珠海機場改擴建工程深基坑支護設計優化

林師慧 韓慶 敖翔 桓忠雄 張樂樂

【摘要】本文以珠海機場改擴建深基坑工程為例，對工程周邊實際條件及原基坑支護AC區、N區設計方案進行分析，提出新的基坑支護優化方案，通過相關驗算從理論上證明優化后基坑支護完全滿足要求。最后將基坑支護優化前后進行對比分析，總結出優化后取得的相關效益。

【關鍵詞】深基坑支護;設計優化;設計驗算;

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.08.057

引言：

基坑支護形式有懸臂式、水泥土重力式、內撐式、錨拉式圍護結構及土釘墻等。目前，最常用的基坑形式為內撐式、錨拉式圍護結構。內撐式圍護結構適用于各種地質條件及各種開挖深度的基坑工程，但存在施工周期長等缺點。錨拉式圍護結構便于基坑土方開挖和地下室施工，但錨拉式圍護結構拉錨受地層條件和地下空間的限制。本文依托工程實例對原基坑支護形式進行優化，并對優化前后的基坑支護形式進行了工期及經濟分析，總結出優化后取得的相關效益。

1、工程概況

珠海機場改擴建工程T2航站樓工程位于廣東省珠海市金灣區，總建筑面積18.7萬m，由東西南三指廊及主樓四部分組成，分為地下2層地上4層。該工程基坑安全等級為一級，重要系數為1.10，基坑占地面積約10.3萬m，周長約2200m，深度約6.00～19.10m，其中AC區、N區支護形式采用灌注樁+大直徑攪拌樁止水+鋼筋砼內支撐+上部放坡，基坑設計總平面如下：

2、工程地質與水文地質條件

擬建場地屬濱海平原地貌，地面標高5.98～7.50m，土層分布為①1素填土、①2雜填土、①3塊石素填土、②1粉細砂、②2淤泥質黏土、②3粉質黏土、②4細砂、②5中粗砂、③1粉質黏土、③2礫砂、③3中粗砂、③4淤泥質黏土、④礫質黏性土、⑤全風化花崗巖、⑥強風化花崗巖、⑦中風化花崗巖、⑧微風化花崗巖。

場地地下水主要賦存在填土層、粉細砂②1層、細砂②4層、中粗砂②5層、③2礫砂層、③3中粗砂層和花崗巖風化帶風化裂隙中以及基巖節理裂隙中。

3、原設計方案及優化分析

AC區原基坑支護設計為灌注樁+大直徑攪拌樁止水+2道鋼筋砼內支撐及6根鋼格構柱支撐+上部放坡，N區為灌注樁+大直徑攪拌樁止水+1道鋼筋砼內支撐及4根鋼格構柱支撐+上部放坡，具體見圖2。

AC區、N區基坑支護設計參數為：

①灌注樁φ1.2m間距1.4m（樁間掛網φ8@200×200噴射C20細石砼厚度80），嵌固深度進入基底以下不小于11.0m且累計入可塑性粉質粘土層不小于9.0m，砼強度等級C30（水下）。

②大直徑攪拌樁φ0.8m間距0.6m，樁長暫定15.0m且穿過淤泥及砂層進入不透水層不小于1.0m。

③鋼筋砼內支撐，尺寸分別為主撐（SC1）0.8m×0.8m，聯系撐（SC2）0.6m×0.6m，砼強度等級C30。

④冠梁、腰梁尺寸為1.2m×0.8m，砼強度等級C30。

⑤鋼格構柱支撐，尺寸0.65m×0.65m，采用L160×16角鋼焊接組裝而成，錨入灌注樁內3m，其中灌注樁φ1.2m，嵌入基坑底不少于20m且入強風化巖不少于2.0m，砼強度等級C30（水下）。

⑥放坡開挖（表面掛網φ8@200×200噴射C20細石砼厚度80），開挖高度2.5m，放坡比例1：1.80。

根據工程實際施工情況，鋼筋砼內支撐及鋼格構柱施工、拆除等涉及到多道工序，施工周期漫長，易對工期造成很大影響。通過對周邊環境進行分析AC區北面為機場客運大巴停車場，西面為在建國際樓，N區南面為T1航站樓飛行區，西面為在建國際樓。結合地勘資料及建設單位提供的周邊管線布置圖，AC區、N區南北面及西面自地面2m以下無任何管線布置。在充分考慮AC區底層內支撐兩側壓力不平衡對基坑穩定性的影響后，認為此區域可取消一道鋼筋砼內支撐，采用2道預應力錨索代替。

4、優化后設計方案

結合工程實際情況對西指廊AC區、N區基坑支護方案進行優化，AC區優化為灌注樁+三軸攪拌樁止水+1道鋼筋砼內支撐+2道預應力錨索+上部放坡;N區優化為灌注樁+三軸攪拌樁止水+2道預應力錨索+上部放坡，具體見圖3。

