中海油大廈基坑支護(hù)設(shè)計(jì)綜述

賀杰　陳錦劍

摘要：中海油大廈核心筒區(qū)域基坑深度為24.05m，塔樓區(qū)域基坑深度為22.55m，平面距離深圳地鐵2號(hào)線最近段為20.9m，該項(xiàng)目地下室底板與地鐵2號(hào)線隧道底板基本持平，基坑無(wú)放坡條件，該項(xiàng)目基坑支護(hù)方式從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及場(chǎng)地等情況綜合考慮，采用“鉆孔咬合樁+環(huán)撐”的支護(hù)形式。

關(guān)鍵詞：中海油大廈；基坑支護(hù)；支護(hù)設(shè)計(jì)；支護(hù)形式；超高層建筑 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TU476 文章編號(hào)：1009-2374（2016）13-0124-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.060

1 項(xiàng)目概況

中海油大廈場(chǎng)地位于深圳市南山區(qū)后海濱路與創(chuàng)業(yè)路交叉路口東南側(cè)，為超高層建筑。場(chǎng)地占地面積12712.5m2，項(xiàng)目總建筑面積26.6萬(wàn)m2，地上45層，地下5層，高度為200m，是集辦公、商業(yè)于一體的超高層綜合體項(xiàng)目。建筑造型采用200m的雙塔形式，取意為“海洋旗艦”。本建筑將以獨(dú)特的建筑形象使其成為深圳后海中心區(qū)重要的地標(biāo)性建筑，為中國(guó)海油在南方樹(shù)立起嶄新的國(guó)際級(jí)總部。

中海油大廈基坑最大開(kāi)挖深度24.05m，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，本工程基坑劃分為三個(gè)區(qū)域：核心筒區(qū)，挖深24.05m；塔樓框架柱區(qū)，挖深22.55m；裙樓區(qū)，挖深21.55m。

本項(xiàng)目基坑范圍約為一矩形區(qū)域，南北向約150m，東西向約90m，基坑開(kāi)挖面積12712.5m2，周長(zhǎng)約465.85m，開(kāi)挖深度21.55～24.05m。現(xiàn)場(chǎng)地較為平坦，地形略有起伏。

2 地層情況

根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)埋藏地層的野外特征自上而下依次描述為：

2.1 人工填土層（Qml）

人工填土（地層編號(hào)①1）：褐黃、褐紅、灰黃、灰褐等雜色，主要由黏性土混10%～30%砂礫組成，普遍混填石及碎磚等建筑垃圾。該層密實(shí)程度不均，結(jié)構(gòu)較松散，未完成自重固結(jié)。各鉆孔均見(jiàn)，層厚為4.90～10.80m。

2.2 基坑支護(hù)巖土設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)勘察報(bào)告，基坑支護(hù)巖土設(shè)計(jì)參數(shù)建議值詳見(jiàn)表1。

3 項(xiàng)目基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)可歸納為：

3.1.1 本基坑項(xiàng)目屬超深基坑，基坑周邊管線較多，且距離開(kāi)挖紅線較近，地下室外邊線距離場(chǎng)地紅線較近，為支護(hù)必須要考慮的因素。

3.1.2 基坑西側(cè)緊鄰后海濱路，深圳地鐵2號(hào)線隧道距離基坑最近為20.9m，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中的變形控制要求很高。

基坑安全等級(jí)根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，安全等級(jí)為一級(jí)。

3.2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

本工程開(kāi)挖深度21.55～24.05m，開(kāi)挖范圍內(nèi)存在強(qiáng)透水地層，且周邊緊鄰道路、管線和地下結(jié)構(gòu)（地鐵），受用地紅線限制無(wú)放坡條件均需直立開(kāi)挖，支護(hù)難度大，對(duì)沉降與變形要求高。

從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及場(chǎng)地等情況綜合考慮，本基坑采用“鉆孔咬合樁+環(huán)撐”的支護(hù)形式。

3.2.1 基坑核心筒支護(hù)段。大廈為雙塔樓布置，塔樓框架柱區(qū)域底板厚度為2.0m、塔樓核芯筒區(qū)域基礎(chǔ)底板厚度為3.50m，考慮墊層厚度為0.15m，該位置塔樓框架柱區(qū)基坑開(kāi)挖深度為22.55m（自地坪標(biāo)高5.0m起算），核心筒開(kāi)挖深度為24.05m。咬合樁分A、B兩序樁，A樁為素砼樁，B樁為鋼筋砼樁，樁體直徑為1.2m，間距為0.9m，嵌固深度為10.0m，樁頂設(shè)為1.2m×1.4m冠梁。冠梁上方至地坪采用微型樁支護(hù)，微型樁樁徑Φ300，內(nèi)置16b工字鋼，微型樁樁頂設(shè)置0.3m×0.3m冠梁，直立坡面掛網(wǎng)噴100mm厚C20砼。

