高層建筑深基坑支護(hù)技術(shù)研究

王春龍

摘 要：隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市用地日趨緊張，高層建筑所占比例逐年提高，大批的高層建筑、超高層建筑正拔地而起，為了滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)基礎(chǔ)埋深和人防工程的需要，深基坑工程必不可少，深基坑支護(hù)成為關(guān)健的施工環(huán)節(jié)，然而，深基坑工程因地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)性高，基坑失效、失穩(wěn)的事故時(shí)有發(fā)生，除設(shè)計(jì)不夠完善的因素外，主要還在于基坑支護(hù)不到位。如何滿(mǎn)足基礎(chǔ)工程施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性，本文以實(shí)際案例的施工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)某高層建筑工程實(shí)例，對(duì)深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；深基坑；支護(hù)

工程上一般將開(kāi)挖深度在數(shù)十米范圍的地下基坑稱(chēng)為深基坑?，F(xiàn)在城市高層建筑的建造，大型市政設(shè)施的施工以及大量地下空間的開(kāi)發(fā)大規(guī)模興起必然會(huì)有大量深基坑工程產(chǎn)生。

1深基坑支護(hù)基本要求

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工應(yīng)充分考慮工程地質(zhì)與水文情況、基礎(chǔ)類(lèi)型、基坑開(kāi)挖深度、基坑周?chē)奢d、附近環(huán)境條件、降排水情況、施工季節(jié)、支護(hù)結(jié)構(gòu)使用期限等因素?；又ёo(hù)施工的關(guān)鍵是：確保基坑穩(wěn)定性、地面變形及地下防水、防止基坑隆起、管涌與流砂等險(xiǎn)情，并根據(jù)實(shí)際地質(zhì)、環(huán)境因素的變化進(jìn)行支護(hù)方案適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

深基坑支護(hù)有以下幾個(gè)方面基本要求：簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，先進(jìn)的技術(shù)，承受能力好，基坑防護(hù)體系能起到擋土功能，保持基坑四周邊坡穩(wěn)定性；保證基坑附近建（構(gòu)）筑物，地下管線(xiàn)、道路等的安全性，在基坑土方開(kāi)挖期間，不發(fā)生因土體的變形、沉陷、坍塌或位移事件；通過(guò)排水、降水、截水等相關(guān)措施，將基礎(chǔ)施工控制在地下水位以下；經(jīng)濟(jì)合理，符合環(huán)境保護(hù)要求，確保安全施工。

深基坑支護(hù)體系主要起到擋土的作用，確保在基坑開(kāi)挖與基礎(chǔ)施工時(shí)能夠安全順利地實(shí)施，并確保對(duì)周邊環(huán)境和附近建筑不產(chǎn)生危害。國(guó)內(nèi)目前的深基坑支護(hù)技術(shù)有：地下連續(xù)墻排柱支護(hù)技術(shù)、噴錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)、水泥攪拌柱技術(shù)、逆作法與半逆作法施、工土釘墻及復(fù)合土釘墻、環(huán)形支護(hù)結(jié)構(gòu)等等。實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)赝临|(zhì)情況、基坑深度、地下水條件等，結(jié)合各種支護(hù)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇經(jīng)濟(jì)合理的方案。

