結(jié)合工程實(shí)例深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

結(jié)合工程實(shí)例探討深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)摘要：本文筆者結(jié)合某工程實(shí)例著重探討了深基坑工程互有影響情況下的設(shè)計(jì)思路，在現(xiàn)有計(jì)算軟件的基礎(chǔ)上通過(guò)合理建模，綜合考慮邊坡支護(hù)和深基坑設(shè)計(jì)，使之符合實(shí)際工程情況，保證工程安全，也可為今后類(lèi)似工程借鑒。

關(guān)鍵詞:深基坑；深基坑設(shè)計(jì)；支護(hù)類(lèi)型；支護(hù)設(shè)計(jì)

伴隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，深基坑工程是一門(mén)新的實(shí)踐工程學(xué)，如何取得一種在經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行的支護(hù)類(lèi)型是深基坑支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵，支護(hù)結(jié)構(gòu)必須充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及工程要求,深基坑的護(hù)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(dòng)，保證基坑邊坡穩(wěn)定、基坑附近建筑（構(gòu)）物、道路、地下設(shè)施的安全。本文從深基坑支護(hù)的必要性出發(fā)，探討了支擋結(jié)構(gòu)的幾種類(lèi)型及其適用條件。結(jié)合工程實(shí)例，指出應(yīng)用朗肯理論計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的條件。分析選擇符合工程實(shí)際的主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的計(jì)算方法是支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。并就深基坑支護(hù)類(lèi)型選擇、深基坑支護(hù)土壓力的計(jì)算、護(hù)坡樁的設(shè)計(jì)、土層錨定設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面探討如何做好建筑工程施工中深基坑支護(hù)的問(wèn)題。

1工程概況

該工程用地面積為38520m2，建筑面積約為21萬(wàn)m2，分期開(kāi)發(fā)。場(chǎng)地全部處在已征地紅線(xiàn)范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地東、西面開(kāi)闊，周邊無(wú)建（構(gòu)）筑物。擬建房屋基礎(chǔ)形式為人工挖孔樁，直徑1m，嵌入微風(fēng)化基巖長(zhǎng)度大于1m。首期工程主要針對(duì)擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)a棟與b棟樓的兩層地下室基坑，以及場(chǎng)地北、東、南三面的山體護(hù)坡進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。其中基坑南面（局部）和北面與山體護(hù)坡相連，基坑邊線(xiàn)距離削坡坡腳為4.5m。基坑平面尺寸約為160×120m，大體呈凸矩形?，F(xiàn)狀地面標(biāo)高56.4～59m（考慮場(chǎng)地整平和邊坡開(kāi)挖），地下室底板頂面標(biāo)高為49.9m，底板厚度0.4m，墊層100mm，基坑設(shè)計(jì)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(chǎng)總平面圖見(jiàn)圖1。

圖1場(chǎng)地總平面布置圖

2深基坑支護(hù)的類(lèi)型

深基坑支護(hù)工程是一種特殊的工程構(gòu)筑物，它具有復(fù)雜性、可變性和臨時(shí)性的特點(diǎn)。無(wú)論采用何種支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)必須針對(duì)其受力特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算，并采取合理的設(shè)計(jì)構(gòu)造措施以保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定滿(mǎn)足要求，做到結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。支護(hù)結(jié)構(gòu)包括擋墻和支撐(土錨)兩部分，支護(hù)型式可分為支擋型支護(hù)和加固型支護(hù)兩大類(lèi)。

2.1支擋型支護(hù)

支擋型支護(hù)目前常用的有鋼板樁支護(hù)、擋土灌注樁支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)、帶有內(nèi)支撐樁排支護(hù)等幾種形式,而這些支護(hù)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(shù)措施,使支護(hù)方案達(dá)到最優(yōu)效果.

基坑實(shí)際開(kāi)挖深度如在7m以?xún)?nèi),周邊場(chǎng)地受限不能放坡時(shí)，可選用懸臂樁支擋形式。樁長(zhǎng)根據(jù)地質(zhì)情況正確進(jìn)行土壓力計(jì)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(shè)置壓頂梁鎖口,以加強(qiáng)排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和剛度,增加樁身的抗彎強(qiáng)度。

2.2加固型支護(hù)

加固型支護(hù)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(chǎng)地,深層水泥攪拌樁擋墻,按重力式擋土墻設(shè)計(jì),要驗(yàn)算基坑滑動(dòng)穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和墻身應(yīng)力等。