3.2.2 基坑裙樓支護(hù)段。裙樓區(qū)域基礎(chǔ)底板厚度為1.0m，考慮墊層厚度為0.15m，基坑開(kāi)挖深度為21.55m（自地坪標(biāo)高5.0m起算），咬合樁分A、B兩序樁，A樁為素砼樁，B樁為鋼筋砼樁，樁體直徑為1.2m，間距0.9m，嵌固深度為10.0m，樁頂設(shè)為1.2m×1.4m冠梁。冠梁上方至地坪采用微型樁支護(hù)，微型樁樁徑Φ300，內(nèi)置16b工字鋼，微型樁樁頂設(shè)置0.3m×0.3m冠梁，直立坡面掛網(wǎng)噴100mm厚C20砼。

3.2.3 基坑共有三道支撐，第一道支撐軸線相對(duì)±0.0標(biāo)高-4.05m，第二道、第三道支撐軸線相對(duì)標(biāo)高分別為-12.45m和-18.35m，并設(shè)置支撐圍檁。

3.3 基坑設(shè)計(jì)參數(shù)

為保證該支護(hù)段止水效果，設(shè)計(jì)對(duì)該段基坑采用咬合樁進(jìn)行支護(hù)，咬合樁設(shè)計(jì)參數(shù)為：

3.3.1 咬合樁施工工藝采用帶套管鉆進(jìn)或（旋挖）樁，樁徑為1.2m，中心距為0.9m，咬合寬度為0.3m，嵌固深度為10.0m。

3.3.2 咬合樁分為素砼樁及有鋼筋籠樁，其中有鋼筋籠的樁樁身采用C30砼，素砼樁采用C30超緩凝砼。

3.3.3 咬合樁施工時(shí)對(duì)每根樁樁心進(jìn)行精確定位，并采取措施保證樁體的垂直度，從而獲得較好的止水效果。

3.4 支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。（1）鉆孔咬合樁樁徑為1200mm，樁中心距為900mm。嵌固深度為10.0m，保護(hù)層為80mm；（2）樁頂設(shè)一道1200mm×1400mm的冠梁，冠梁軸線相對(duì)標(biāo)高為-4.05m；（3）咬合樁樁身砼等級(jí)采用C30，冠梁采用C30；（4）咬合樁垂直度控制為3/1000，咬合樁施工時(shí)注意清理孔底，確保樁深滿足設(shè)計(jì)要求；（5）微型樁樁徑為300mm，間距為1.0m（1.2m）內(nèi)置16b工字鋼，樁身采用2～4級(jí)碎石，注漿材料為P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.5，冠梁為300mm×300mm，采用C30混凝土，樁間掛鋼筋網(wǎng)并噴C20混凝土。

3.4.2 內(nèi)支撐設(shè)計(jì)參數(shù)。按5.60m為相對(duì)標(biāo)高±0.00m，第一道支撐軸線相對(duì)標(biāo)高為-4.05m，第二道支撐軸線標(biāo)高為-12.45m，第三道支撐軸線標(biāo)高為-18.35m。

（1）環(huán)撐截面為2000mm×1400mm和2000mm×1200mm兩種，C40砼澆筑；（2）水平支撐采用截面為1000mm×1400和1000mm×1200mm兩種，C30砼澆筑；（3）冠梁截面1200mm×1400mm，腰梁截面為1200mm×1200mm，C30砼澆筑；（4）支撐立柱：支撐立柱樁為1200mm鉆孔樁，立柱樁若不穿透礫質(zhì)黏土層，樁長(zhǎng)從基坑底以下至少需達(dá)到14m，若樁底到達(dá)全風(fēng)化花崗巖層，則樁長(zhǎng)從基坑底以下至少需達(dá)到10m，立柱采用直徑700mm、壁厚10mm的鋼管，內(nèi)灌C30砼，鋼管底部插入鉆孔樁5.0m。