2工程概況

某建筑大廈：地下室二層，地上20層，建筑高度72.3m，上部結(jié)構(gòu)體系為現(xiàn)澆鋼筋砼框架-筒體結(jié)構(gòu)，PHC預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，框架抗震等級(jí)3級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)二級(jí)，抗震設(shè)防烈度7度，總建筑面積32205.8m2，（地上建筑面積30875 m2，地下建筑面積73237.6 m2），地下室層高4.2m，建筑等級(jí)一級(jí)。地質(zhì)狀況：根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告，①素填土層，層頂埋深0.6-3.5m。②粉質(zhì)粘土和粉土層，層頂埋深3.0-6.5m。③泥質(zhì)砂土夾卵礫石土層，層頂埋深6.0-10.8m。④碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖，層頂埋深10.0-15.5m。⑤中風(fēng)化砂巖，層頂埋深15.50-21.6m。地下穩(wěn)定水位埋深為4.40～11.10m。東、北兩向緊靠城市道路，與道路相距13m，西、南向?yàn)樾陆ǜ邔咏ㄖ?，相距約50m。地下室呈長(zhǎng)方形狀，長(zhǎng)95m，寬56m。施工條件：本大樓地處舊城改造區(qū)，舊墻基及地下管線(xiàn)密集，工期緊，施工難度大。工程于2010年6月開(kāi)工建設(shè)，并于8月份完成，為滿(mǎn)足建設(shè)單位的工期要求，春節(jié)前完成樁基、挖土及邊坡支護(hù)的目標(biāo)，本深基坑工程土方量約65000m3，每天平均出土量需確保1500m3 左右方能滿(mǎn)足進(jìn)度要求。在工期緊迫的情況下完成深基坑的作業(yè)，對(duì)深基坑支護(hù)方案及現(xiàn)場(chǎng)管理提出了更高的要求。

3支護(hù)方案選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)及水文情況可考慮的以下三種支護(hù)方案。

①無(wú)支護(hù)放坡大開(kāi)挖方案。但在超軟地基開(kāi)發(fā)時(shí)，表層有13m厚的淤泥質(zhì)土層，含水量在50%左右，強(qiáng)度比較低，屬欠固結(jié)土層，不采用支護(hù)而開(kāi)挖5 m深坑，實(shí)際上是很難施工的。由于無(wú)支護(hù)大開(kāi)挖方案會(huì)對(duì)周?chē)徑ㄖ镉绊戄^大，導(dǎo)致道路及各種管道變形，所以此方案很難實(shí)現(xiàn)，是不可取的。

②采用鉆孔灌注支護(hù)排樁方案，樁頂設(shè)置帽梁，并設(shè)置內(nèi)支撐。此方案從技術(shù)上是可行的，但要結(jié)合當(dāng)?shù)爻浀鼗奶攸c(diǎn)，地表下17m范圍內(nèi)主要為淤泥質(zhì)土層，支護(hù)樁長(zhǎng)度一般從此層穿過(guò)，所以樁長(zhǎng)應(yīng)大于17m，再加上鋼筋混凝土帽梁及內(nèi)支撐，這就提高了造價(jià)，對(duì)于5.5m深基坑明顯是不經(jīng)濟(jì)的。

③采用水泥攪拌樁格構(gòu)狀重力式擋墻方案。此方案結(jié)合當(dāng)?shù)赝翆蛹伴_(kāi)挖深度為5.5m的條件，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件分析是比較合理的。重力式擋墻要滿(mǎn)足穩(wěn)定性、強(qiáng)度及變形要求，經(jīng)多次試算，各項(xiàng)指標(biāo)基本上能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因而確定為終選方案。

4水泥攪拌樁擋墻支護(hù)

為確?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的安全可靠，必須進(jìn)行全面、完整、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算。本文總結(jié)了一整套水泥攪拌樁擋墻的設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)，其中主要包括：樁體截面的選擇、穩(wěn)定性驗(yàn)算、墻體強(qiáng)度驗(yàn)算以及變形估算等內(nèi)容，并據(jù)此進(jìn)行了該工程的設(shè)計(jì)計(jì)算。

4.1墻體截面的選擇

根據(jù)土質(zhì)條件和基坑開(kāi)挖深度H，先確定攪拌樁插入基坑底深度D。按照沿海地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，一般要求D /H≥1.1～1.2，且宜插到不透水層，以阻止地下水的滲流。墻體寬度B一般可取B/H=0.8～1.0，且不宜小于0.6。本工程墻厚3.2 m系考慮采用了3排密排雙頭鉆機(jī)并相互咬合而得。由此我們得到排樁圖見(jiàn)圖1。

