錦悅灣A區安置房工程項目基坑支護設計分析

黃 丹，周廣純，霍從順

（核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著我國城市化進程不斷加快，城市用地越來越緊張，高層建筑和地下空間的利用受到越來越多的關注。截至2021年，我國高度超過300 m的建筑已經達到110棟，包括廣州中信廣場、上海金茂大廈、深圳地王大廈等。基坑支護是基礎施工的重要組成部分，對施工安全至關重要。但是隨著基坑開挖深度加大，基坑支護的設計和施工越來越復雜，面臨的挑戰也越來越大。從當前建筑工程來看，基坑支護具有區域性、風險性等特點，同時受地質結構、巖土力學、水文地質等多種因素的影響。本文結合實際的基坑支護工程，探討其設計與施工難點。

1 工程概況

1.1 擬建工程概況

錦悅灣A區安置房工程項目擬建11棟建筑，地下室為2～3層，局部為1層。該項目位于成都市地鐵3號線主線與出段線附近。擬建場地地下室開挖邊界線距離地鐵3號線主線62～70 m，1#地下車庫南側以及地下室開挖邊界線距離地鐵3號線出段線13.4 m。基坑開挖邊界距離東風渠50 m，距離外北加油站19.33 m。

1.2 基坑支護目的

基坑支護主要對基礎施工過程形成的臨時邊坡進行支護，從而為施工期間基礎施工及基坑周邊的地下管線、道路、建構筑物安全等提供支護，確保相關管線、建構筑物以及道路正常、安全運行。基坑支護能夠為建筑主體結構提供施工空間，保障施工人員和設備的安全。本工程基坑支護設計所選用的標準主要有《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）、《建筑基坑工程監測技術標準》（GB 50497—2019）等技術規范[1]。

1.3 設計技術標準

該工程支護側基坑深度6.5～14.5 m；地層為人工填土、硬塑黏土（具膨脹性）、泥巖等；綜合判定為一級基坑，重要性系數為1.1，基坑支護為臨時支護，使用年限為12個月。本次基坑設計坡頂超載暫考慮15 kN/m2，條形分布，堆載安全距離應滿足規范要求，且不小于5.0 m。

2 場地工程地質條件

2.1 地層結構

經過地質勘查，在勘查深度內，本次擬建工廠場地主要是由第四系全新統人工填土層（Q4ml）、第四系中更新統冰水堆積層（Q2fgl）及白堊系上統灌口組（K2g）泥巖組成，地層主要是由雜填土、黏土以及泥巖構成。其中黏土廣泛分布于場地中，層厚1～20.7 m，根據室內膨脹性試驗可知，黏土為膨脹土。雜填土主要是建筑物拆除后回填的土，層厚0.5～9.1 m。泥巖局部呈現破碎狀，層厚26 m，本次勘察并未鉆穿該層。

2.2 水文地質條件

（1）地表水。擬建場地東側為東風渠，該水渠為人工溝渠，施工期間水渠堤壩穩定；場地西側存在暗渠，部分裸露可見，但是水量較小，對工程影響較小。

（2）地下水。擬建工程的基巖裂隙水埋深為9.5～11.2 m，分布高程為496.31～497.43 m。上層滯水主要是由降雨和溝渠等補給的地下水形成的，廣泛分布于填土和黏土裂隙，整體相對穩定，局部地段富水。

3 基坑支護設計

3.1 基坑特點分析

綜合擬建場地的環境、地層結構以及水文地質條件，基坑的特點分析如下。

（1）擬建工程基坑支護側基開挖深度為6.5～14.5 m，周邊的土體物理力學性能較差，需要充分考慮基坑環境、土體力學等因素對維護的影響，綜合確定基坑支護方案。

（2）擬建工程的施工周期內，地表水與地下水的水位相對穩定。雖然豐水期和枯水期的差異較大，但是由于整體水量不大，局部出現富集，因此可選擇明排抽水的方式進行排水，以減少地表水和地下水對工程的影響。