應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料,通過(guò)計(jì)算擋土墻在基坑側(cè)壁土壓力作用下，滿(mǎn)足抗傾覆、抗隆起、抗滑移和基坑整體穩(wěn)定性來(lái)確定擋土墻寬度和插入深度。對(duì)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(diǎn),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(jià)較為低廉。

綜上所述,支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型,涉及技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素。要從滿(mǎn)足工程要求,減少對(duì)周?chē)牟焕绊懀┕し奖?，工期短，?jīng)濟(jì)效益好等方面考慮，做到結(jié)構(gòu)安全可靠，方案可行,經(jīng)濟(jì)合理，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后加以確定，而且支護(hù)結(jié)構(gòu)選型要與地下水位降低、挖方方案等配套研究確定,并應(yīng)做好施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)工作,保證基坑（邊坡）穩(wěn)定，確保施工安全、基坑附近建筑（構(gòu)）物、道路、地下設(shè)施的安全。

3邊坡、基坑設(shè)計(jì)方案

3.1方案思路

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

邊坡為永久結(jié)構(gòu)，安全等級(jí)為一級(jí)，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(hù)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(duì)地下水的處理

場(chǎng)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(bǔ)給。土釘墻范圍采用泄水孔泄水方案，樁錨地段設(shè)計(jì)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(tái)上設(shè)置截水溝以攔截土體上方的來(lái)水。攪拌樁漿液為水泥漿，采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5～0.6。樁長(zhǎng)依地層、基坑深度變化且以進(jìn)入不透水層不小于0.50m為宜，應(yīng)在圍護(hù)樁施工前做好。基坑底部采用集水井收集、抽排積水，基坑開(kāi)挖到底后及時(shí)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(cè)壁的土壓力，基坑四周地面應(yīng)進(jìn)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(jié)構(gòu)計(jì)算

設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)采用保守的計(jì)算參數(shù)，側(cè)壓力對(duì)填土層采用水土分算，粘性土采用水土合算，土壓力計(jì)算采用朗肯土壓力理論，并根據(jù)不同的開(kāi)挖深度和地層條件分段計(jì)算，采用增量法模擬施工各個(gè)工況，其中重點(diǎn)是北側(cè)及南側(cè)（局部）基坑結(jié)合山體邊坡的整體計(jì)算。

整體計(jì)算中首先需要對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析研究，了解邊坡范圍內(nèi)的巖土層分布情況以及結(jié)構(gòu)面的走向分布規(guī)律，建立符合實(shí)際情況的計(jì)算模型。本工程實(shí)例基坑采用φ800@1200的機(jī)械沖孔灌注樁+三道預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，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(tái)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(hù)措施作為安全儲(chǔ)備，計(jì)算時(shí)不予考慮，除此之外，上部土體自重折算為超載后輸入。計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2整體計(jì)算模型

各巖土層支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)主要依據(jù)勘察報(bào)告中的土工實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表（詳見(jiàn)表1），并參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)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(hù)樁嵌固深度3m。計(jì)算結(jié)果為：圍護(hù)樁最大彎矩為361kn.m（標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)值分別為233kn、261kn、221kn，均采用2s15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，長(zhǎng)度分別為17m、15m、12m。支護(hù)結(jié)構(gòu)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(mǎn)足規(guī)范要求。

表1各巖土層設(shè)計(jì)參數(shù)

通過(guò)計(jì)算分析表明，本設(shè)計(jì)考慮基坑與邊坡的整體作用而采用樁錨支護(hù)體系是可行的，可以滿(mǎn)足上部邊坡傳遞的側(cè)土壓力，通過(guò)深層滑裂面搜索分析，整個(gè)支護(hù)體系也是穩(wěn)定的，各項(xiàng)安全系數(shù)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4結(jié)論及建議

對(duì)以上工程設(shè)計(jì)實(shí)例，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)以及其他還需要注意的地方，以供參考：對(duì)于基坑和邊坡相連的工程，采用本文所述的整體計(jì)算、模型建立方法是安全可靠的，相對(duì)來(lái)講還有一定的安全儲(chǔ)備。

地下水在巖土工程中的影響要充分重視，整個(gè)工程的排水系統(tǒng)需認(rèn)真做好，對(duì)于邊坡和基坑的截、排水溝尺寸、流向則需經(jīng)過(guò)匯水面積的計(jì)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(jié)構(gòu)面平行于邊坡面，則邊坡設(shè)計(jì)時(shí)尚需采用折段線(xiàn)等