筑物距離較遠，無地下管線。本工程開挖最深達13.40 m，若按此方案施工，則可能放坡到場地以外，沒有施工場地，放坡支護不適宜。

2.2 噴錨支護方案

這種方案多應用于粘性土等邊坡，一般來說支護深度小于6m，本工程基坑為超過13m的深基坑，遠遠大于6m，噴錨支護不適宜。

2.3 懸臂排樁方案

這種方案多應用于懸臂高度不超過6m的基坑，當基坑底部為軟弱土層時不宜采用。本工程基坑支護樁深度達20m，明顯超過6m，懸臂排樁不適宜。

2.4 型鋼水泥土攪拌樁方案

與其他支護方案相比，這種方案由于結構剛度偏小，一般多用于深度在12m以內的基坑，且型鋼可以回收利用，降低工程費用。本工程基坑深度13.4m，基坑在開挖過程中會產生較大的位移和沉降，由此容易引起攪拌樁的開裂導致滲漏，型鋼水泥土攪拌樁不適宜。

2.5 地下連續墻方案

這種方案止水效果好、剛度大，有效的避免了地下水的滲漏。且占用場地小，多適用于深度超過15 m的軟土基坑。不過地下連續墻造價高，對于外墻有很高的防滲要求，地下連續墻不適宜。

2.6 鉆孔灌注樁＋止水帷幕方案

這種方案多應用于基坑開挖深度不超過15m的軟土地區。本基坑工程采用深井降水，不需要采用止水帷幕，此方案不適宜。

3 支護方案的選擇

結合本基坑工程的工程地質條件和基坑特點，對于開挖深度不小于9m的基坑，相比之下，切實可行的支護方案為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁加預應力錨桿或內撐式支撐及雙排樁支護。這種復合式的支護方案是一種經濟的支護方案［3］。在一些較深的且形狀不規則的基坑中，內支撐應用相當廣泛。此外，內支撐能夠減小基坑的位移和內力變形，增加基坑的整體穩定性，對周邊環境影響較小。在基坑平面中，內支撐可以更為靈活地布置，便于土方施工的開挖，縮短工期。因此通過設置內支撐、錨桿等組成的支護體系，在很大程度上可提高基坑的穩定性。

本基坑平面面積特大，形狀大致呈長方形，東西方向跨度很長，經綜合比選決定對擬建場區采用如下的支護方式：BCDE長度部分，EFGH長度部分，HJ長度部分采用灌注樁加內支撐的支護形式，局部區域采用雙排鉆孔灌注樁；BAKJ長度部分采用鉆孔灌注樁加錨桿的支護形式。

圖2 基坑支護平面圖

4 支護結構設計計算

4.1 采用《天漢系列軟件》2010彈性抗力法對樁錨

支護進行計算

4.1.1 樁錨支護計算BAKJ長度部分錨桿設計 第一排錨桿：錨頭標高－4.30m，錨桿傾角15°，錨桿橫向間距1.4m。第二排錨桿：錨頭標高－9.30m，錨桿傾角15°，錨桿橫向間距1.4m。

天漢軟件模擬得出如下受力分析圖見圖3－6。

圖5 彈性抗力法樁彎矩分析圖

圖6 彈性抗力法樁剪力分析圖

樁排結構設計參數，間距為1.4m、直徑為1m、樁長為18.0m、嵌入深度為8.6m、滿足樁長構造要求。最大彎矩在樁頂向下15.2m處，為517kN· m，最大位移在樁頂向下6.7m處，為11mm。樁身彎矩設計值：（正工況）為843kN·m，撐錨力設計參數：錨桿1軸向拉力設值：（正工況）為158kN／根，錨桿2軸向拉力設計值：（正工況）為210kN／根。

4.1.2 天漢軟件樁大樣圖可知支護樁的構造配筋主筋20根直徑22mm的HRB400級鋼筋，定位鋼筋直徑為16mm，間距為2000mm的HRB400，螺旋箍筋直徑為8mm，間距為200mm。

4.1.3 錨桿長度計算與選定 A－B和K－J長度部分第一層錨桿取22m，第二層錨桿取17m，采用7股直徑15.24mm的預應力鋼絞線，預應力抗拉強度設計值γP為1320N／mm2。對鋼絞線錨桿張拉施工工藝控制系數γP取0.9。均采用2根直徑為25 mm的HRB400級鋼筋。A－K長度部分第一層錨桿取17m，第二層錨桿取16m，采用7股直徑15.24 mm的預應力鋼絞線，預應力抗拉強度設計值A＝為 1320N／mm2。對鋼絞線錨桿張拉施工工藝控制系數mm2取0.9。均采用2根直徑為25mm的HRB400級鋼筋。

