高層建筑地下室基坑支護體系設(shè)計探討

余恕國

摘? ? 要：高層建筑因基礎(chǔ)載荷大，對地基承載力要求高，以及抗側(cè)力要求需保證一定的基礎(chǔ)埋置深度。結(jié)合深基礎(chǔ)設(shè)計，高層建筑地下室應(yīng)運而生。 在工程建設(shè)過程中，地下室深基坑邊坡安全成為設(shè)計和施工管理必須面對的問題，基坑支護體系雖然是施工期間的臨時過渡結(jié)構(gòu)，其重要性卻不容忽視。 本文研究分析了地下室基坑支護體系設(shè)計中的技術(shù)問題，希望能為設(shè)計人員提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑;深基坑;支撐體系設(shè)計

1? 引言

高層建筑地下室深基坑支護體系通常獨立于高層建筑結(jié)構(gòu)體系，其主要功能是為地下室施工提供安全作業(yè)環(huán)境，形式上表現(xiàn)為擋土和隔水。支護體系因基坑深度、施工工藝、地質(zhì)條件不同，出現(xiàn)了多種應(yīng)用形式。本文就高層建筑地下室深基坑支護設(shè)計中需要注意的技術(shù)要點、影響因素和施工互動問題，結(jié)合實例進行探討。

2? 深基坑支護體系設(shè)計的主要目的

2.1? 保證基坑周邊環(huán)境安全

深基坑開挖產(chǎn)生局部土層結(jié)構(gòu)變化及地下水位下降，可導(dǎo)致周邊地面下沉，引發(fā)臨近建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降，市政道路路面開裂，市政管線損壞。支護體系設(shè)計的主要目的是確?；又苓叚h(huán)境安全，杜絕地下室施工階段發(fā)生影響周邊建筑、市政設(shè)施安全的事件。

2.2? 保證基坑內(nèi)施工環(huán)境安全

支護結(jié)構(gòu)體系必須滿足支承地下水和土層圍護壓力要求，任何情況下都不得出現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系破壞的情況。圍護體系應(yīng)具備一定的抗變形能力，支護結(jié)構(gòu)頂部的邊坡及支護結(jié)構(gòu)的表面構(gòu)造措施均應(yīng)保持穩(wěn)定，局部崩塌掉塊對深基坑作業(yè)存在安全隱患。深基坑穿透含承壓水土層的情況下，止水帷幕必須有效阻斷水源，杜絕發(fā)管涌現(xiàn)象，避免引發(fā)周邊環(huán)境事故。

3? 深基坑支護設(shè)計的影響因素

3.1? 場地工程地質(zhì)條件

深基坑支護結(jié)構(gòu)的首要功能就是擋土，因此土層地質(zhì)條件是支護設(shè)計的最基本依據(jù)。土層形成受多種因素影響同一區(qū)域土層可能有相似性，在方案設(shè)計階段可以參考相鄰工程地質(zhì)報告進行討論比較，但在詳細設(shè)計階段，必須依據(jù)本項目詳細工程地質(zhì)勘察報告。設(shè)計人員除了深入研判工程地質(zhì)勘察報告，還應(yīng)到建設(shè)場地做詳細調(diào)查，力求真實把握場地土層特性。

3.2? 場地水文地質(zhì)條件

擋水是深基坑支護體系的主要功能之一，水文地質(zhì)條件是支護結(jié)構(gòu)及圍護體系設(shè)計重點考慮的因素，潛水是地表下第一個穩(wěn)定隔水層上的地下水，水量比較穩(wěn)定，地勘報告中的地下水位就是指潛水位，是圍護體系阻隔的對象;承壓水是兩個隔水層之間的地下水，通常埋藏較深，有較大的水壓力，此類水往往藏于砂礫層中，是圍護體系阻隔的重點和難點。對于開挖深度進入承壓水層的支護設(shè)計，止水帷幕必須穿透承壓水層，進入下層隔水層，避免發(fā)生管涌流沙而導(dǎo)致基坑周邊土層沉降甚至基坑失穩(wěn)，引發(fā)重大事故。

3.3? 場地環(huán)境條件

建設(shè)場地環(huán)境條件對支護結(jié)構(gòu)和圍護體系設(shè)計有較大影響。城市建設(shè)項目周邊通常存在既有建筑、市政道路、水電氣等各類管道設(shè)施，保證這些建筑及市政管道設(shè)施安全是支護設(shè)計主要任務(wù)之一。建筑物基礎(chǔ)埋深、結(jié)構(gòu)形式、抗變形能力、管道性質(zhì)及埋置深度、道路等級、以及它們離基坑邊緣的距離都是設(shè)計人員必須深入了解并確定設(shè)計參數(shù)的問題。富水場地要控制基坑周邊地下水位下降幅度，避免降水引起的不均勻沉降。

