結合工程實例深基坑支護設計

結合工程實例探討深基坑支護設計摘要：本文筆者結合某工程實例著重探討了深基坑工程互有影響情況下的設計思路，在現(xiàn)有計算軟件的基礎上通過合理建模，綜合考慮邊坡支護和深基坑設計，使之符合實際工程情況，保證工程安全，也可為今后類似工程借鑒。

關鍵詞:深基坑；深基坑設計；支護類型；支護設計

伴隨著城市建設的快速發(fā)展，深基坑工程是一門新的實踐工程學，如何取得一種在經(jīng)濟上合理、技術上可行的支護類型是深基坑支護技術的關鍵，支護結構必須充分考慮現(xiàn)場環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及工程要求,深基坑的護壁,不僅要求保證基坑內(nèi)正常作業(yè)安全，而且要防止基坑及坑外土體移動，保證基坑邊坡穩(wěn)定、基坑附近建筑（構）物、道路、地下設施的安全。本文從深基坑支護的必要性出發(fā)，探討了支擋結構的幾種類型及其適用條件。結合工程實例，指出應用朗肯理論計算主動土壓力和被動土壓力的條件。分析選擇符合工程實際的主動土壓力和被動土壓力的計算方法是支擋結構設計的關鍵。并就深基坑支護類型選擇、深基坑支護土壓力的計算、護坡樁的設計、土層錨定設計等幾個方面探討如何做好建筑工程施工中深基坑支護的問題。

1工程概況

該工程用地面積為38520m2，建筑面積約為21萬m2，分期開發(fā)。場地全部處在已征地紅線范圍內(nèi)，現(xiàn)場場地東、西面開闊，周邊無建（構）筑物。擬建房屋基礎形式為人工挖孔樁，直徑1m，嵌入微風化基巖長度大于1m。首期工程主要針對擬建場地范圍內(nèi)a棟與b棟樓的兩層地下室基坑，以及場地北、東、南三面的山體護坡進行支護設計。其中基坑南面（局部）和北面與山體護坡相連，基坑邊線距離削坡坡腳為4.5m?；悠矫娉叽缂s為160×120m，大體呈凸矩形?，F(xiàn)狀地面標高56.4～59m（考慮場地整平和邊坡開挖），地下室底板頂面標高為49.9m，底板厚度0.4m，墊層100mm，基坑設計深度7～9.6m；現(xiàn)狀山體高程57.1～105.8m，邊坡高度3.8～24m。現(xiàn)場總平面圖見圖1。

圖1場地總平面布置圖

2深基坑支護的類型

深基坑支護工程是一種特殊的工程構筑物，它具有復雜性、可變性和臨時性的特點。無論采用何種支護結構，對支護結構必須針對其受力特點進行詳細的分析計算，并采取合理的設計構造措施以保證支護結構的強度、整體穩(wěn)定滿足要求，做到結構安全可靠、經(jīng)濟合理。支護結構包括擋墻和支撐(土錨)兩部分，支護型式可分為支擋型支護和加固型支護兩大類。

2.1支擋型支護

支擋型支護目前常用的有鋼板樁支護、擋土灌注樁支護、地下連續(xù)墻支護、帶有內(nèi)支撐樁排支護等幾種形式,而這些支護系統(tǒng)中,往往輔以止水防滲、支撐拉錨、降水排水、挖土卸載等技術措施,使支護方案達到最優(yōu)效果.

基坑實際開挖深度如在7m以內(nèi),周邊場地受限不能放坡時，可選用懸臂樁支擋形式。樁長根據(jù)地質(zhì)情況正確進行土壓力計算后,確定深入坑底深度,并輔以攪拌樁止水,在坑頂處沿基坑排樁頂部設置壓頂梁鎖口,以加強排樁圍護結構的整體性和剛度,增加樁身的抗彎強度。

2.2加固型支護

加固型支護多采用深層水泥攪拌樁,既可擋土又可形成隔水帷幕,目前已有用于8m深的基坑,它特別適用于軟土場地,深層水泥攪拌樁擋墻,按重力式擋土墻設計,要驗算基坑滑動穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和墻身應力等。

應根據(jù)地質(zhì)資料,通過計算擋土墻在基坑側壁土壓力作用下，滿足抗傾覆、抗隆起、抗滑移和基坑整體穩(wěn)定性來確定擋土墻寬度和插入深度。對于8m左右深的基坑可采用4~6排水泥攪拌樁,排列一起并互相搭接，形成具有較大厚度的重力式擋土墻。為了克服攪拌樁抗彎剛度小的弱點,可在樁內(nèi)插筋,以提高樁體的抗彎、抗剪性能和整體剛度。水泥攪拌樁水泥參量一般為15%左右，水泥攪拌樁具有施工工期較短,既可擋土,亦可防水,而且造價較為低廉。

