復(fù)雜環(huán)境下住宅建筑深基坑支護方案設(shè)計

中圖分類號：TU99 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）24-0120-04

Abstract： Takingaresidential building asan example，thedesignof deep pitsupport schemeundercomplexenvironment wasexplored.Basedonthefactthatthedepthdiferencebetweentheeastandwestsidesofthefoundationpitislargeandthe defomationcontrolrequirementsofthesurroundingenvironmentarehigh，thezoningexcavationideawasdetermined.The foundation pit slope adopts the schemes of \"slope release + pile anchor support\" and \"slope release + pilerow + internal supportsupport\"Theconstructionoftheeastzoneiscariedoutfirst，andthesupportingcolumnmembersarearrnged verticallyattheposionofthebackcastingbelt.Thenewmainstructureisusedasthereactionstructureofthehorizontal supportoftheunexcavatedfoundationpitinthewestzone.PKRMstructuraldesignsoftwareisusedtoconstructthemain structuremodeloftheeastareaandverifyit.Theresultsshowthattheanti-slidingstabilityofthesupportingreactionstructure meets the requirements of the code，and the deep foundation pit supporting scheme is feasible.

Keywords：residential building;deep foundation pit support;reaction structure;row pile support;schemedesign

對于周邊緊鄰既有建筑物并且地質(zhì)條件復(fù)雜的高層住宅建筑，在深基坑施工時必須要做好支護方案設(shè)計，為現(xiàn)場支護作業(yè)提供參考，在保證深基坑開挖作業(yè)安全進行的同時，避免對臨近建筑物造成影響。常用的基坑支護形式有放坡開挖、重力式水泥土墻、懸臂式圍護結(jié)構(gòu)及樁錨支護結(jié)構(gòu)等。施工單位應(yīng)綜合考慮巖土條件、周邊環(huán)境、成本與進度等因素，靈活設(shè)計支護方案，確保深基坑工程順利完成。

1 工程概況

某住宅樓總建筑面積 Ω061m² ，基坑深度 8.5～15.3m 屬于深基坑，基坑施工范圍內(nèi)市政管線錯綜分布，有自來水管道、暖氣管道和天然氣管道；西側(cè)和北側(cè)緊鄰既有居民住宅樓，在深基坑施工中對變形要求嚴(yán)格；南側(cè)為公路。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，該工程地基土自上而下可分為4種類型，分別是雜填土、粉質(zhì)黏土、角礫和碎石，分布不均，工程建設(shè)適宜性差，巖土特征見表1。

表1住宅建筑地基土巖土特征表

2深基坑支護方案設(shè)計

該工程中深基坑施工面臨以下難點： ① 基坑?xùn)|、西邊坡深度差異大，達到了 6.9m ② 基坑范圍內(nèi)分布有較多的市政管線； ③ 周邊環(huán)境變形控制要求高，西側(cè)既有住宅樓為6層磚混結(jié)構(gòu)，曾因地基不均勻沉降造成墻體開裂，采取微型鋼管樁加固地基基礎(chǔ)，導(dǎo)致傳統(tǒng)的樁錨支護方案無法使用。結(jié)合上述情況，初步確定了分區(qū)開挖思路，根據(jù)基坑深度與周邊情況，將基坑邊坡分成A、B、C三個區(qū)域，基坑支護平面如圖1所示。

圖1基坑支護平面圖

2.1A區(qū)支護方案設(shè)計

該區(qū)采用“放坡 ?+ 樁錨支護\"方案。

1）放坡支護。從冠梁頂部向自然地面 2.5m 范圍內(nèi)放坡，坡比為1：0.5，同時在坡腳處使用土釘支護。土釘采用直徑為 20mm 的螺紋鋼筋，相鄰兩根土釘之間的水平距離為 1.5m 、垂直距離為 1.2m ，土釘布置完畢后在坡面上噴射一層厚度為 100mm 的C25混凝土。

2）排樁支護。樁體形式為鋼筋混凝土灌注樁，混凝土強度等級為C30，所用鋼筋為HRB400鋼筋。支護樁的直徑為 800mm ，樁間距為 1.5m ，樁體長度 10.5m 要求嵌固深度至少達到 6m 。在完成所有支護樁的布置后，在樁頂統(tǒng)一布置截面寬度為 1050mm 、高度為800mm 的冠梁。