4 理正深基坑軟件計(jì)算

本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用理正深基坑軟件進(jìn)行支護(hù)樁設(shè)計(jì)計(jì)算，規(guī)范采用《建筑基坑支護(hù)工程技術(shù)規(guī)程》（SJD05-96），計(jì)算方法采用增量法，土體參數(shù)采用勘察報(bào)告及經(jīng)驗(yàn)取值，對(duì)砂層等強(qiáng)透水層采用水土分算，對(duì)其他弱透水地層采用水土合算。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，剖面中各道支撐支反力最大，如圖1所示：

在理正計(jì)算過(guò)程中，內(nèi)支撐水平間距設(shè)定為8.0m，因此根據(jù)上述支反力計(jì)算結(jié)果，第一至第三道支撐冠（腰）梁的均布荷載分別為170kN/m、819kN/m和1166kN/m。

5 基坑變形計(jì)算

5.1 計(jì)算模型

本次計(jì)算采用專(zhuān)業(yè)巖土數(shù)值分析系統(tǒng)midas GTS軟件建立本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的三維模型。在計(jì)算過(guò)程中，模型按照設(shè)計(jì)1∶1建模，支撐體系各構(gòu)件截面尺寸見(jiàn)表2，立柱樁為700mm鋼管砼，入坑底5m。

5.1.1 模型單元。（1）支撐梁：采用梁?jiǎn)卧Ｐ?；?）支撐立柱：采用梁?jiǎn)卧Ｐ停唬?）基坑腰梁：采用梁?jiǎn)卧Ｐ?；?）各層支撐封板：采用平面單元模型；（5）基坑支護(hù)樁（樁徑1.2m的咬合樁）：采用平面單元模型進(jìn)行近似模擬，等效單元厚度設(shè)定為0.8m。

5.1.2 模型材料。本模型中基坑支護(hù)樁、內(nèi)支撐、環(huán)撐、腰梁、立柱均采用設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)材料的彈性模量及泊松比。

5.1.3 模型情況。本計(jì)算模型考慮基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與地鐵三號(hào)線福田站主體結(jié)構(gòu)，其三維模型如下圖2所示：

5.2 邊界條件及荷載

本模型的邊界條件設(shè)定如下：（1）基坑支護(hù)樁底端：位移固定，轉(zhuǎn)動(dòng)自由；（2）基坑立柱底端：位移固定，轉(zhuǎn)動(dòng)自由；（3）其他位置邊界條件均為自由。

本模型的荷載條件設(shè)定如下：在基坑支護(hù)腰梁位置施加線性荷載，即由理正計(jì)算結(jié)果推算得到的線荷載值（自上至下分別為170kN/m、819kN/m、166kN/m的均

布力）。

設(shè)計(jì)中，立柱每層節(jié)點(diǎn)處最多有2個(gè)方向的水平支撐梁，第一層水平支撐斷面尺寸為1.0m×1.4m，第二、三層水平支撐斷面尺寸為1.0m×1.2m，立柱承載支撐自重按水平向跨度按12m考慮，混凝土密度為25kN/m3，計(jì)算得立柱所承載的支撐自重為2280kN。

坑底面以上立柱長(zhǎng)20.4m，設(shè)計(jì)鋼管立柱外徑為700mm、壁厚為10mm，立柱內(nèi)灌注C30混凝土，截面積為0.37m2，鋼立柱自身截面積為0.01m2，鋼密度為

78.5kN/m3，立柱自重為柱內(nèi)混凝土與鋼管材料自重之和，計(jì)算為208.08kN。

6.2 立柱插入立柱樁的深度計(jì)算

在兩道支撐之間的立柱計(jì)算跨度取為上一道支撐桿件中心至下一道支撐桿件中心的距離。最低層一跨立柱計(jì)算跨度取為上一道支撐中心至立柱樁頂標(biāo)高。

鋼管立柱插入立柱樁的深度計(jì)算按下式計(jì)算：

設(shè)計(jì)鋼管立柱插入立柱樁的深度為5.0m，滿足要求。

6.3 混凝土構(gòu)件受壓驗(yàn)算

設(shè)計(jì)鋼管內(nèi)灌注C30標(biāo)號(hào)混凝土，軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取14.3N/mm2，鋼管內(nèi)徑為690mm，混凝土抗壓強(qiáng)度值為：

