潤達云創中心房建項目深基坑支護設計與施工技術

趙忠芳

（中鐵十八局集團北京工程有限公司 北京 100162）

1 工程概況

潤達云創中心房建項目地處河北省三河市燕郊鎮，詳細位置位于河北省三河市燕郊高新區，海油大街南側，環衛東路東側，該項目建設單位為三河市潤達房地產開發有限公司，項目的所有房建設計圖紙由北京維拓時代建筑設計股份有限公司完成，施工單位為中鐵十八局集團北京工程有限公司。

潤達云創中心房建項目為辦公樓房高層結構，建筑面積：136014.31 m2，施工總工期730天，樓房的抗震設防為場地地震基本烈度8.5度，設計基本加速度值為0．30 g，設計地震分組為第二組。高層的地下部分共2層，為車庫、非機動車庫和儲藏室，地上結構最高為24層。云創中心房建項目的地基采用CFG樁復合地基，基礎采用鋼筋混凝土筏板基礎，地下兩層結構為框架結構，地上的主體結構采用框架-剪力墻結構。

項目水文地質情況：地下水位在現自然地面下20.30 m～23.6 m，地下水類型屬潛水，由大氣降水和地表徑流補給，水位年變化幅度在1.5 m左右。根據資料記載，該區域歷史最高水位按現自然地表下23.0 m左右考慮?？垢≡O防水位絕對標高104.0 m。水化學類型為HCO32-—Ca2+型。由于地下水埋藏較深，因此可不考慮地下水對基礎施工的影響。地表以下土層為素填土和粉質黏土。2

基坑支護方案設計

潤達云創中心房建項目地下空間部分有2層，根據施工需要，基坑的開挖基坑深度最深處達到了6.6 m，超過了5 m，需要對基坑進行支護設計，同時最邊上的基坑臨近既有二層住宅（二層為輕質彩鋼結構），因此建筑基坑的開挖風險很高。此外，由于該項目位于燕郊地區，緊鄰北京市行政副中心通州區，因此對綠色文明施工要求非常高，基坑支護方案還需要考慮環保的要求，施工難度增加，需要設計科學合理的基坑支護和施工方案。

2.1 支護方案選擇[1]～[7]

由于該基坑深度較大，最深處為6.6 m，屬于深基坑范疇，同時由于基坑邊緣臨近住宅建筑，基坑邊緣距離臨近建筑的條形基礎距離只有3 m多，因此，基坑的支護如果不夠會引起周邊的地基沉降，從而導致臨近基坑的住宅主體結構發生開裂、甚至垮塌的風險，這就要求支護結構的剛度足夠大，在水平土壓力和房屋結構重量引起的水平土壓力聯合作用下，支護主體結構的水平變形值盡可能的小，從而達到降低基坑周邊的地表沉降量，保護坑邊建筑安全的效果。

基于以上實際情況，該深基坑的支護結構可以采用剛度比較大的鋼筋混凝土防護樁支護方案，在房建基坑支護施工中，鋼筋混凝土防護樁方案經常采用，但是鋼筋混凝土防護樁最后無法取出，永久埋于地下，不符合環保施工的初衷，同時由于基坑面積較大，需要大量的鋼筋混凝土樁基礎，造價也比較高，經過估算，材料和施工費用接近100萬元，不符合經濟效益的原則。

大直徑鋼管樁在房建基坑支護中較少采用，如果采用大直徑鋼管樁作為支護的主體結構，與鋼筋混凝土防護樁相比，其剛度雖然會略小一些，但是可以在鋼管內壁采用較密的雙拼型鋼作為水平腰梁結合錨索結構，從而減少鋼管樁的計算跨度，達到減小鋼管樁水平變形，防止基坑周邊地表產生較大沉降的效果。此外，大直徑鋼管樁還可以回收再利用，可以大大降低工程造價，具有可觀的經濟效益，而且該房建位置的土層為素填土和粉質黏土，同時經過地質勘查，土質均勻，沒有其他孤石、建筑垃圾等雜物夾雜其中，這樣的地質條件也非常適合鋼管樁的打入和拔除作業。在工期方面，與現澆的鋼筋混凝土灌注樁施工相比，打入鋼管樁作業的施工工期也會大大縮短。