3.2 基坑支護設計原則

基坑支護設計必須滿足5個原則：①基坑安全等級整體一級，滿足支護結構穩定的需求，不發生傾覆、滑移和局部失穩等問題，受荷載后不會發生強度破壞。②基坑支護結構最大水平位移變形控制值為外部作業影響等級為四級及以下時最大水平位移≤0.002H（H為基坑深度），且≤30 mm；外部作業影響等級為三級及鄰近軌道特別保護區時最大水平位移≤0.001-0.002H（H為基坑深度），且≤20 mm。③選擇理正深基坑7.0PB5作為基坑支護設計軟件，將工程類比和理論計算相結合，在現有的資料基礎上，結合實際情況進行修正反饋，指導后續施工。基坑選擇明挖法進行施工。④基坑底部設置排水溝和集水溝，頂部設置截水溝和排水溝，支護圍護必須保證周邊構筑物以及管線安全，保證不滲不漏。⑤基坑寬度為地下室邊界線外擴2 m；基坑深度根據場地場平標高與擬建建筑基礎埋深而定；支護措施實施范圍不能逾越紅線。

3.3 基坑支護類型以及適用范圍

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012），常見的基坑支護結構包括支擋式、土釘墻以及重力式水泥土墻等類型，具體的支護結構特點與使用條件如下。

（1）放坡開挖。該結構采用最簡單的基坑開挖形式，無須支護，具有施工簡單、工程造價低等特點，但是局限性較大，適用于安全等級為三級的基坑結構，可與其他基坑支護結構聯合使用。

（2）重力式水泥土擋墻。該結構是將水泥和土進行攪拌形成水泥加固土體結構，從而得到水泥土墻，以此作為基坑支護。重力式水泥土擋墻可以擋土也可以隔水，適用于4～6 m的基坑。該結構施工方便，具有止水和支護的雙重作用。

（3）土釘墻支護結構。在土體中鉆孔，打入土釘并且鋪設鋼筋網，形成統一的整體，以達到加固土體的作用。土釘墻支護結構可以加強抵抗土壓力，適用于安全等級為二級和三級的基坑。

（4）排樁圍護支護。通過基坑邊沿打入灌注樁，從而達到支護的作用。排樁圍護支護可用于基坑為7～15 m的基坑工程，施工方便，強度較高，但是在地下水位較高的時候，采取必要的止水措施。

（5）地下連續墻支護。利用溝槽的泥漿作為護壁，放入鋼筋籠，澆筑混凝土，形成具有承重、擋土和防滲作用的連續墻體結構。連續墻支護適應性強，施工振動小，并且可作為地下室外墻，通常適用于10 m以上的基坑，但造價高且施工要求較高。

（6）排樁+內支撐支護。排樁內支撐結構體系可以抵擋外力，該結構可用于地質條件差、深度較大的基坑工程。根據內支撐形式，可以選擇框架式、角撐與對撐組合等形式，可根據基坑需求選擇合適的內支撐結構[2]。

（7）排樁+錨桿（索）支護。選擇巖土中鉆孔，打入錨桿（索）并且卡在排樁結構上，從中注入水泥砂漿和預應力筋，形成具有支撐能力的結構。該結構可用于地質條件差、深度較大的基坑工程，且占地空間小，不需要大量開挖，可以節約工期，降低成本。

3.4 基坑支護設計

綜合擬建場地環境、巖土工程、水文地質等條件以及基坑特點，對比不同的基坑支護方案，最終確定的基坑支護方案為：本項目1#地下車庫南側以及2#地下車庫北側緊鄰地鐵3號線出段線，根據相關文件地鐵支護樁外10 m范圍為軌道交通保護區，該區域內不得修筑任何構筑物（包括擴大頭錨索、支護樁等），由于該側空間有限，建議采用支護樁+內支撐、支護樁或支護樁+角撐的支護方案。項目其他區域距離紅線較近，局部距離道路和房屋較近，建議采用擴大頭錨索+支護樁、支護樁+角撐、支護樁支護方案。