滿足要求。

6.4 立柱壓桿穩(wěn)定驗(yàn)算

立柱為長(zhǎng)細(xì)構(gòu)件，需驗(yàn)算在基坑開(kāi)挖過(guò)程中壓桿的穩(wěn)定性。立柱在基坑開(kāi)挖深度內(nèi)與三層支撐進(jìn)行鉸接，可分段進(jìn)行驗(yàn)算。同時(shí)考慮在拆撐的工況中，在地下室負(fù)三層施工完成，拆除第二層水平支撐后，此時(shí)立柱在豎向方向跨度最大為最不利工況，也應(yīng)按下式進(jìn)行驗(yàn)算：

6.5 立柱樁入土深度計(jì)算

坑底范圍內(nèi)土層主要為礫質(zhì)黏土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，詳細(xì)描述如下：

6.5.1 第四系殘積層（Qel）。礫質(zhì)黏土（地層編號(hào)⑧）：褐紅、灰黃夾灰白等色，由下伏粗?；◢弾r風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)可辨，可～硬塑。光滑，搖振反應(yīng)無(wú)，干強(qiáng)度中等，韌性高。各鉆孔均見(jiàn)，層厚為5.20～42.80m。

6.5.2 燕山期侵入巖（γ53）。粗?；◢弾r：系場(chǎng)地內(nèi)下伏基巖，粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石及暗色礦物等。據(jù)其風(fēng)化程度及裂隙發(fā)育程度的差異可將其分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化上段、強(qiáng)風(fēng)化下段、中等風(fēng)化、微風(fēng)化五層（帶），其描述如下：

第一，全風(fēng)化層（地層編號(hào)⑨1）：褐黃、褐紅、灰白、肉紅夾褐黑色。原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，尚可辨認(rèn)，裂隙極發(fā)育，巖芯呈堅(jiān)硬土狀，手捏可碎，浸水可捏成團(tuán)，偶夾有強(qiáng)風(fēng)化巖塊。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類(lèi)。該層依據(jù)野外肉眼觀察及標(biāo)貫擊數(shù)（30≤N<50擊）綜合劃分。各鉆孔均見(jiàn)，層厚為4.00～25.70m，頂板標(biāo)高在-19.74～-50.96m之間。

第二，強(qiáng)風(fēng)化層上段（地層編號(hào)⑨2）：褐黃、褐紅、灰白、肉紅夾褐黑色。原巖結(jié)構(gòu)基本可見(jiàn)，風(fēng)化劇烈，裂隙發(fā)育。巖芯多呈堅(jiān)硬土夾角礫狀，干鉆困難，遇水易軟化。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類(lèi)。該層依據(jù)野外肉眼觀察、標(biāo)貫擊數(shù)（N≥50擊）及聲波測(cè)井結(jié)果綜合劃分，其縱波速度Vp一般為1300～1600m/s，平均波速為1513m/s。各鉆孔均見(jiàn)，層厚4.00～34.00m，頂板標(biāo)高在-32.15～-55.96m之間。

土層參數(shù)如表4所示：

由以上計(jì)算結(jié)果，并考慮施工因素等影響，對(duì)立柱樁設(shè)計(jì)入土深度為：立柱樁若不穿透礫質(zhì)黏土層，樁長(zhǎng)從基坑底以下至少需達(dá)到14m；若樁底到達(dá)全風(fēng)化花崗巖層，則樁長(zhǎng)從基坑底以下至少需達(dá)到10m。

7 結(jié)語(yǔ)

采用兩種軟件建立了數(shù)值和滲流模型并進(jìn)行了分析，根據(jù)以上滲流模擬分析結(jié)果，可得出如下結(jié)論：在現(xiàn)有止水體系情況下，考慮滲透系數(shù)比值kv/kh=1～10變化時(shí)，數(shù)值結(jié)果顯示，基坑開(kāi)挖施工降水過(guò)程中，基坑外側(cè)將形成降落漏斗，地下水水位最大降幅為1.5～7.0m。水位降落線均高于地鐵隧道，可見(jiàn)支護(hù)設(shè)計(jì)方案中采用咬合樁止水帷幕的隔水措施能有效地保證基坑開(kāi)挖降水不對(duì)地鐵產(chǎn)生影響。

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工業(yè)出版社，2012.

作者簡(jiǎn)介：賀杰（1979-），男，廣東深圳人，上海交通大學(xué)學(xué)生，供職于華南國(guó)際工業(yè)原料城（深圳）有限公司，研究方向：房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)。

（責(zé)任編輯：小 燕）