3）錨桿支護。按照“一樁一錨\"的布置方式，在坡面上布置一道錨桿。錨索孔直徑為 120mm ，人射角度與土釘一致，均為 10^° 。

2.2 B區(qū)支護方案設(shè)計

B區(qū)支護方案與A區(qū)相同，為“放坡 + 樁錨支護”方案，但是考慮到B區(qū)的地質(zhì)條件與附近環(huán)境與A區(qū)存在差異，因此在具體的支護設(shè)計上有所不同。

1）放坡支護。從冠梁頂部向自然地面 4.4m 范圍內(nèi)放坡，坡比為1：1.2，其余支護措施同上。

2）排樁支護。支護樁形式、樁徑、樁間距同上。樁體長度為 17.5m ，要求嵌固深度至少要達到 8m_? 同樣在支護樁的頂部設(shè)置冠梁，冠梁參數(shù)同上。

3）錨桿支護。按照“一樁一錨\"的布置方式，在B區(qū)共布置了4道錨桿。第1道位于冠梁處，按照垂直距離 2.0m 布置其余3道錨桿，錨索孔直徑為 140mm 入射角度同上。

2.3 C區(qū)支護方案設(shè)計

該區(qū)采用了“放坡 _.+ 排樁 ?+ 內(nèi)支撐支護\"方案。

1）放坡支護。從冠梁頂部向自然地面 1.0m 范圍內(nèi)放坡，坡比為1：0.5，其余支護措施同上。

2）排樁支護。使用長度為 22.5m 的鋼筋混凝土灌注樁，樁間距 1.2m ，要求嵌固深度不低于 10m 在完成支護樁施工后于頂部設(shè)置冠梁將所有支護樁連接成為整體，冠梁參數(shù)及支護樁中鋼筋、混凝土參數(shù)同上。

3）內(nèi)支撐支護。設(shè)置3道橫向支撐，其中第1道支撐位于自然地面下方 4.8m 處，第1道與第2道、第2道與第3道橫向支撐的間距均為 3.5m 。支撐梁為500m 高 ?800mm 寬的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋為GRB400鋼筋，混凝土強度等級為 C30 立柱選用鋼格構(gòu)立柱，結(jié)構(gòu)組成與參數(shù)如圖2所示。

單位： mm

圖2格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)參數(shù)圖

2.4基坑分區(qū)開挖步驟

沿基坑邊緣布置鋼筋混凝土灌注樁形成圍護結(jié)構(gòu)，在開挖時以主體結(jié)構(gòu)后澆帶為界，將基坑沿東西方向分隔成東、西2個區(qū)。先進行東區(qū)施工，同時對西區(qū)土體按 30^° 坡度進行放坡（放坡方式如圖3所示）。基坑開挖結(jié)束后進行上部主體結(jié)構(gòu)施工至地上一層，然后回填東區(qū)主體結(jié)構(gòu)與圍護結(jié)構(gòu)之間的空隙。在后澆帶位置處垂直布置3個T型截面柱作為支撐柱構(gòu)件并以新建主體結(jié)構(gòu)作為西區(qū)未開挖基坑水平支撐的反力結(jié)構(gòu)。完成東區(qū)施工后再開挖西區(qū)剩余土體，西區(qū)選用內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，水平支撐的兩側(cè)分別在C區(qū)支護柱和支撐柱構(gòu)件上，在完成內(nèi)支撐布置后進行西區(qū)主體結(jié)構(gòu)施工至地下一層。

3東區(qū)支撐反力結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1東區(qū)支撐反力結(jié)構(gòu)的傳力路徑

結(jié)合上文所述的分區(qū)開挖流程，首先完成東區(qū)基坑開挖并進行回填后，再開始西區(qū)基坑開挖。在西區(qū)支護方案設(shè)計中，選用了排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)，橫向支撐的東側(cè)與東區(qū)主體結(jié)構(gòu)上的垂直鋼筋混凝土支撐柱構(gòu)件采用螺栓固定的方式連接，可以將水平荷載通過支撐柱構(gòu)件傳遞到東區(qū)主體結(jié)構(gòu)的樓板，然后通過東區(qū)主體結(jié)構(gòu)將荷載最終傳遞到東側(cè)基坑回填土。本文將由支撐柱構(gòu)件、東區(qū)主體結(jié)構(gòu)及基坑回填土共同組成的體系，稱為“支撐反力結(jié)構(gòu)”。該結(jié)構(gòu)的荷載傳遞如圖4所示。

