某基坑支護設計方案的選擇與應用分析

張晶晶 （天津華北工程勘察設計有限公司，天津 300181）

0 前言

隨著我國城市化建設的加快，城市上層空間日趨飽和，向地下延伸則成為城市空間發(fā)展的方向之一，因此大量的基坑工程隨之出現(xiàn)?；又ёo作為“為保護地下主體結(jié)構(gòu)施工和基坑周邊環(huán)境安全，對基坑采用的臨時性支擋、加固、保護與地下水控制的措施”隨著城市地下空間的不斷發(fā)展也越來越復雜，而基坑支護設計的首要工作是合理選擇基坑支護體系，選擇時不僅要考慮：基坑支護安全等級、地質(zhì)條件、基坑深度、主體結(jié)構(gòu)及基礎型式、周邊環(huán)境、基坑平面尺寸及形狀、施工場地條件、施工工藝的可行性、經(jīng)濟指標和施工工期等眾多因素，而且還要結(jié)合當?shù)氐募夹g(shù)水平，習慣與偏愛等?，F(xiàn)在在大城市中心區(qū)進行基坑設計已變成了一個系統(tǒng)工程，工程問題、安全問題、環(huán)境問題和社會問題等都要考慮。

目前常用的支護型式主要有：放坡開挖，土釘墻與復合土釘墻、樁墻式支護（排樁、多排樁、地下連續(xù)墻、型鋼水泥土墻）、逆作拱墻和逆作與蓋挖等。實際工程應用中可以選擇應用其中1種，亦可2～3種支護結(jié)合使用。而當基坑深度較大或周邊環(huán)境要求較高時，還會增加一道或多道支撐以保證基坑支護滿足使用要求。本文結(jié)合工程實例，介紹了基坑支護設計方案的選擇，希望能為從事基坑設計工作的同行提供借鑒和參考。

1 基坑工程概況

場地位于天津市河北區(qū)，為擬建學校內(nèi)一層地下車庫，無地上結(jié)構(gòu)，地庫完工回填后，地上為學校操場。地下車庫為管樁基礎，車庫頂板頂標高-0.80m，基礎底標高-5.40m?；娱L93.9m，寬37.7m，周長282m，開挖面積約3656m，開挖深度5.40m。基坑西側(cè)及南側(cè)為空地，西側(cè)于基坑邊設施工道路；該場地原來為工廠廠房，現(xiàn)有圍墻為原廠房外墻，基礎埋深1.0m，基礎外挑1.1m，圍墻內(nèi)皮距基坑最近處北側(cè)為2.8m，東側(cè)為3.1m；東側(cè)及北側(cè)圍墻外為現(xiàn)有老舊的住宅小區(qū)，六層，淺基礎，北側(cè)距圍墻最近為17m，東側(cè)距圍墻最近為7.9m；基坑西北角處施工臨時使用高壓變電箱已施工完畢。場地周邊環(huán)境狀況見圖1。

圖1 基坑平面及周邊環(huán)境圖

2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)勘察報告，擬建場地地勢平坦，現(xiàn)地表為建筑±0.00m，基坑開挖影響范圍內(nèi)的地層自上而下分別為：①1雜填土：層厚3.5m左右，呈雜色，松散狀態(tài)，由雜土石子、爐灰、建筑垃圾等組成。④1粉質(zhì)黏土：層厚1.0m左右，呈灰黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)，屬中壓縮性土，該層土局部為黏土。④2粉土：層厚2.5m左右，呈灰黃色，稍密～中密狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)，屬中（偏低）壓縮性土。⑥3粉土：層厚2.4m左右，呈灰色，中密狀態(tài)，無層理，含貝殼，屬中（偏低）壓縮性土。⑥4粉質(zhì)黏土：層厚5.4m左右，呈灰色，軟塑狀態(tài)，有層理，含貝殼，屬中壓縮性土。⑦粉質(zhì)黏土：層厚1.0m左右，呈黑灰～淺灰色，可塑狀態(tài)，無層理，含有機質(zhì)、腐植物，屬中壓縮性土。

基坑范圍內(nèi)土層主要物理力學性質(zhì)指標見表1，土層分布情況見圖2。

物理力學參數(shù) 表1

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

該場地勘探期間場地初見水位埋深2.20～2.70m，靜止水位埋深 1.40～1.90m，地下水屬潛水類型，水位年變幅在0.50～1.00m。

3 基坑支護設計方案

3.1 基坑支護方案應考慮的問題

通過基坑周邊環(huán)境條件及工程地質(zhì)狀況可以看出該基坑在設計與施工方面主要應注意及解決以下方面：

①基坑面積及深度均不大，形狀規(guī)則，應在安全的前提下盡量節(jié)省工程造價；

②基坑北側(cè)及東側(cè)環(huán)境較復雜，相鄰住宅小區(qū)老舊，基礎形式為淺基礎，尤其東側(cè)距住宅樓最近處僅11m，且住宅樓與基坑間小區(qū)道路車輛來往較多，地下埋有管線，如果基坑開挖產(chǎn)生變形較大，容易造成居民維權(quán)，不僅耽誤工期，增加費用，還會造成不良社會影響；

