某商業綜合體深基坑支護設計

1 引言

20 世紀70 年代以前，我國深基坑工程較少，隨著經濟的高速發展，高層和超高層建筑越來越多，深基坑工程數量不斷增加，施工技術也不斷革新。 Wei Lu 等[1]結合三門核電項目的工程實踐， 介紹了控制基坑樁錨支護系統變形的設計方案和方法，為軟土地基的深基坑支護提供了參考。 近年來，數值模擬在錨桿支護設計中應用非常多。張迪[2]采用數值模擬計算方法， 分析研究樁錨支護條件下深基坑在整個開挖支護過程的受力特點和變形規律，對樁徑、樁間距和樁長等參數進行了優化。 李元勛等[3]研究了錨桿預應力和基坑穩定性的關系，對比了Plaxis、理正深基坑軟件以及相關規范的計算結果。周勇等[4]結合工程實例， 采用數值模擬了樁錨支護結構的內力與變形規律。 因此，本文基于前人的理正計算深基坑的方式，結合當前所建設的工程進行深基坑的支護計算并設計。

2 工程概況

2.1 工程簡介及其特點

擬建場地位于山東省東營市，總建筑面積140 297.37 m2，其中，住宅建筑面積117 846.08 m2，商業建筑面積8 025.69 m2，幼兒園建筑面積3 609.65 m2，地下建筑面積10 815.95 m2。 擬建場地地勢平坦，地貌類型單一，無不良地質，地質環境未受破壞，工程地質條件簡單，場地穩定，適宜建筑建設。 本工程場地平整后標高39.45 m，基坑底部標高22.45 m，基坑深度為17 m。基坑支護結構安全等級為一級，支護結構設計使用年限1 年。

2.2 工程地質條件

擬建場地地下水埋深實測穩定水位深度為15.45～16.25 m，穩定水位標高介于1.58～1.63 m，地下水類型為潛水。

基坑巖土物理力學性質參數見表1。

表1 基坑巖土參數表

3 深基坑分區設計

3.1 支護分區及方案比選

根據基坑側壁土層分布、周邊建（構）筑物的基礎形式和埋深以及與本基坑的距離、擬采用的支護形式等情況，將基坑進行分區，選取4 個代表斷面進行計算。 基坑西側和南側為支護一區，基坑北側和東側南段為支護二區，基坑東側北段和中段為支護三區，基坑東側陽角處為支護四區。

據勘察可知，該工程所在場地土質良好，基坑安全等級為二級，不能采用放坡方案。 支護一區、三區、四區周圍建筑荷載較小，離既有建筑物距離較近，開挖深度范圍內未見地下水，土質較好，滿足樁錨支護的適用范圍，確定使用排樁結合錨桿進行支護。 支護二區周圍沒有建筑物，場地開闊，采用樁錨支護方案，施工較為簡單。

3.2 支護一區

3.2.1 周邊荷載情況

支護一區有某綜合體，該綜合體地上22 層，地下3 層，其中有16 層為后加層，地下室每層3 m，地下室總深度為9 m，建筑物基礎形式為筏板基礎， 因此， 該地面超載， 選取超載q=20 kPa，部分區域臨近平房，取地面荷載q=10 kPa，視為無限荷載，作用深度為0 m。

3.2.2 錨桿支護

基坑開挖深度為17 m， 一共設置4 道錨桿， 每次超挖0.5 m，便于支護施工。 錨桿水平間距1.5 m，豎向間距2.0 m。

3.2.3 排樁計算

排樁最小入土深度：1.2y+x=1.2×6.04+2.47=9.72 m， 取10 m（y 為嵌入點以下的深度；x 為土力零點距坑底的距離，由土力零點前坡土強度和后土主土力求得）。 為滿足抗傾覆穩定性，取排樁嵌固深度為20 m。 排樁總長度為17+20=37 m。

縱向受力鋼筋選用HRB400，箍筋選用HRB335，縱向抗拉強度設計值fy=360 MPa，箍筋抗拉強度設計值fyv=300 MPa。排樁直徑取0.8 m，選用C30 混凝土。則有：

式中，M 為單樁抗彎承載力，N·mm；A 為樁的橫截面面積，mm2；r 為樁的半徑，mm；α 為對應與受壓區混凝土截面面積的圓心角與2π 的比值；αt為縱向受拉鋼筋截面積與全部縱向鋼筋截面積的比值；fc為混凝土軸心抗壓強度。 求得α=0.26，αt=0.73。

3.2.4 錨桿設計

錨索均選用1×7 鋼絞線，單束錨索直徑為15.2 mm，抗拉強度設計值為fpy=1 320 MPa。 錨桿施工時選用套管護壁成孔工藝，二次壓力注漿施工方法。 錨桿間水平間距1.5 m。