3.5 基坑支護具體設計

（1）典型的支護設計。①基坑壁支護措施：A型樁段（一般地段）的基坑深度13.5 m，排樁+擴大頭錨索，樁徑1.5 m，樁長23.0 m，樁中心間距為2.3 m；樁身設置4道擴大頭錨索。G型樁段（近地鐵線段）的基坑深度10.5 m，排樁+斜撐，樁徑1.2 m，樁長15.0 m，樁中心間距為2.0 m；樁身設置1道斜撐，樁頂冠梁處設置角撐。②擴大頭錨索設置在樁身腰梁處。③ZC1內支撐設置在樁身腰梁處，鋼管直徑為609 mm，t=16 mm；ZC2內支撐設置在樁頂冠梁處，鋼管直徑為609 mm，t=16 mm；ZC3內支撐設置在樁頂冠梁處，鋼筋混凝土結構，ZC3的截面、配筋、混凝土型號與樁頂冠梁相同。④樁間采用鋼筋混凝土網噴：鋼筋網片為直徑φ8@150，噴射C20細石混凝土，厚100 mm。⑤按照1.5 m×1.5 m樁間距設置泄水孔，埋設φ75 mm的PVC管；樁頂坡面按照2.0 m×2.0 m間距設置泄水孔，埋設φ75 mm的PVC管[3]。排樁支護設計擴大頭錨索+支護樁和排樁支護設計支護樁+內支撐分別如圖1、圖2所示。

圖1 排樁支護設計擴大頭錨索+支護樁

圖2 排樁支護設計支護樁+內支撐

（2）基坑頂部需做地面硬化處理，處理范圍為坑頂外不小于5 m，澆筑10 cm厚的C20混凝土硬化，坡度5%。

3.6 基坑支護排水和基坑回填設計

在基坑坑頂設置截水溝，并利用基坑周邊現有的排水系統輸排地表水；基坑底部設置排水溝，排水溝截面為0.3 m×0.3 m，采用C20混凝土澆筑，澆筑厚度為15 cm；基坑底部設置集水井，集水井截面為0.5 m×1.0 m×1.0 m，采用C20混凝土澆筑，澆筑厚度為15 cm。基坑排水經過三級沉淀池沉淀后，排入市政污水管網。施工過程中，需做好臨時排水措施，確保基坑無積水。

基坑四周回填應采取分層來壓實，基底以上0.5～1.0 m深度范圍采用不透水性隔水材料進行回填；以上部分采用砂礫石材料進行分層回填并碾壓夯實。

4 基坑支護設計要點

4.1 基坑支護設計說明

基坑支護施工前，需要開展的準備為：①明確周邊建筑物基礎埋深、基礎形式以及管線分布，確定地下建構筑物后方可施工，確保基坑開挖安全以及周邊建構筑物安全。②基坑開挖前，結構以及建筑設計人員需要復核。在確定開挖線滿足基坑施工需求后，方可開始施工，而且需要第三方保全開挖影響范圍內建構筑物的證據。③基坑支護需要明確紅線范圍，加強施工現場管理，及時觀測周邊環境及地下水位變化。

4.2 基坑挖土標準工況

基坑開挖必須滿足的標準為：①必須在圍護結構達到設計強度后，才能進行基坑開挖。②遵循分層開挖的原則進行開挖，嚴格按照施工順序進行施工，基坑開挖期間，每次開挖不超過2 m，應該對稱均勻開挖，避免超挖。③按照“先錨后挖”的方式進行施工，根據錨索位置，控制土方開挖深度，進行預應力錨索施工，在錨索達到設計強度后，開展下一步的土方開挖。在鋼管斜向支撐范圍，支撐施工前應先預留土臺，土臺頂標高為504 m，土臺頂部寬4 m，土臺斜面采用1:0.75的比例放坡。支撐安裝時，每隔一根（或兩根）支撐進行安裝，支撐安裝完后，開挖土方。④土方開挖應注意保護已完成的支護結構。按照時空效應原理，選擇盆式挖土方式，減少無支撐土體的暴露時間。

4.3 其他設計要點

由于擬建工程距離地鐵出段線較近，基坑支護工程施工期間，需要對地鐵進行保護，加強基坑監測和變形控制，減少對周邊環境造成影響。

5 結語

綜上所述，基于錦悅灣A區安置房工程項目基坑支護的研究，本文結合以往經驗以及相關工程，提出具有安全可靠性、施工可行性、經濟環保性的設計方案。選擇支護樁+內支撐、支護樁或支護樁+角撐的支護方案，既能夠滿足擬建工程基礎及地下室施工的需求，也能夠保障周邊構建物，具有較強的實用價值。