大面積基坑支護(hù)設(shè)計實例

何志鵬（廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司，廣東廣州510500）

大面積基坑支護(hù)設(shè)計實例

何志鵬（廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司，廣東廣州510500）

對于設(shè)計中常遇到的基坑長寬都很大，而基坑深度不是很大的情況，并受到不可進(jìn)行拉錨施工時，可采用雙排樁支護(hù)設(shè)計。按現(xiàn)行規(guī)范中簡化方法考慮樁間土對前后樁土反力與土變形的關(guān)系，采用平面剛架模型進(jìn)行雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。同時簡要介紹了大直徑攪拌樁在基坑止水帷幕中的運用。

大直徑攪拌樁；大面積基坑；雙排樁；樁間土

1 工程簡況

該項目位于佛山市南海區(qū)黃岐鎮(zhèn)北環(huán)路南側(cè)、風(fēng)情街西側(cè)，原址為廣東省建筑構(gòu)件工程公司，擬建項目為14棟32～36層商住樓，配套設(shè)置1～2層地下室。基坑大致成長方形，長邊尺寸約310m，短邊尺寸約190m，基坑支護(hù)周長約1300m，基坑開挖深度：住宅二層地下室范圍8.85～12.15m、住宅一層地下室范圍5.10～5.30m、商業(yè)一層地下室范圍6.50～6.70m。

2 周邊環(huán)境條件

基坑?xùn)|側(cè)為黃岐商業(yè)中心（4F，天然基礎(chǔ)），本項目支護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線與黃岐商業(yè)中心建筑外邊線最少距離約為8.9m；基坑南側(cè)東段為居民樓（8F，樁基礎(chǔ)），本項目支護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線與居民樓建筑外邊線最少距離約為14.6m；基坑南側(cè)西段為恒?；▓@住宅樓（16F，樁基礎(chǔ)），本項目支護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線與恒?；▓@住宅樓建筑外邊線最少距離約為6.2m；基坑西側(cè)南段為瑞麗花園住宅樓（10F，樁基礎(chǔ)），本項目支護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線與瑞麗花園住宅樓建筑外邊線最少距離約為22.1m；基坑西側(cè)北段為倉庫（1～4F，天然基礎(chǔ)），本項目支護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線與倉庫建筑外邊線最少距離約為18.3m；基坑北側(cè)為北環(huán)路，本項目支護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線與北環(huán)路機動車道邊線距離約為26.0m。

3 工程地質(zhì)與水文概況

3.1 工程地質(zhì)條件

場地巖土層按成因類型可劃分為第四系人工填土層及沖積土層，下伏基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖，現(xiàn)將主要巖層分述如下：

（1）人工填土。

（2）沖積土層：

①中砂。②粉質(zhì)粘土。③粉砂。④淤泥質(zhì)土。⑤粉質(zhì)粘土。⑥粉砂。⑦中砂。⑧礫砂。

（3）殘積土層：粉質(zhì)粘土。

（4）白堊系泥質(zhì)粉砂巖：

①全風(fēng)化巖層。②強風(fēng)化巖層。③中風(fēng)化巖層。

3.2 水文地質(zhì)條件

在鉆探期間測得鉆探孔內(nèi)混合穩(wěn)定水位埋深在 0.40～1.40m，標(biāo)高1.41～3.31m，并隨潮汐波動，日波動幅度約0.12m。地下水位的變化與大氣降水及河流側(cè)向補給有關(guān)，并隨季節(jié)性變化較大，一般雨季水位略有抬升，旱季水位略有降落，水位年變化幅度一般為1～1.5m。

4 基坑支護(hù)設(shè)計方案分析

根據(jù)場地的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件并結(jié)合以往的工程經(jīng)驗，分析認(rèn)為，擬建場地上覆蓋土層中除淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)粘土外，主要為強透水砂層，強風(fēng)化巖層層面埋深13.80～26.50m，因此需要設(shè)置豎向止水帷幕，并使止水帷幕的深度進(jìn)入到透水性較差的＜3＞粉質(zhì)粘土或＜4-2＞強風(fēng)化巖才能保證基坑工程的順利進(jìn)行。

4.1 基坑止水帷幕的選擇

對于擬建工程，建筑場地地下砂層為強透水層及富水層，砂層中地下水與珠江水水力聯(lián)系明顯，受地下水動水影響，基坑支護(hù)防水結(jié)構(gòu)的好壞是確保基坑順利開挖的關(guān)鍵。如采用傳統(tǒng)型小直徑雙排深層攪拌樁搭接止水或高壓旋噴樁止水，往往在成樁的垂直度難以保證而易造成基坑透水事故。大直徑深層旋噴攪拌樁具有穿透能力強、成樁質(zhì)量好、樁身強度高、止水效果優(yōu)良的特點，近年來在珠三角地區(qū)的基坑支護(hù)工程中得到了許多運用，并取得了良好的效果。雖然三軸攪拌樁的成樁效果與大直徑攪拌樁基本相同，但其成本較高，故本工程設(shè)計選用了φ800直徑的大直徑攪拌樁作為豎向止水帷幕。

4.2 基坑支護(hù)形式的選擇

擬建建筑物設(shè)兩層地下室，局部一層地下室，基坑開挖深度約9m，局部約6m，周邊條件不算復(fù)雜。但本工程大部分建筑邊線離建筑紅線較近，且佛山地區(qū)規(guī)定錨索尾端不可超出紅線，故本工程不適于選擇拉錨體系。對于基坑南側(cè)，由于開挖深度較小，基坑寬度約80m，則采用常規(guī)的孔灌注支護(hù)+一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐+多排攪拌樁坑內(nèi)加固土的支護(hù)方案即可滿足要求。而對于其他部位的基坑短邊長約130m，本工程則采用了雙排樁（水下C30鉆（沖）孔灌注樁，直徑1400）+兩支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部多排格柵式攪拌樁加固土+坑腳多排攪拌樁坑內(nèi)加固土的支護(hù)方案?；又ёo(hù)平面圖如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)平面圖