AC區、N區基坑支護優化后，原方案中 ①④⑥項設計內容維持不變，僅對②③⑤項設計內容做了如下改進：

②三軸攪拌樁φ0.85m間距0.6m，樁長暫定20.0m且穿過淤泥及砂層進入不透水層不小于1.0m。

③保留第二道鋼筋砼內支撐，尺寸為主撐（SC1）0.8m×0.8m，砼強度等級C30。

⑤取消了第一道鋼筋砼內支撐和格構柱，新增預應力錨索。第一道錨索（YM1）4*7φ5，L=32m間距1.5m且入可塑粉質粘土層或粉細砂層不少于12.0m，自由段L=9mφ500鎖定值YF=400kN，軸向設計抗拔力650kN。第二道錨索（YM2）4*7φ5，L=26m間距1.4m.且入可塑粉質粘土層或粉細砂層不少于12.0m，自由段L=7mφ500鎖定值YF=370kN，軸向設計抗拔力640kN。

5、設計驗算

本次設計驗算主要根據地質勘察報告內土層、水文等相關信息，結合理正深基坑支護計算軟件輔助運算，主要驗算深基坑支護整體穩定性、抗傾覆穩定性、嵌固段基坑內側土反力。

5.1整體穩定性驗算

根據規范采用圓弧滑動條分法進行錨拉式支擋結構的整體穩定性驗算：

式中M—被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩;M—主動土壓力對樁底的傾覆彎矩;Kov—抗傾覆穩定性安全系數，取Kov≥1.25。

綜合設計數據求出各工況抗傾覆（對支護底取矩）穩定性安全系數，其計算結果如下表所示。

由表可知，安全系數最小工況為工況5，最小安全Kov=1.511>1.250，滿足規范抗傾覆要求，故所有工況均滿足穩定性要求。

（2） 抗傾覆（踢腳破壞）穩定性驗算：

分別根據《建筑地基基礎設計規范》[2]和《建筑基坑支護技術規程》[3]對多支點和單支點的最下道支撐或錨拉點進行抗傾覆穩定性驗算，計算公式如下：

綜合設計數據求出各工況抗傾覆（踢腳破壞）穩定性安全系數，見表2。表中安全系數最小工況為工況7，最小安全Kt = 1.351>1.250，滿足規范抗傾覆要求。

5.3嵌固段基坑內側土反力驗算

根據規范要求，作用在擋土構件上的分布土反力按以下公式計算：

式中，P—分布土反力;K—土的水平反力系數;v—擋土構件在分布土反力計算點的水平位移值;P—初始土反力強度。綜合相關計算得出各工況P、E見圖4。圖中所有工況下;擋土構件嵌固段上的基坑內側分布土反力P均不大于被動土壓力合力E，土反力滿足要求。

6、效益分析

6.1工期效益

優化前，鋼筋砼內支撐涉及到內支撐施工及養護、旋挖灌注樁施工、鋼格構柱加工安裝、換撐板施工及養護、拆撐等多道工序，其中第一道內支撐施工用時約15天，10根旋挖灌注樁及鋼格構柱施工用時約10天，內支撐養護28天，砼換撐板施工用時約3天，砼換撐板養護28天，內支撐拆除施工用時約20天。

優化后，預應力錨索涉及到錨索施工、腰梁施工及養護、錨索張拉鎖定，其中錨索及腰梁施工用時約20天，第一道冠梁及預應力錨索達到標準期齡28天，第二道腰梁及預應力錨索達到標準期齡28天，錨索張拉封錨施工用時約4天。

綜上分析采用鋼筋砼內支撐施工總用時約104天，采用預應力錨索施工總用時約80天。由此可見，優化前后縮短工期約24天。

6.2經濟效益

優化前，鋼筋砼內支撐涉及到現澆砼支撐梁、現澆砼冠梁、現澆砼腰梁、鉆孔成孔灌注樁、鋼格構柱加工安裝、鋼筋砼內支撐梁板拆除等工作。在僅考慮人材機的情況下，采用鋼筋砼內支撐工程成本約161萬元。

優化后，預應力錨索涉及到預應力錨索成孔灌漿、現澆砼冠梁、現澆砼腰梁、鋼絞線預應力錨索加工安裝等工作。在僅考慮人材機的情況下，采用預應力錨索工程成本約107萬元。

綜上分析采用預應力錨索替換鋼筋砼內支撐可節約工程成本約54萬元。

結語：

本文針對珠海機場改擴建項目中出現的深基坑支護工序復雜、耗時多、費用高等問題進行了優化，優化后深基坑支護形式在項目中順利實施完成，直至地下室肥槽回填至正負零標高，基坑一直處于安全穩定狀態。此次優化在原有基坑安全等級不變的情況下，減少了工程成本，加快了施工進度，取得了良好的經濟效益，縮短了工期。

參考文獻：

[1] 龔曉南主編，高有潮副主編.深基坑工程設計施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2018.

[2] GB50007-2011建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3] JGJ120-2012建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

基金項目：

中國建筑第二工程局有限公司科技資助計劃（24296D 20 0012）