1、浅析高层建筑深基坑支护设计摘要:本文结合工程应用实例，在介绍建设工程地质与水文地质条件的基础上，重点围绕围护结构、钻孔灌注桩应用及基坑计算等方面探讨了深基坑支护设计工作，并对支护设计方案进行深入的剖析，阐述了基坑概念性设计的重要性，以供同行借阅。 关键词:深基坑；支护设计；围护结构；概念性设计 中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号： 随着我国城市化进程的加快，城市建筑行业得到蓬勃的发展，许多高层建筑建设空间逐渐向地下空间进行开发，对建筑深基坑工程支护结构的施工质量提出了更高的要求。深基坑工程具有施工规模大、建设周期长、施工环境复杂等特点，需要在一些软土地基上进行施工操作，并穿越周边
2、建筑物及地下管理设施，同时基坑支护不在建筑主体施工的范围内，一些单位为了节约工程成本，往往忽略了基坑支护结构的重要性，一旦深基坑工程没有采用合理的支护方案，不仅会影响到建筑工程后续施工的进度，而且对周边建筑物及地下管道设施的质量安全构成极大的威胁，甚至会导致安全事故的发生。因此，建设单位必须重视深基坑工程支护结构的设计工作，制定出符合深基坑工程需要的支护方案，以确保深基坑工程的质量安全。 1 工程概况 某高层建筑商住楼四周比较狭窄，且埋有给排水管、通讯管线，场地南北各有一幢 35 层的砖混结构旧建筑物。主体建筑 32 层，地下室2 层；裙楼为商场，塔楼为住宅。该建筑基坑周长约 350m，开挖深
3、度约为 8.5m。 2 工程地质与水文地质条件 地质钻探揭露地层如下:(1)杂填土，主要由松散砖块、混凝土碎块等组成；(2)淤泥层，深灰色、饱和、流塑，标贯击数 13 击，层厚2.408.0m；(3)粉质粘土层，分布不连续，层厚 1.103.20m，平均1.75m，标贯击数 58 击；(4)粉土层，分布不连续，层厚0.903.20m，标贯击数 612 击；(5)细砂层，分布不连续，层厚0.704.20m，平均 1.91m，标贯击数 512 击，水上坡角为 3839，水下坡角为 3233；(6)中、粗砂层，分布不连续，层厚0.953.80m，平均 1.96m，稍密，砂层标贯击数 914 击，中密
4、砂层标贯击数 1722 击。(6)强风化粉砂质泥岩，层厚 0.4013.10m，平均4.54m，天然抗压强度 2.68MPa；(7)中风化粉砂质泥岩，层厚4.6036.6m，天然抗压强度 3.0411.40MPa；(8)微风化粉砂质泥岩，层厚 3.38.80m，天然抗压强度 11.90MPa。 场地内地下水为第四系冲积细砂、中粗砂层中的孔隙水，富水程度中等，粉土富水程度较弱，基岩裂隙水一般较微弱。场地内地下水主要靠东濠涌水侧向补给，其次为大气降水补给。 土层参数见表 1。 表 1 土层参数 3 设计方案 3.1 围护结构设计原则 (1)支护结构等级为二级，基坑重要性系数 C0=1.0。地面超载
5、值取20kPa。 (2)支护结构平面布置应满足地下室边墙外界尺寸的要求，并按规范允许的结构受力、变形、施工误差等要求进行放线施筑；深度满足地下室净空要求。 (3)支护结构采用北京理正深基坑计算软件计算。施工阶段围护结构最大变形控制在 30mm 以内，临近楼房地段施工阶段的围护结构最大变形控制在 10mm 以内。围护结构仅作为基坑施工的临时支护结构。 (4)地震烈度:本场地地震烈度为 VII 度；场地土类型:软弱中硬或坚硬土；建筑场地类别:II 类。 3.2 结构设计 根据场地工程地质条件和基坑周边环境情况，采用钻孔灌注桩加预应力锚索支护，桩间采用高压旋喷桩止水。根据强、中风化层面标高的不同，调