圖3 西區(qū)放坡示意圖

圖4東區(qū)主體結(jié)構(gòu)豎向支撐柱構(gòu)件的荷載傳遞圖

結(jié)合以上荷載傳遞路徑，在設(shè)計支撐反力結(jié)構(gòu)支護方案時需要計算東區(qū)主體結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，根據(jù)計算結(jié)果驗證該結(jié)構(gòu)能否承擔(dān)水平支撐的軸力作用。

3.2 東區(qū)主體結(jié)構(gòu)側(cè)向位移計算

本文使用PKRM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，結(jié)合基坑?xùn)|區(qū)的巖土成分與周邊環(huán)境等信息，構(gòu)建了東區(qū)主體結(jié)構(gòu)模型，基于該模型計算主體結(jié)構(gòu)樓層之間的最大位移和最大層間位移角。模型設(shè)置如下：剪力墻厚度為 240mm 地下二層（1\"）的層高為 3.6m ，地下一層 （2^#） 的層高為3.8m ，地上1層 （3^#） 的層高為 5.5m 。其他的梁、板標(biāo)高及場地類型等與建筑設(shè)計方案一致。將東區(qū)主體結(jié)構(gòu)的3道支撐軸力分別設(shè)定為 ¹953kN.2942kN. 3359kN 。完成模型的基本設(shè)置后，選取該軟件自帶的“節(jié)點荷載\"功能，把荷載施加于支撐軸力作用區(qū)域，并將荷載形式設(shè)定為“恒荷載”，由軟件自動計算在恒荷載工況下3個樓層的最大位移與最大層間位移角4。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)后，將荷載形式調(diào)整為“活荷載”，再次計算在活荷載工況下3個樓層的最大位移與最大層間位移角，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2各樓層在不同荷載下的位移計算表

由表2數(shù)據(jù)可知，在恒荷載工況下，最大樓層位移出現(xiàn)在 3^# 樓，為 0.74mm ；最大層間位移角出現(xiàn)在1^# 樓，為 1/22054 。在活荷載工況下，最大樓層位移出現(xiàn)在 3^# 樓，為 0.31mm ；最大層間位移角出現(xiàn)在 1^# 樓，為 1/213561 。根據(jù)JGJ120—2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，全樓最大層間位移角應(yīng)小于1/9999 。對比可以發(fā)現(xiàn)，東區(qū)支撐反力結(jié)構(gòu)無論是在恒荷載工況還是活荷載工況下，最大層間位移角均滿足規(guī)范要求。

3.3東側(cè)基坑回填土被動土壓力計算

東區(qū)主體結(jié)構(gòu)在承擔(dān)西區(qū)內(nèi)支撐軸力后，會將荷載傳遞到東側(cè)的基坑回填土，為了保證回填土提供足夠的承載力，需要根據(jù)回填土的受力狀態(tài)計算被動土壓力。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，回填土的重度為 18kN/m³ 黏聚力以 15kPa 計，內(nèi)摩擦角取 28^° ，使用朗肯公式計算被動土壓力。負一層頂部的被動土壓力 P₁ 為0，負二層底部的被動土壓力 P₂ 可通過下式求得

式中： λ 表示回填土重度； h 表示回填土厚度； c 表示黏聚力； K 表示被動土壓力系數(shù)。這里的 K 可通過下式求得

將各項數(shù)值帶入式（2）后，可以求得 P₂ 值為498.6kPa 。則整個東區(qū)的朗科被動土壓力 E_p 為

總抗滑力為被動土壓力與基礎(chǔ)地面摩阻力之和，則總抗滑力為 2 243.7+20 730=22 973.7kN 。已知水平支撐軸力（滑動力）為 16647.7kN ，則抗滑穩(wěn)定系數(shù) η 為

JGJ120—2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》規(guī)定支護結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.3，根據(jù)上述計算結(jié)果可知該支撐反力結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4結(jié)束語

在深基坑施工中，經(jīng)常會遇到基坑周邊緊鄰建筑物或者邊坡土層軟弱等復(fù)雜情況，對深基坑支護提出了嚴(yán)格要求。如果支護措施不到位、不科學(xué)，很容易在基坑開挖過程中發(fā)生臨空面滑塌事故，對現(xiàn)場作業(yè)人員的安全構(gòu)成威脅，同時也會影響整個工程項目的施工進度。在綜合考慮巖土特征、基坑特點、周邊環(huán)境等影響因素后，科學(xué)選擇基坑支護方案并借助于專業(yè)的軟件構(gòu)建模型展開受力分析與計算，確定支護方案能保證深基坑的穩(wěn)定與安全，從而為后續(xù)施工提供參考。

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