根據以上分析，采用大直徑鋼管樁作為支護結構具有良好的經濟效益和社會效益，最終決定采用大直徑鋼管樁作為支護結構主體，同時結合水平的雙拼槽鋼+錨索的基坑支護方案。

2.2 支護方案設計

經過試算，最終采用直徑600 mm壁厚10 mm的鋼管樁作為支護結構主體，鋼管樁的中心距采用900 mm，在鋼管樁的內壁采用雙拼36 a槽鋼作為水平腰梁，采用梅花型布置的三根預應力鋼筋錨索深入土體，以保證基坑中間不設內支撐，保證施工作業的空間。腰梁布置2層，分別距離坑底2 m，5 m。每根錨索采用3根直徑15.2 mm的1860級別鋼絞線、其設計強度1260 MPa，錨索的水平間距2.5 m、向下傾角為50度，錨索自由長度6 m，錨固長度10m?；又ёo錨索布置如圖1所示。

圖1 基坑支護錨索布置（單位：m）

3 支護方案計算

3.1 計算工況

鋼管主要主要承受的荷載為樁側土、水壓力，由于沒有地下水，因此只計算土壓力即可。計算工況根據施工過程確定，當鋼管樁全部打設完成以后，就可以在鋼管樁圍起的中間區域開挖基坑了，采用挖掘機開挖，當挖掘到距離地面1.9 m時，施工第一層腰梁（雙拼槽鋼），并按照2.5 m的間距進錨索的打孔作業，植入錨索并在錨索根部壓漿錨固，然后通過錨具對錨索施加預應力；然后繼續開挖到距離地面4.9 m時，同樣的工序進行第二層腰梁和錨索的施工；最后繼續開挖到基坑底部即可。因此需要計算以上主要工況下的鋼管樁的受力情況。

3.2 計算模型

由于鋼管樁時離散結構，因此只需要按照單元法計算最深位置的鋼管樁受力即可，計算采用目前通用的理正深基坑軟件進行計算，其單元法的計算模型為單根入土一定深度的鋼管，鋼管內側（坑內一側）受土層的約束，按照彈性支撐模擬（土彈簧）作為邊界條件，土彈簧的的剛度根據土層的內摩擦角和粘聚力自動計算；基坑外側的土壓力作為荷載施加在鋼管樁上，土壓力荷載按照庫倫土壓力公式計算，荷載值與土層的容重、摩擦角和粘聚力等參數有關，輸入各土層的相應參數后，理正軟件可自動計算土壓力荷載。

臨近的建筑為距離坑邊5 m位置的房屋（一層為磚混結構，第二層為輕質彩鋼。），其基礎為條形基礎（寬度0.5 m），基礎底面距離地面0.5m，條形基礎基底按照均布荷載考慮，兩層建筑的條基荷載集度為130 kPa，計算時考慮垂直于基坑周邊條基荷載，在理正深基坑計算時該荷載按照附加荷載直接施加，距離坑邊5 m，深度0.5 m，長度6 m。該荷載只需要在軟件中輸入上述參數，軟件可自行計算。

3.3 計算結果

根據3.1部分的計算工況，采用3.2部分的計算模型，軟件計算得到了受力最不利鋼管樁各個工況的計算結果，因為篇幅所限，這里只給出了鋼管樁的彎矩、剪力和水平位移的包絡圖，即所有工況條件下的最大值其計算結果如圖2所示。