基坑安全支護等級為二級，水平剛度系數Kt=1.6。

擋土結構計算寬度取排樁直徑ba=0.8 m。

3.2.5 腰梁冠梁設計

錨桿腰梁采用型鋼組合梁。 假設腰梁的荷載為均布荷載q′，其計算公式為：

式中，γ0為可變荷載的分項系數；γF為可變荷載的頻遇值系數；Fh為腰梁的線荷載。

由于基坑寬度為110 m，而錨桿的水平間距s 取1.5 m，同時取冠梁高1 m，寬1.2 m。 以下對數值進行理正驗算，并借助理正計算深基坑軟件進行該支護分區的整體穩定性。

1）整體穩定驗算

采用瑞典條分法，整體穩定安全系數KS=1.38＞1.30，滿足規范要求。

2）抗傾覆穩定性驗算

驗算過程如表2 所示。

表2 抗傾覆穩定性驗算

3）抗隆起驗算

驗算支護底部抗隆起系數：

式中，K 為抗隆起穩定性安全系數；γ1為非開挖側土的重度，kN/m3；γ2為基坑面 以下土的重度，kN/m3；lc為嵌固 深 度，m；Nq、Nc為地基承載力系數；c 為基坑底土體黏聚力，kPa；h 為基坑開挖深度，m；q 為地面超載，kN/m2。

代入數據計算得K=1.68＞1.60，抗隆起穩定性滿足。

4）嵌固深度構造驗算

合力作用點至墻底的距離Hd=0.2×12.0=2.4 m， 依據JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》，嵌固深度對于多支點支護結構不宜小于0.2 h（h 為合力作用點至樁、墻底的距離）。實際嵌固深度為20 m，滿足構造要求。

5）嵌固段基坑內側土反力驗算

驗算結果見表3。

表3 土反力驗算

3.3 支護二區

該支護分區周圍沒有建筑物，場地開闊，選用樁錨支護方案施工會非常便利。因而選用樁錨支護方案，支護方案見表4。

表4 支護二區支護方案

3.4 支護三區

3.4.1 周邊荷載情況

居民樓A 為地上6 層，無地下室，基礎形式為承臺基礎，6層小樓基礎埋深6 m，基地附加壓力取20 kPa，荷載邊緣距離基坑12 m，荷載作用寬度10 m，地面超載取20 kPa。

3.4.2 支護方案

該支護分區周圍建筑荷載較小，離建筑物距離較近，開挖深度范圍內未見地下水，土質較好，因而選用樁錨支護方案，支護方案見表5。

表5 支護三區支護方案

3.5 支護四區

3.5.1 周邊荷載情況

地面超載取20 kPa。

距離基坑邊緣10 m 處有一座2 層樓建筑，基礎埋深1.5 m，基地附加壓力取30 kPa，荷載作用寬度8 m。

3.5.2 支護方案

該支護分區位于基坑陽角處，受力較為復雜，選用樁錨支護效果更好，理正計算書詳見附錄。 支護方案見表6。

表6 支護四區支護方案

3.6 基坑監測

3.6.1 監測目的

深基坑工程的復雜性使其易發生事故， 基坑周圍建筑和管線可能遭到破壞。 為保證工程安全，需要對基坑周圍的建筑和管線進行監測，及時掌握情況，規避事故的發生。

3.6.2 監測內容

GB 50497—2019《建筑基坑工程監測技術標準》中給出了常規的監測項目， 因此， 本項目需要對支護結構頂部水平位移、坡頂沉降、深層水平位移、基坑周邊地表的豎向位移、地下水位變化進行檢測，檢測的報警值見表7。

表7 監測項目報警值表

4 結論

本文對山東東營某深基坑支護設計方案進行了分析，從基坑支護工程的周邊環境、所在場地地形、地貌類型、地質環境、經濟性、安全性、適用性問題等方面入手進行探討，最終選擇樁錨支護的方案， 并通過理正計算軟件完成設計， 做出驗算，結果表明設計方案能夠滿足該深基坑的支護要求。 得到某建筑的深基坑支護設計方案如下。

1）支護一區開挖深度17 m，采用樁錨支護方案，樁長32 m，直徑0.8 m，水平間距1.5 m，豎向間距2 m。 支護二區開挖深度17 m，采用樁錨支護方案，樁長25 m，直徑0.8 m，水平間距1.5 m，設置4 道錨桿，豎向間距2 m。 支護三區開挖深度17 m，采用樁錨支護方案，樁長16 m，直徑0.8 m，水平間距1.5 m，設置5 道錨桿，豎向間距2 m。 支護四區開挖深度12 m，采用樁錨支護方案，樁長22 m，直徑0.8 m，設置4 道錨桿，水平間距1.5 m，豎向間距2 m。