③由地質(zhì)情況來看，基坑范圍內(nèi)表層為平均3.5m厚雜填土，局部達到4m厚，之下為總厚度5m左右的粉土，透水性均較大，基坑施工過程中如果發(fā)生滲漏，可能誘發(fā)基坑周邊沉降變形；

④西側(cè)設施工道路，施工車輛荷載會對支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；

⑤項目工期緊張，業(yè)主要求按計劃完工。

3.2 基坑支護選擇及止水方案的確定

本基坑因周邊環(huán)境所限，場地用地較緊張不適合放坡開挖及土釘墻支護；基坑深度5.4m，該坑深條件下采用懸臂樁支護則變形很大，不能滿足周邊環(huán)境保護要求，且存在基坑安全隱患；鑒于此本基坑采用支護樁+一道支撐支護，支撐高于地庫頂板，地庫完工回填后拆除，最大限度避免變形產(chǎn)生?；用娣e及深度均不大，地下工程施工周期不會太長，該種情況下一般首選止水與支護兼顧的拉森樁樁或SMW工法樁支護，但在本基坑地質(zhì)條件下拉森樁相對SMW工法樁施工難度較大，且拉森樁咬合不嚴則容易在基坑施工過程中發(fā)生漏水進而增加沉降變形，引起不必要的糾紛，故此舍棄拉森樁支護。另外北、東兩側(cè)距淺基礎住宅樓較近，基坑回填完畢SMW工法樁型鋼拔除過程中的振動會對圍墻及小區(qū)道路、管線等造成一定影響，且型鋼拔除后所留空隙難以填實，對周邊環(huán)境存在工后變形隱患。經(jīng)綜合考慮，最終支護方案采用灌注樁與SMW工法樁組合支護型式，靠近小區(qū)側(cè)為灌注樁，以便較好地控制變形，保護臨近住宅樓及道路等。

支撐選用便于施工且造價較低的對稱+桁架支撐，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；基坑范圍內(nèi)，淺部不良土層為雜填土及粉土，總厚度達8.5m左右，雙軸攪拌樁及φ650三軸攪拌樁實現(xiàn)良好隔水效果難度較大，因此采用φ850三軸攪拌樁封閉止水，并隔斷透水層；基坑降水采用坑內(nèi)大口井結(jié)合明溝排水降水，開挖前提前將坑內(nèi)水位降至坑底以下1.0m?；又ёo及止水平面布置見圖3。

圖3 基坑支護平面布置圖

3.3 基坑支護計算及應用

基坑北、東兩側(cè)6層淺基礎住宅按110kPa考慮，埋深1.5m，圍墻15kPa，埋深1.0m，小區(qū)道路荷載15kPa，灌注樁支護，φ700＠900，嵌固深度 7.2m；南、西兩側(cè)施工荷載20kPa考慮，SMW工法樁支護，φ850＠1200三軸攪拌樁內(nèi)插500×300×11×18H型鋼，插一跳一，嵌固深度6.2m。雜填土計算參數(shù)按照經(jīng)驗取值，粘聚力c=5kPa，內(nèi)摩擦角φ=15°，水土分算，其余土層c、φ值參照天津市規(guī)范要求選用，地下水位埋深1.5m?；踊靥詈蟛鸪?，因此不考慮拆撐工況，計算結(jié)果如表2所示，均滿足規(guī)范要求且滿足該基坑周邊環(huán)境要求。

基坑支護計算結(jié)果 表2

目前該基坑已完成回填，施工過程中未發(fā)生較大變形及滲漏等險情，也未發(fā)生周邊居民投訴等社會事件，按計劃工期順利完成，支護效果良好。

4 結(jié)語

基坑支護方案的確定需要綜合考慮多方面因素，不僅要考慮安全問題、經(jīng)濟問題、環(huán)境問題，有時還要考慮社會問題。本基坑綜合考慮以上因素，在基坑安全第一的前提下，針對基坑面臨的特殊情況（臨近老舊小區(qū)），結(jié)合地質(zhì)條件、施工場地要求等，對基坑支護設計方案做出了合理的選擇，并取得了良好的效果。