杭州臨安某商住樓基坑支護設計分析

火統曜，池海學，李世奧，陳國棟

（1.國咨（北京）規劃設計有限公司，北京 100043；2.防災科技學院，河北 廊坊 065200）

0 引言

基坑支護工程屬于一個古老不斷而發展的課題，放坡開挖和建議木樁圍護可追溯到遠古時代。隨著人類文明的進步，為了改善生存的條件，進一步加快了基坑工程的發展。在上個世紀的西方世界，Bjerrum l.等[1]就已經關注到基坑工程有關的問題，并開始進行深入研究，發表了有關評價、預估土坡的穩定程度以及計算支護結構所受荷載大小的相關原理著作。之后，隨著認識的深入、相關技術的不斷發展以及對相應對策的研究，基坑支護技術也逐步得到發展和完善。

1970 年代以后，許多國家紛紛開始制定關于基坑支護設計、挖掘、施工的一系列法規，規范和引導行業發展，帶來了更好的經濟效益和社會效益。深基坑理論及技術在國外經過多年的發展和經驗的積累已經日趨成熟，越來越多的建筑采用深基坑工程。我國深基坑工程是20世紀90年代后發展起來的，高層建筑迅猛發展，同時大量的地下市政設施、地下商業廣場、地鐵車站、海底隧道等開始興建，基坑深度超過10m 的比比皆是。同時隨著建筑高度的不斷增加，為了滿足高層建筑的構造及使用要求，基礎埋深必定越來越深，深基坑工程越來越多。同時因為建筑物的增多、基坑形式復雜，也造成了基坑開挖時條件越來越復雜。

目前，國外在基坑開挖、基坑支護、基坑監測等方面已經有一套成熟的理論與技術。基坑工程在我國發展起步較晚[2]，1978 年即改革開放后，隨著我國經濟的高速發展，城市化進程也越來越快，大量建筑特別是高層建筑及市政工程開始涌現出來，以上海、廣州等為代表的大城市相繼建成了一些高層建筑。我國通過借鑒國外的先進技術及在建設過程中積累的經驗快速發展，城市高層建筑開始大量修建。在地下工程的修建中，尤其地面以下的鐵路工程規模越來越大，使得基坑開挖的深度最大已經超過了20m。隨著時間的推移，對基坑建設的深度極限已經達到30～40m。與此同時，我國的基坑支護工程的相關技術水平，也正在逐步地提高和完善[3]。

1 工程概況

工程位于臨安市人民廣場東側，該工程擬建兩座高層住宅樓、設二層地下室。工程場地自然地面高程為43.00m，地下室底板底普遍標高為33.50m，大面積基坑開挖深度為9.50m，基坑西側和南側均為已建成道路，東側和北側均為建筑物，無放坡開挖空間，本工程南面和西面采用土釘墻支護形式進行施工，東側和北側需進行設計及計算，基坑總平面圖見圖1。

圖1 基坑總平面圖

根據本工程勘察報告，基坑支護影響范圍內各土層物理力學性質指標為①雜填土，雜色，松散，稍濕，由生活垃圾、建筑垃圾、碎石、粘土、砂等組成，局部含少量耕土；②粉質粘土，灰黃色，松散，可塑～硬塑，含大量的鐵錳質礦物結核及青灰色條帶，局部分布；③卵石，雜色，濕，中密～密實，很濕～飽和，卵石含量約50%～65%，粒徑2～15cm，漂石含量約20%～30%，母巖為熔結凝灰巖、花崗巖、粉砂巖，全場分布；④全風化凝灰巖，青灰色、灰續色、灰紅色，組織結構基本破壞，巖石風化是粘性土狀，全場分布；⑤強風化凝灰巖，青灰色、灰級色、灰紅色，組織結構較清晰，凝灰質結構，層狀構造，風化裂隙發育，巖芯呈碎石狀、短柱狀，用手捏易碎，全場分布；⑥中風化凝灰巖，青灰色、灰綠色、灰紅色，組織結構清晰，凝灰質結構，層狀構造，風化裂隙較發育，巖芯呈短柱狀、柱狀，局部膨潤土化，全場分布。各土層參數見表1。

表1 各土層參數表

2 基坑支護方案及計算

2.1 基坑支護方案確定

綜合分析本基坑地質條件、基坑開挖深度、周圍環境條件以及本工程基坑支護設計需要，本基坑支護工程的基坑東側8m 為一層臨時住房，北側約9m 左右為三層建筑物，基坑普遍開挖深度為9.5m，電梯井挖深達12.5m，開挖深度較大，是臨安地區的超深基坑之一，并且基坑周邊環境條件復雜，進行支護方案設計及計算的基坑東側和北側均為建筑物，無放坡開挖空間。基坑影響范圍內上部為卵石層、下部為基巖，卵石層和基巖層中需選擇合理、高效的成樁工藝，以及合理確定樁長且卵石層力學性質好、滲透性能較好、地下水處理難度較大，經綜合考慮，本工程采用灌注樁結合錨桿的支護形式。