3.4? 高層建筑基礎(chǔ)形式及地下室施工工藝

基坑支護體系是地下室施工階段的安全保障措施，必須滿足地下室施工的工藝和技術(shù)要求。

4? 深基坑設(shè)計要點

4.1? 確定支護結(jié)構(gòu)安全等級

綜合考慮基坑開挖深度、周邊環(huán)境抗沉降及變形要求、場地土層及水文地質(zhì)條件等因素，確定支護結(jié)構(gòu)的安全等級，復(fù)合支護結(jié)構(gòu)體系中的不同結(jié)構(gòu)形式或部位可以是不同等級。

4.2? 水平位移控制值和周邊環(huán)境沉降控制值

基坑施工影響范圍內(nèi)有建筑物、構(gòu)筑物時，支護結(jié)構(gòu)水平位移及周邊地面沉降控制值按照不影響其正常使用狀態(tài)確定，具體數(shù)值可參照相關(guān)專業(yè)規(guī)范。

4.3? 熟悉承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)概念

兩種極限狀態(tài)驗算問題已在設(shè)計計算軟件中解決，因此容易忽視極限狀態(tài)概念，影響對計算參數(shù)的選取和計算結(jié)果的判斷。

4.4? 多種工況分析

基坑開挖過程中，開挖面的變化對支護結(jié)構(gòu)受力工況的影響是動態(tài)的，設(shè)計時要選擇可能出現(xiàn)的最不利工況進行驗算，同時關(guān)注不同工況下的最不利部位驗算結(jié)果。

4.5? 止水和降水措施

地下水位變化是影響周邊沉降的主要因素。支護體系止水帷幕設(shè)計要保證基坑開挖至地下水位以下時，基坑內(nèi)水位須降至開挖面以下，并保持基坑外周邊水位基本穩(wěn)定。

4.6? 監(jiān)測設(shè)計

設(shè)計文件中應(yīng)明確基坑監(jiān)測要求及控制指標。

5? 實例應(yīng)用

5.1? 工程概況

工程位于江西省南昌市，總建筑面積13.5萬平方米，地上建筑高度196m，結(jié)構(gòu)類型為框筒結(jié)構(gòu)，地下三層，核心筒部位地下開挖深度18m，地下室與地鐵站聯(lián)通。場地東面臨市政主干道及地鐵車站（未施工），西南角有主體封頂?shù)脑诮ǔ邔咏ㄖ?，其他三面為?guī)劃用地未建建設(shè)。地質(zhì)條件：自上而下土層為雜填土、淤泥質(zhì)土（局部）、粉質(zhì)黏土、中粗砂、礫砂、強風化砂巖、中風化砂巖，地下水的水位深度為0.50m～2.90m。

5.2? 支護體系設(shè)計及修正方案

支護體系設(shè)計為上部土釘墻加放坡，下部支護樁為機械鉆孔灌注樁，鋼筋混凝土梁內(nèi)支撐（角撐），止水帷幕為深層攪拌樁。止水帷幕施工約長度約20m時，深層攪拌樁施工出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，現(xiàn)場取芯檢查發(fā)現(xiàn)砂礫層未見明顯固結(jié)。專家建議采用地鐵1號線車站出入口引入的三軸攪拌樁作為止水帷幕，經(jīng)對試驗段取芯檢查，整體性較好。止水帷幕修改為三軸攪拌樁。

5.3? 支護效果及監(jiān)測情況

本工程地下室底板位于粗砂層，核心筒底部進入了礫砂層，基坑開挖過程中，坑內(nèi)基本能保持干作業(yè)，坑底未出現(xiàn)涌沙情況，止水帷幕未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。在基坑開挖及地下室施工持續(xù)的一年多時間里，整個支護體系基本穩(wěn)定。

監(jiān)測表明，采用角撐形式的冠梁中部水平位移最大值為19mm。監(jiān)測表明東側(cè)城市主干道及市政管線出現(xiàn)異常變形情況;施工期間經(jīng)歷了持續(xù)暴雨天氣，支護體系無明顯變形?；娱_挖進入砂層及礫砂層，坑內(nèi)采取降水措施后，基坑周邊地下水位變化不大，支護體系隔水效果明顯。

6? 結(jié)論

通過以上分析可知，高層建筑基坑支護設(shè)計應(yīng)結(jié)合基坑的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境影響程度、地下水文條件、施工條件、主體地下室結(jié)構(gòu)要求等各種因素來綜合考慮，基坑支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計原則應(yīng)根據(jù)破壞影響后果和變形要求確定。

參考文獻：

[1] JGJ120—2012.建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].