綜上所述,支護結構的選型,涉及技術因素和經(jīng)濟因素。要從滿足工程要求,減少對周圍的不利影響，施工方便，工期短，經(jīng)濟效益好等方面考慮，做到結構安全可靠，方案可行,經(jīng)濟合理，經(jīng)過技術經(jīng)濟比較后加以確定，而且支護結構選型要與地下水位降低、挖方方案等配套研究確定,并應做好施工過程中的監(jiān)測工作,保證基坑（邊坡）穩(wěn)定，確保施工安全、基坑附近建筑（構）物、道路、地下設施的安全。

3邊坡、基坑設計方案

3.1方案思路

基坑周邊無既有建筑，據(jù)資料顯示周邊無管線。另根據(jù)地質(zhì)勘察資料，本場地范圍主要為素填土、粘性土，無淤泥和砂層，場地東、西面開闊空曠，具放坡條件。故在東、西側及南側部分地段考慮采用土釘墻支護，在北側及南側（局部）由于距離山體開挖邊坡距離較近（約為4.5m），從整體支護分析，采用機械沖孔灌注樁加錨索的支護方式，樁頂采用冠梁連接，并在填土層設置φ550@400攪拌樁止水帷幕。

邊坡為永久結構，安全等級為一級，綜合考慮地形地貌、地質(zhì)條件后決定采用混凝土框梁格（植草）+錨桿支護形式，坡底采用2m高的漿砌毛石擋墻以體現(xiàn)整體的美觀。

3.2對地下水的處理

場區(qū)地表存在較厚填土層，有一定的滲水性，主要由大氣降水和地表散水補給。土釘墻范圍采用泄水孔泄水方案，樁錨地段設計采用φ550單排攪拌樁，相鄰樁之間搭接150mm，形成封閉抗?jié)B帷幕，并在山體邊坡的平臺上設置截水溝以攔截土體上方的來水。攪拌樁漿液為水泥漿，采用32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5～0.6。樁長依地層、基坑深度變化且以進入不透水層不小于0.50m為宜，應在圍護樁施工前做好?；拥撞坎捎眉占⒊榕欧e水，基坑開挖到底后及時澆筑砼墊層。為避免坑頂?shù)乇硭赝翆恿严稘B入地下，增加基坑側壁的土壓力，基坑四周地面應進行硬化處理，處理方法采用8cm厚c15混凝土覆蓋上部土體。

3.3結構計算

設計在結構計算時采用保守的計算參數(shù)，側壓力對填土層采用水土分算，粘性土采用水土合算，土壓力計算采用朗肯土壓力理論，并根據(jù)不同的開挖深度和地層條件分段計算，采用增量法模擬施工各個工況，其中重點是北側及南側（局部）基坑結合山體邊坡的整體計算。

整體計算中首先需要對地質(zhì)資料進行詳細分析研究，了解邊坡范圍內(nèi)的巖土層分布情況以及結構面的走向分布規(guī)律，建立符合實際情況的計算模型。本工程實例基坑采用φ800@1200的機械沖孔灌注樁+三道預應力錨索進行支護，錨索采用兩樁一錨，水平間距2.4m，入射角度25度?；优c邊坡之間的平臺考慮20kpa的超載，高邊坡的削坡部分作為基坑的上部放坡段考慮，邊坡的錨桿等支護措施作為安全儲備，計算時不予考慮，除此之外，上部土體自重折算為超載后輸入。計算模型見圖2。

圖2整體計算模型

各巖土層支護設計參數(shù)主要依據(jù)勘察報告中的土工實驗統(tǒng)計表（詳見表1），并參照行業(yè)標準《建筑基坑支護技術規(guī)程》[1]?；蛹斑吰驴偢叨葹?4.4m，其中下部基坑深度9.6m，圍護樁嵌固深度3m。計算結果為：圍護樁最大彎矩為361kn.m（標準值），樁身最大水平位移為15mm，樁背地面最大沉降量為20mm，三道錨索內(nèi)力設計值分別為233kn、261kn、221kn，均采用2s15.2預應力鋼絞線，長度分別為17m、15m、12m。支護結構整體穩(wěn)定安全系數(shù)ks=1.39，抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)ks=2.54,均滿足規(guī)范要求。

表1各巖土層設計參數(shù)

通過計算分析表明，本設計考慮基坑與邊坡的整體作用而采用樁錨支護體系是可行的，可以滿足上部邊坡傳遞的側土壓力，通過深層滑裂面搜索分析，整個支護體系也是穩(wěn)定的，各項安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

4結論及建議

對以上工程設計實例，總結出一些經(jīng)驗以及其他還需要注意的地方，以供參考：對于基坑和邊坡相連的工程，采用本文所述的整體計算、模型建立方法是安全可靠的，相對來講還有一定的安全儲備。

地下水在巖土工程中的影響要充分重視，整個工程的排水系統(tǒng)需認真做好，對于邊坡和基坑的截、排水溝尺寸、流向則需經(jīng)過匯水面積的計算以及整體小區(qū)的規(guī)劃最終確定，以保證水能順暢的排走，保證工程安全。

如果巖土層軟弱結構面平行于邊坡面，則邊坡設計時尚需采用折段線等