樁錨支護結構是在抗滑樁與錨桿支護共同作用下新發展起來的結構型式[4]，能夠將錨桿的錨固力作用與抗滑樁的阻滑力充分發揮出來。對比其他支護結構，樁錨支護結構具有低勞動強度、高機械化程度以及工程開挖量較小等特點。

2.2 基坑支護方案設計計算

根據前面的分析，決定北面和東面采用樁錨支護形式進行施工，根據土層參數以及設計要求，進行基坑支護設計計算，得出相關的計算成果。樁錨支護的排樁、錨桿的剖面布置圖如圖2 所示，表2 和表3 分別為樁錨支護設計基本參數和支錨信息參數。

表2 設計基本參數表（單位：m）

表3 支錨信息參數表

圖2 北面和東面樁錨支護剖面布置圖

圖3 為基坑支護工程內力位移包絡圖，由圖3 可知，本工程最大位移為9.28mm。圖4是地表沉降圖，三角形法最大沉降量為23mm，拋物線法最大沉降量為35mm，指數法最大沉降量為18mm，結果均符合要求。綜合分析本基坑地質條件、基坑開挖深度和周圍環境條件，根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2012）[5]判定，基坑東面和北面安全等級為一級，安全系數標準為1.35，經驗算后得出的整體穩定安全系數為1.934，滿足要求。

圖3 內力位移包絡圖

圖4 地表沉降圖

3 地下水的控制及施工工藝

3.1 工程場區水文地質條件

根據本工程勘察報告，場地地下水主要為孔隙性潛水。勘探深度內地下水較發育，上部兩層土為弱透水層，3 層土為透水層，地下水主要賦存于3 層卵石層中，地下水位主要受大氣降水及地表水影響，隨季節變化和氣候變化而升降。地下水穩定水位埋深0.10～1.30m。

3.2 地下水控制方案選擇和井點降水的布置

地下水的控制方法可分為帷幕止水和降排水兩種類型，基坑工程施工設計中合理選擇地下水控制方案是非常重要的一個環節，需要考慮基坑周圍建筑、基坑總體穩定性等一系列因素。如基坑所處地區的政府政策規定以及地方技術規范，無論選擇何種方案，都應符合施工要求，滿足當地的降水要求標準，并且在經濟投入以及安全性上有一定的合理性，滿足周邊建筑物安全性對基坑降水的要求。考慮到卵石層雖然含水量豐富且透水性好，但其粘土含量較高，本工程地下水采用管井降水法。

結合該場地的巖土工程勘察報告，該場地土類以卵石、凝灰巖以及粉質粘土為主，基坑深度在9.5m，采用井點降水法，降水至地下10m，井距取25m，井深取11m，管井的濾管外徑取200mm，降水井距離基坑邊緣3.5m，井點降水布置圖見圖5。

圖5 井點降水簡圖

3.3 支護結構施工工藝

錨桿施工工藝順序一般是鉆孔前的施工準備工作、鉆孔機進行鉆孔、制作和安裝錨桿、注入水泥漿、錨頭的安裝、安放和固定槽鋼、鋼筋預應力的張拉及鎖定、工程施工質量的驗收。在鉆孔灌注樁的施工方面，排樁最好采取隔樁施工的方法，并在混凝土灌注的24h 后，進行鄰樁成孔的施工。成樁后，采用低應變動測法檢測樁身的完好程度。當根據低應變動測法判定樁身可能存在的缺陷，影響到樁的整體承載力時，可以進行鉆芯檢測。

在進行冠梁的施工時，首先要將樁的樁頂部分提前清理干凈，以保證施工的順利進行。不同冠梁模版型號的選用以及施工工作時的有關注意事項應按照之前的設計規劃有序進行。灌注樁在成樁完成，并且養護完成后，方可將樁頂的部分鑿除，給后續的施工做鋪墊。在制作冠梁時，要用到的混凝土必須按照設計要求的型號進行配兌，澆筑完成后并進行振搗，以保證冠梁整體的密實性。

4 結語

本基坑支護設計，是從實際生產的角度出發，綜合考慮本工程的場地條件及周邊環境，并嚴格遵守相關規范的規定，最終確定本基坑采用灌注樁加錨桿的支護結構。

在卵石層中灌注樁一般采用人工挖孔工藝，采用人工挖孔工藝施工速度慢且易發生安全事故。本工程灌注樁普遍采用沖擊成孔工藝，加快了施工速度，減少了安全事故發生的概率。考慮到基坑東北角距離建筑物較近，沖擊成孔時的振動會對建筑物造成影響。故該處灌注樁仍舊采用人工挖孔工藝。灌注樁終孔標準以樁長進入坑底不小于0.3 倍基坑深度，以及進入中風化基巖0.5m 雙控。樁間距突破常規做法，合理控制了灌注樁的長度及間距，較大幅度地節省了造價。