4.1.4 冠梁設計

1）樁頂設一道冠梁，混凝土冠梁寬1000mm，高600mm。頂標高－4.0m混凝土強度等級均為C35。2）冠梁以上坡面及冠梁以下垂直開挖段均采用鋼筋掛網噴射混凝土，混凝土設計強度為C20，厚度（80±20）mm，水泥采用32.5MPa水泥，m（水泥）∶m（砂）∶m（石子）＝1∶2∶1.5，粗骨料粒徑不大于15mm。鋼筋網規格為200mm×200mm（6.0 mm），土釘為22鋼筋，長度為0.50～1.00m。

4.2 采用《天漢系列軟件》2010彈性抗力法對樁撐支護設計

4.2.1 支護樁設計

1）BCDE、EFGH、HJ長度部分支護樁采用鉆孔灌注樁：樁直徑為1000mm，支護樁中心距為1400mm，支護樁長18m，布置基坑四周；混凝土強度為C35。

2）CD、FG長度部分、B點、J點局部采用雙排鉆孔灌注樁，其中CD長度部分局部增設10根鉆孔灌注樁，樁中心距為2800mm，前后排樁中心距為3000mm；FG長度部分局部增設11根支護樁，樁中心距為2800mm，前后排樁中心距為3000mm；B點局部增設5根鉆孔灌注樁，樁中心距為2800mm，前后排樁中心距為3000mm；J點局部增設5根鉆孔灌注樁，樁中心距為2800mm，前后排樁中心距為3000mm；鉆孔灌注樁長18m。混凝土強度為C35。

4.2.2 支護樁樁頂冠梁設計 為了增加支護樁的整體剛度，支護樁頂設置鋼筋混凝土冠梁：1000mm× 600mm。支護樁主筋插入冠梁內500mm，混凝土強度為C35。見圖7。

圖7 支護樁大樣圖

4.2.3 內支撐腰梁設計 支撐腰梁采用鋼筋混凝土梁：1400mm×1400mm；內支撐主梁和次梁均為鋼筋混凝土梁，截面尺寸分別為：800mm×800mm，600mm×600mm，混凝土強度為C35。

4.2.4 內支撐立柱 內支撐立柱采用鋼立柱，為防止底板滲水，在底板與鋼立柱連接處設置止水帶。

4.3 地下水控制設計

本基坑工程承壓水含水層為⑤1、⑤2、⑤3層，粘土、砂質粉土、粉砂層，根據工程勘察報告，本基坑承壓水位的標高為1.8m，埋深3.1m，高出基坑底板10.0m。為了保證基坑底部穩定，可根據基坑逐層開挖深度，布置降水井降低承壓水頭。

5 總結

掌握基坑場地地質資料，在基坑開挖前，結合勘探資料，熟悉了解基坑周邊的環境，周圍的建筑物、構筑物的分布及其結構類型，并及時向市政、規劃等政府部門弄清基坑四周及地下水電管線的位置，埋深以及規劃等資料。結合基坑的地質資料，對各種基坑支護方案進行分析對比，并結合先進的施工技術、施工工藝、材料等因素，確保支護安全的前提下，以簡單經濟為原則［4］，確定基坑支護的最優方案。

［1］ 劉偉賢.深基坑支護方案選型案例分析［J］.建筑安全，2011（2）：51－52.

［2］ 符新軍.淺談常州某深基坑支護方案選型［J］.山西建筑，2011，37（18）：39－40.

［3］ 王晨，孫正鵬.某深基坑支護設計方案的選型分析［J］.科技信息，2011（20）：311－312.

［4］ 瞿鳴慧，李維濱.深基坑支護結構方案選型的應用實例分析［J］.山西建筑，2007，33（28）：122－123.

A System of Deep Foundation Pit Supporting Scheme Selection

WANG Cuiying，DENG Chao，TANG Li，DENG Fang
（School of Civil Engineering，Architecture and Environment，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China）

Through the foundation pit maintenance design of of the control center of the Phase I project of the rail transit line 1of Changzhou City，combining with the deep foundation pit surrounding ancillary buildings，structures，roads，underground station，pipeline，pipeline engineering situation，and the region distribution and hydrogeologic different environmental conditions，and combining with the reinforced concrete pile，prestressed bolt，reinforced concrete internal support，deep foundation pit precipitation，such as foundation pit supporting theory，this paper uses the Tianhan software system to analyze efficiency，safety，and economy of the mutual－utilization of the multi－supporting methods in the deep foundation pit supporting system.The supporting scheme is to be discussed for deep foundation pit.

deep foundation pit；bored piles；anchor；supporting system

TU46

A

［責任編校：張巖芳］

1003－4684（2017）04－0097－04

2016－06－01

王翠英（1965－），女，內蒙古包頭人，工學博士，湖北工業大學教授，研究方向為深基坑支護與深井降水