某基坑支护设计方案的选择与应用分析
时间：2022-11-18 12:15:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
张晶晶 （天津华北工程勘察设计有限公司，天津 300181）
随着我国城市化建设的加快，城市上层空间日趋饱和，向地下延伸则成为城市空间发展的方向之一，因此大量的基坑工程随之出现。基坑支护作为“为保护地下主体结构施工和基坑周边环境安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施”随着城市地下空间的不断发展也越来越复杂，而基坑支护设计的首要工作是合理选择基坑支护体系，选择时不仅要考虑：基坑支护安全等级、地质条件、基坑深度、主体结构及基础型式、周边环境、基坑平面尺寸及形状、施工场地条件、施工工艺的可行性、经济指标和施工工期等众多因素，而且还要结合当地的技术水平，习惯与偏爱等。现在在大城市中心区进行基坑设计已变成了一个系统工程，工程问题、安全问题、环境问题和社会问题等都要考虑。
目前常用的支护型式主要有：放坡开挖，土钉墙与复合土钉墙、桩墙式支护（排桩、多排桩、地下连续墙、型钢水泥土墙）、逆作拱墙和逆作与盖挖等。实际工程应用中可以选择应用其中1种，亦可2～3种支护结合使用。而当基坑深度较大或周边环境要求较高时，还会增加一道或多道支撑以保证基坑支护满足使用要求。本文结合工程实例，介绍了基坑支护设计方案的选择，希望能为从事基坑设计工作的同行提供借鉴和参考。
场地位于天津市河北区，为拟建学校内一层地下车库，无地上结构，地库完工回填后，地上为学校操场。地下车库为管桩基础，车库顶板顶标高-0.80m，基础底标高-5.40m。基坑长93.9m，宽37.7m，周长282m，开挖面积约3656m，开挖深度5.40m。基坑西侧及南侧为空地，西侧于基坑边设施工道路；
该场地原来为工厂厂房，现有围墙为原厂房外墙，基础埋深1.0m，基础外挑1.1m，围墙内皮距基坑最近处北侧为2.8m，东侧为3.1m；
东侧及北侧围墙外为现有老旧的住宅小区，六层，浅基础，北侧距围墙最近为17m，东侧距围墙最近为7.9m；
基坑西北角处施工临时使用高压变电箱已施工完毕。场地周边环境状况见图1。
图1 基坑平面及周边环境图
根据勘察报告，拟建场地地势平坦，现地表为建筑±0.00m，基坑开挖影响范围内的地层自上而下分别为：①1杂填土：层厚3.5m左右，呈杂色，松散状态，由杂土石子、炉灰、建筑垃圾等组成。④1粉质黏土：层厚1.0m左右，呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土，该层土局部为黏土。④2粉土：层厚2.5m左右，呈灰黄色，稍密～中密状态，无层理，含铁质，属中（偏低）压缩性土。⑥3粉土：层厚2.4m左右，呈灰色，中密状态，无层理，含贝壳，属中（偏低）压缩性土。⑥4粉质黏土：层厚5.4m左右，呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。⑦粉质黏土：层厚1.0m左右，呈黑灰～浅灰色，可塑状态，无层理，含有机质、腐植物，属中压缩性土。
基坑范围内土层主要物理力学性质指标见表1，土层分布情况见图2。
物理力学参数 表1
图2 典型地质剖面图
该场地勘探期间场地初见水位埋深2.20～2.70m，静止水位埋深 1.40～1.90m，地下水属潜水类型，水位年变幅在0.50～1.00m。
3.1 基坑支护方案应考虑的问题
通过基坑周边环境条件及工程地质状况可以看出该基坑在设计与施工方面主要应注意及解决以下方面：
①基坑面积及深度均不大，形状规则，应在安全的前提下尽量节省工程造价；
②基坑北侧及东侧环境较复杂，相邻住宅小区老旧，基础形式为浅基础，尤其东侧距住宅楼最近处仅11m，且住宅楼与基坑间小区道路车辆来往较多，地下埋有管线，如果基坑开挖产生变形较大，容易造成居民维权，不仅耽误工期，增加费用，还会造成不良社会影响；
③由地质情况来看，基坑范围内表层为平均3.5m厚杂填土，局部达到4m厚，之下为总厚度5m左右的粉土，透水性均较大，基坑施工过程中如果发生渗漏，可能诱发基坑周边沉降变形；
④西侧设施工道路，施工车辆荷载会对支护结构产生影响；
⑤项目工期紧张，业主要求按计划完工。
3.2 基坑支护选择及止水方案的确定
本基坑因周边环境所限，场地用地较紧张不适合放坡开挖及土钉墙支护；
基坑深度5.4m，该坑深条件下采用悬臂桩支护则变形很大，不能满足周边环境保护要求，且存在基坑安全隐患；
鉴于此本基坑采用支护桩+一道支撑支护，支撑高于地库顶板，地库完工回填后拆除，最大限度避免变形产生。基坑面积及深度均不大，地下工程施工周期不会太长，该种情况下一般首选止水与支护兼顾的拉森桩桩或SMW工法桩支护，但在本基坑地质条件下拉森桩相对SMW工法桩施工难度较大，且拉森桩咬合不严则容易在基坑施工过程中发生漏水进而增加沉降变形，引起不必要的纠纷，故此舍弃拉森桩支护。另外北、东两侧距浅基础住宅楼较近，基坑回填完毕SMW工法桩型钢拔除过程中的振动会对围墙及小区道路、管线等造成一定影响，且型钢拔除后所留空隙难以填实，对周边环境存在工后变形隐患。经综合考虑，最终支护方案采用灌注桩与SMW工法桩组合支护型式，靠近小区侧为灌注桩，以便较好地控制变形，保护临近住宅楼及道路等。
支撑选用便于施工且造价较低的对称+桁架支撑，钢筋混凝土结构；
基坑范围内，浅部不良土层为杂填土及粉土，总厚度达8.5m左右，双轴搅拌桩及φ650三轴搅拌桩实现良好隔水效果难度较大，因此采用φ850三轴搅拌桩封闭止水，并隔断透水层；
基坑降水采用坑内大口井结合明沟排水降水，开挖前提前将坑内水位降至坑底以下1.0m。基坑支护及止水平面布置见图3。
图3 基坑支护平面布置图
3.3 基坑支护计算及应用
基坑北、东两侧6层浅基础住宅按110kPa考虑，埋深1.5m，围墙15kPa，埋深1.0m，小区道路荷载15kPa，灌注桩支护，φ700＠900，嵌固深度 7.2m；
南、西两侧施工荷载20kPa考虑，SMW工法桩支护，φ850＠1200三轴搅拌桩内插500×300×11×18H型钢，插一跳一，嵌固深度6.2m。杂填土计算参数按照经验取值，粘聚力c=5kPa，内摩擦角φ=15°，水土分算，其余土层c、φ值参照天津市规范要求选用，地下水位埋深1.5m。基坑回填后拆除支撑，因此不考虑拆撑工况，计算结果如表2所示，均满足规范要求且满足该基坑周边环境要求。
基坑支护计算结果 表2
目前该基坑已完成回填，施工过程中未发生较大变形及渗漏等险情，也未发生周边居民投诉等社会事件，按计划工期顺利完成，支护效果良好。
基坑支护方案的确定需要综合考虑多方面因素，不仅要考虑安全问题、经济问题、环境问题，有时还要考虑社会问题。本基坑综合考虑以上因素，在基坑安全第一的前提下，针对基坑面临的特殊情况（临近老旧小区），结合地质条件、施工场地要求等，对基坑支护设计方案做出了合理的选择，并取得了良好的效果。
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