圖1：排樁圖

4.2穩(wěn)定性驗(yàn)算

用改進(jìn)的簡(jiǎn)單條分法進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果顯示最小安全系數(shù)K0=1.587。用比肖普法進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果顯示最小安全系數(shù)K0=1.685。提示：最小安全系數(shù)大于1.2～1.3，即可認(rèn)為整體穩(wěn)定性安全。若選用的土質(zhì)參數(shù)是快剪指標(biāo)，那么當(dāng)最小安全系數(shù)大于1.1時(shí)，即可認(rèn)為整體穩(wěn)定性安全。用不同方法進(jìn)行的基坑抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1：基坑抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

方法名稱(chēng)

安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

安全系數(shù)最低限值

是否滿(mǎn)足安全要求

Terzaghi-Peck

2.123

1.5

滿(mǎn)足

Tschebotarioff

1.914

1.5

滿(mǎn)足

Navfac DM-7 1971

1.779

1.5

滿(mǎn)足

用傳統(tǒng)的重力式擋土墻方法進(jìn)行墻體抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果顯示抗滑移安全系數(shù)Ks=1.35>1.3，滿(mǎn)足抗滑移安全需要。

用傳統(tǒng)的重力式擋土墻方法進(jìn)行墻體抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果顯示抗傾覆安全系數(shù)Kt=1.654>1.5，滿(mǎn)足抗傾覆安全需要。

墻底地基承載力驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果顯示：地基承載力設(shè)計(jì)值fb=215.719kPa，墻底平均壓應(yīng)力p=200.11kPa，墻底最大壓應(yīng)力pmax=233.311kPa，墻底最小壓應(yīng)力pmm=176.909kPa。由于p0，因此滿(mǎn)足地基承載力安全需要。

基坑的抗管涌穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果顯示抗管涌安全系數(shù)Kp=4.946>2.0，滿(mǎn)足抗管涌安全需要。

4.3墻身強(qiáng)度驗(yàn)算

用彈性抗力法計(jì)算，結(jié)果顯示墻身壓應(yīng)力最大值σcmax=200.659kPa< [σc] =400 kPa，滿(mǎn)足墻身抗壓強(qiáng)度要求。

用彈性抗力法計(jì)算，結(jié)果顯示墻身拉應(yīng)力最大值σlmax=0.00kPa< [σl] =160 kPa，滿(mǎn)足墻身抗拉強(qiáng)度要求。

用彈性抗力法計(jì)算，結(jié)果顯示墻身剪應(yīng)力最大值τmax=31.08 kPa< [τ] =343.393 kPa，滿(mǎn)足墻身抗剪強(qiáng)度要。

4.4變形估算

用彈性抗力法計(jì)算墻體位移，結(jié)果顯示墻體頂端位移4.13 cm，基坑底部墻體位移2.51 cm，墻體底端位移-0.21 cm。具體分布形式見(jiàn)圖2。

圖2：墻體位移圖

假定地表沉降曲線(xiàn)為三角形，計(jì)算結(jié)果顯示基坑周?chē)乇碜畲蟪两盗繛?.95 cm。假定地表沉降曲線(xiàn)為拋物線(xiàn)，計(jì)算結(jié)果顯示地表最大沉降量為2.57 cm。

5結(jié)束語(yǔ)

該基坑工程在地質(zhì)條件與周?chē)h(huán)境較差的情況下，采用水泥攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，達(dá)到了預(yù)期的目的，為建設(shè)單位減少投資與工程早日完成投入使用創(chuàng)造了條件。經(jīng)過(guò)科學(xué)的組織施工，基坑開(kāi)挖后，支護(hù)體系處于良好的工作狀態(tài)，成功地保證了周邊環(huán)境和圍護(hù)體的安全、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

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