圖2 單根鋼管樁計算結果包絡圖

從圖2可以看出，單根鋼管樁的最大彎矩為Mmax=73.67 kN.m，按照極限狀態法，需要考慮1.25的荷載分項系數，根據單根鋼管樁（φ600×10 mm）的截面模量W為2689.18 cm3，經過計算鋼管樁的最大彎曲正應力σmax=1.25 Mmax/W=73.67×1.25×106/（2689.18×103）=34.2 MPa，遠小于鋼材的抗彎設計強度215 MPa，且安全儲備量較大。鋼管樁的最大剪力Qmax=39.92 kN，根據鋼管樁的截面積A=185.4 cm2，則最大剪應力（圓環形截面）τmax=1.25×2Qmax/A=1.25×2×39.92×103/（185.4 ×102）=5.4 MPa，亦遠小于鋼材的抗剪設計值125 MPa。因此鋼管樁的抗彎抗剪均滿足要求。

剛度方面，從圖2可以看出鋼管樁的最大水平位移為5.04 mm，參照現行的建筑基坑支護技術規程（JGJ 120-2012）的條文說明，按照一類基坑 標準，其水平位移應小于基坑深度的千分之二，顯然對于該基坑深度6.6 m而言，5.04 mm＜0.002×6600=13.2 mm，因此基坑支護鋼管的剛度滿足要求。

此外，為了保證基坑周邊5 m位置處房屋不發生危險，需要得到臨近房屋條形基礎位置的沉降數值，計算得到的基坑周邊沉降情況如圖3所示。

圖3 基坑周邊沉降數值

從圖3可以看出，距離基坑5 m位置的房屋條基的沉降數值為1.9 mm（三角形法、指數法、拋物線法計算結果的平均值），小于風險控制值2 mm，基坑的開挖能夠保證住宅基礎的安全。

此外為了保證基坑的支護結構穩定，需要進行穩定計算，采用瑞典分條法計算，分條土寬度采用0.4 m，計算得到滑動圓弧的半徑為13.013 m，圓弧的中心坐標為X=3.255 m，Y=8.420，計算得到的滑動面整體穩定安全系數K s=1.5 5＞1.30,滿足規范要求?；瑒臃€定計算結果如圖4所示。

圖4 基坑支護滑動穩定計算結果

4 基坑施工方案

基坑施工流程按照3.1部分的工況分析分層開挖，開挖到相應腰梁位置并超挖30 cm，施工腰梁和錨索結構，為了滿足環保的要求，在基坑施工中采取了一系列措施，主要措是以下兩個方面：（1）降噪方面。在鋼管樁打入時，采用了結合震動打入的施工方式，最大程度降低噪音；在基坑開挖施工中，采用小型的迷你挖掘機，大大降低噪音；在施工時間安排方面，噪音大的施工作業（打樁、拔樁、基坑開挖等）安排在白天，盡量避免在午休、深夜進行。（2）抑制揚塵方面?；邮┕ぶ械臑榱藴p小揚塵，采用了多個水炮車不間斷噴水、噴霧，盡最大可能減少施工灰塵，同時在圍擋上方設置一圈噴霧裝置，形成一水霧幕墻，可以有效抑制揚塵向周邊擴散。

5 結論

燕郊潤達云創中心房建項目臨近北京，環保要求嚴格，房建基坑深度達到了6.6 m，且臨近既有的房屋建筑，基坑施工的施工風險很大。經過比選最終初步確定了大直徑鋼管樁的結合錨索的基坑支護方案，施工完成后鋼管樁可拔出再利用，不僅環保而且降低了造價。

在考慮鄰近基坑建筑物荷載的情況下，對支護鋼管樁結構進行了各項檢算，計算結果表明所有檢算項目均滿足要求，且支護結構周邊的地表沉降較小，臨近基坑的房屋基礎處的地表沉降量也滿足要求。此外，針對環保問題，制定了降噪和抑制揚塵的施工措施。這些可為相似基坑工程支護的設計和施工提供借鑒。