本工程選用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)主要基于如下考慮：

（1）雙排樁為剛架結(jié)構(gòu)，其抗側(cè)移剛度遠(yuǎn)大于單排懸臂樁結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力分布優(yōu)于懸臂結(jié)構(gòu)。對于相同的樁頂位移控制條件，雙排樁的材料消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單排懸臂樁，有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

（2）與支撐式支擋結(jié)構(gòu)相比，由于其基坑內(nèi)不設(shè)支撐及立柱，施工工藝簡單、無交叉作業(yè)問題；同時也省去了設(shè)置、拆除支撐的工序，加快了施工進(jìn)度，縮短了施工周期。且對如本項目基坑面積很大，深度不是很深的情況，一樣具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

4.3 雙排樁的設(shè)計

按 《建筑基坑技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）（以下簡稱 《規(guī)范》）的要求，雙排樁采用平面剛架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計算。作用在后排樁上的主動土壓力及前排樁嵌固段上的土反力與單排懸臂樁的計算相同。對于本工程樁間土基本為淤泥質(zhì)土，對前后樁的連接作用比較差，設(shè)計中在雙樁間設(shè)置了十排格柵式φ550的攪拌樁，用以加強前后樁的剛性連接，故在計算時取前、后排樁的水平位移的差值Δν=0，則前、后排樁間土對樁側(cè)的壓力pc=pc0，pc0可按照《規(guī)范》相關(guān)條款進(jìn)行計算。同時對坑腳土也采用攪拌樁進(jìn)行加固處理，在設(shè)計中考慮其的有利影響。選取典型的基坑剖面如圖2所示，其計算模型如圖3所示。

圖2 典型的基坑剖面圖

圖3 雙排樁計算模型

根據(jù)本工程的巖土工程勘察報告，選取各土層參數(shù)如表1所示。根據(jù)計算可得前、后樁的位移及位移圖，如圖5所示。

對于本支護(hù)方案僅有一種開挖工況，取荷載分項系數(shù)為1.25后，可得前后樁的內(nèi)力設(shè)計值（如表2）。

4.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)的坑底隆起穩(wěn)定驗算、整體穩(wěn)定驗算及嵌固穩(wěn)定性計算

本基坑工程按規(guī)范要求應(yīng)進(jìn)行整體滑動穩(wěn)定性驗算，由于基坑底有淤泥層，還需進(jìn)行抗隆起穩(wěn)定驗算，同時也需按照規(guī)范要求驗算雙排樁的嵌固穩(wěn)定性。

（1）基坑抗隆起計算

從支護(hù)底部開始，逐層驗算抗隆起穩(wěn)定性，結(jié)果如下：

表1

圖4 雙排樁支護(hù)內(nèi)力及位移圖

表2

支護(hù)底部，驗算抗隆起：

Ks=15.167≥1.600，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

深度23.500處，驗算抗隆起：

Ks=31.948≥1.600，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

（2）整體滑動穩(wěn)定性驗算

基坑的整體穩(wěn)定性采用瑞典條分法，計算結(jié)果表明安全系數(shù)Ks=3.894，大于1.3，故安全。

（3）嵌固深度滿足抗傾覆要求的嵌固深度：

《規(guī)范》將雙樁及樁間土整體作為力的平衡分析對象，考慮了土與樁自重的抗傾覆作用。抗傾覆穩(wěn)定計算嵌固深度ld值，公式如下：

得到ld=13.800m，設(shè)計取ld=14.000m，安全。

綜上幾點，可見本基坑設(shè)計符合規(guī)范的要求。

5 結(jié)語

本基坑的主要特點：

（1）利用大直徑攪拌樁作為止水帷幕，在有效控制樁的垂直度的同時，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

（2）基坑面積很大，深度不是很大，受到不能打錨桿的限制，采用了以雙排樁為主的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。較內(nèi)支撐形式的支護(hù)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了工序，加快了施工進(jìn)度，同樣經(jīng)濟(jì)性較好。

對本基坑設(shè)計的一點后續(xù)思考：

（1）本設(shè)計中并未考慮前、后樁水平位移差，這樣可使前、后樁的內(nèi)力計算值偏大，對于工程來說偏安全，而對經(jīng)濟(jì)性角度來說，會造成一定的浪費。

（2）對工程來說，前、后排樁還有梅花狀布置，雙三角形布置，丁字形布置等，根據(jù)工程需要可以靈活采用，但《規(guī)范》中僅給出了矩形布置的計算方法，因此現(xiàn)階段對設(shè)計有一定的制約。

[1]《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）.中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊（第二版）.中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]廣東有色工程勘察設(shè)計院.巖土工程詳細(xì)勘察報告.2014.

[4]龔曉南.深基坑工程設(shè)計施工手冊.中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[5]聶慶科，梁金國，韓立君，白 冰.深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與應(yīng)用.中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[6]鄭 剛，李 欣，劉 暢，等.考慮樁土相互作用的雙排樁分析.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2004.

[7]黃 強.護(hù)坡樁空間受力簡化計算方法.建筑結(jié)構(gòu)，1995.

[8]張洪彬，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響因素研究.華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

TU753

A

2095-2066（2016）05-0147-03

2016-1-25