6、整钻孔灌注桩和高压旋喷桩桩长，钻孔灌注桩桩长以进入强、中风化岩层 1.0m 为宜，高压旋喷桩桩长以穿过砂层 0.50m 为宜。 钻孔灌注桩:桩径 800mm，桩间距 1000mm，桩长约 14.0m。预应力锚索采用 275 钢绞线，自由段长 6.0m，锚固段长 19.0m(图 1)。高压旋喷桩，桩径 600mm，桩间距为 1000mm，桩长 13.0m，水泥用量不少于150kg/m。冠梁尺寸为 800600mm，混凝土的强度为 C30，腰梁采用 32C槽钢。 图 1 基坑支护剖面大样图 3.3 基坑设计计算 基坑设计计算采用理正深基坑设计软件，选用 ZK2 号孔为例。 (1)理正计算原始数据
7、理正计算所需原始数据见表 2表 7。 表 2 基坑的基本信息 1 注: 表中画的数据为问题数据, 下同。 表 3 基坑的基本信息 2 表 4 土层参数 表 5 超载情况 表 6 支护结构设计参数 表 7 预应力锚索情况 注: 锚杆材料与混凝土材料参数略。 2)计算结果 计算结果见表 8表 12。 表 8 不同计算方法时的内力及位置 表 9 基坑的水平位移值 表 10 配筋时使用的内力值 表 11 实际配筋结果 表 12 锚索内力及配筋结果 注:安全系数计算结果略。 4 设计方案剖析 (1)临近建筑非常近(最小 4.0m)，地层很差，主要为淤泥与砂层，采用锚桩支护设计很难防止周边建筑物与地下管线
8、的变形，容易造成事故。其次，在锚索施工过程中，由于砂层很厚，很难保证地表不变形。 (2)地质情况非常差，采用两桩一锚不利于基坑稳定，导致基坑存在严重的安全隐患。 (3)在淤泥与砂层很厚的情况下，为保证旋喷桩质量，旋喷桩水泥用量应不少于 200kg/m。 (4)不能正确使用理正软件，尽管软件是先进的，但是软件的使用以及计算结果还是需要技术人员分析的。本例中参数取用存在诸多问题，画 t 表示问题参数。下面分别说明: 根据建筑基坑支护技术规定(GJB-02-98)对深基坑的定义，本基坑安全等级为一级，所以基坑侧壁重要性系数应为 1.10；土层的抗力系数取用不正确，没有依据土层c、 进行修正；锚索的支
9、锚刚度取用偏大；冠梁的水平侧向刚度太大(30.00MN/m)，而水平侧向刚度对围护结构的位移影响很大；计算结果有误；计算得到 4-755 锚索，没有任何依据取半 2-75。上述诸问题说明，计算必须符合实际。 5 基坑概念性设计 深基坑工程是与众多因素相关的综合系统工程，诸多因素往往又不确定，彼此影响，很难用单一的方法进行计算，这就使得概念设计特别重要。指出概念设计就是对众多影响因素的概念要清楚，并能进行综合，设法从总体上将主要问题把握住，以寻求最佳组合。 该深基坑设计恰恰没有注意到基坑周边环境的特点: 管线繁多；基坑周边多层、简单基础的建筑多；毗邻河涌；地质条件差，主要为淤泥以及砂层。简单认为
10、采用桩+锚索方式可以使施工有良好的空间，可以提高基坑的施工效率，并且通过施加预应力可以有效控制桩水平位移，从而确定了设计方案。该设计方案是不合理的或者说是具有极大的潜在安全问题的。25m 长锚索，在个别地段超过 30m 长，占据本已非常有限的地下空间，对地下空间的长远利用是非常不利的。 6 结论 通过探讨建筑深基坑工程支护结构设计工作，笔者总结了设计过程中注意要点：建设单位应强化基坑的概念性设计，以寻求最佳的支护方案；应掌握设计软件的参数选用，结合工程实际的计算结果，制定出合理的、科学的控制措施；对于一些复杂的老城区而言，应综合考虑地质条件、基坑施工特点、地下空间利用、环境岩土工程等因素，尽可能采用内支撑+桩(墙)方式，以确保深基坑工程的质量。 参考文献 1 贾淑明;陶炳芳.某高层建筑深基坑支护设计与施工J.混凝土与水泥制品.2012 年第 12 期 2 单虹.深基坑支护结构设计探讨J.城市建设理论研究.2012 年第 12 期
