半逆作法和斜拋撐法在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系中的運(yùn)用對比

田志國，涂芬芬

（建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100007）

0 引言

深基坑開挖與支護(hù)是一個富有時(shí)代特點(diǎn)的巖土工程課題，深基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和研究日益重要。近年來，隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對地下空間的使用要求越來越高，而城市建設(shè)用地卻越發(fā)緊張，故深基坑工程數(shù)量逐漸增多，并且其規(guī)模和深度也在不斷增加。深基坑支護(hù)形式的選擇，應(yīng)重點(diǎn)考慮其對周邊環(huán)境的不利影響，特別是基坑開挖引起周圍地表沉降變形，引起臨近建筑物的不均勻沉降及開裂，引起地下管線的變形及斷裂等［1-3］。

1 工程概況及場地周邊環(huán)境

深圳某工程基坑開挖底面積約14 160.4 m2，基坑周長約603.2 m，基坑開挖深度約10.5 m。地塊東側(cè)、南側(cè)、北側(cè)目前為空地，規(guī)劃為市政道路；西側(cè)臨近市政道路，寬度約10 m，下敷給水、雨水、污水、電力、電信等重要管線，道路以外為某工業(yè)園區(qū)，分布有多棟多層廠房。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮周邊建筑物及地下管線的安全，嚴(yán)格控制好基坑施工期間的地面沉降與變形。

擬建工程地下室輪廓為用地紅線退3.0 m，本文重點(diǎn)討論西側(cè)基坑支護(hù)形式，擬采用方案1為咬合樁+鋼管內(nèi)撐（半逆作）的支護(hù)形式［4-6］，咬合葷樁直徑為φ1 400 mm，間距2 000 mm，咬合素樁直徑為φ1 000 mm，間距2 000 mm，葷素樁咬合200 mm［7］，鋼管內(nèi)撐分別連接于支護(hù)樁冠梁與主體結(jié)構(gòu)一層樓面處，鋼管內(nèi)撐直徑600 mm，壁厚20 mm。基坑支護(hù)（方案1）平面及剖面圖如圖1 所示。擬采用方案2 為咬合樁+鋼管斜拋撐的支護(hù)形式，咬合樁形式同方案1，鋼管斜拋撐分別連接于支護(hù)樁腰梁及下部底板支座處，鋼管斜拋撐直徑600 mm，壁厚20 mm?；又ёo(hù)（方案2）平面及剖面圖如圖2所示。

圖1 基坑支護(hù)（方案1）平面及剖面Fig.1 Foundation Pit Support（Plan 1）Plan and Section （mm）

圖2 基坑支護(hù)（方案2）平面及剖面Fig.2 Foundation Pit Support（Plan 2）Plan and Section （mm）

2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，場地內(nèi)地層自上而下依次為：①素填土，局部松散，平均厚度為10.06 m；②雜填土，結(jié)構(gòu)松散，平均厚度為2.70 m；③有機(jī)質(zhì)黏土，軟塑～可塑，平均厚度1.75 m；④粉質(zhì)黏土，可塑，平均厚度為2.50 m；⑤含黏性土礫砂，飽和，稍密～中密，平均厚度為3.74 m；⑥礫質(zhì)黏性土，硬塑，平均厚度為10.43 m；⑦場地下伏基巖為燕山晚期花崗巖，主要分為全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（土狀）、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（塊狀）、中風(fēng)化花崗巖及微風(fēng)化花崗巖。

場地地下水埋深介于0.80～8.90 m，平均水位為4.37 m。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。地下穩(wěn)定水位以上的土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性；對鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。

3 基坑支護(hù)形式選擇

由于基坑頂為市政道路及建筑物，地下分布有較多重要管線，且地質(zhì)條件較差，存在深厚軟土（素填土約17.0 m 厚）不能全部采用預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)（整體穩(wěn)定及坑頂位移均不滿足文獻(xiàn)［5］要求），考慮造價(jià)及工期因素，不建議使用混凝土內(nèi)支撐方案，故考慮使用方案1或方案2的支護(hù)形式。

3.1 方案1分為2個施工工況

3.1.1 工況1施工步驟

⑴施工支護(hù)樁及冠梁。

⑵設(shè)置臨時(shí)土臺（土臺底寬約14.0 m）。

⑶施工土臺以外地下室結(jié)構(gòu)至一層。

3.1.2 工況2施工步驟

⑴地下室施工至1層樓板后，在一層結(jié)構(gòu)樓板與基坑支護(hù)樁之間設(shè)置鋼管支撐梁。

⑵分層分段開挖土臺至底板標(biāo)高，并施工至地下一層樓板后換撐。

⑶拆除鋼撐，施工至一層樓板，并完成肥槽回填工作。

3.2 方案2也分為2個施工工況

3.2.1 工況1施工步驟

⑴施工支護(hù)樁及冠梁。

⑵分層開挖施工2道錨索。

⑶設(shè)置臨時(shí)土臺（土臺底寬約11.0 m）。

3.2.2 工況2施工步驟

⑴地下室底板位置設(shè)置斜拋撐底部支座，并于底板一同澆筑混凝土；支護(hù)樁上設(shè)置腰梁及斜拋撐上部支座；安裝斜拋撐并施加鋼管預(yù)應(yīng)力。

⑵分層分段開挖土臺至底板標(biāo)高，并施工至地下一層樓板后換撐，地下室結(jié)構(gòu)樓板如與斜拋撐相碰，可預(yù)留洞口。

⑶拆除斜拋撐，施工至一層樓板，并完成肥槽回填工作。

4 基坑支護(hù)形式的比較

⑴采用理正深基坑7.5 計(jì)算分析后，主要計(jì)算結(jié)果對比如表1所示。

表1 主要計(jì)算結(jié)果對比Tab.1 Comparison of Main Calculation Results

⑵對兩種支護(hù)方案的施工難易程度、設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)可靠性、對主體結(jié)構(gòu)的影響、對施工工期的影響、成本的比較等相關(guān)方面進(jìn)行了分析與比較，其主要影響因數(shù)對比如表2所示。

由表1 可知，方案1 與方案2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果相差不大，均能滿足文獻(xiàn)［5］要求，安全性能均能得到保證。對于坑頂水平位移、坑頂?shù)孛娉两颠@兩個比較項(xiàng)來說，方案1 基坑開挖后的坑頂水平位移、坑頂?shù)孛娉两稻∮诜桨?，對于基坑頂存在重要管線、建筑物等需要保護(hù)的對象，減小坑頂位移是設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮的問題［8-10］。從樁身彎矩來看，方案1 樁身彎矩略大于方案2，但均在合理范圍內(nèi)。根據(jù)上述對比情況，方案1要優(yōu)于方案2。

由表2 可知，對施工難易程度的影響比較，方案1優(yōu)于方案2，主要是由于方案2 增加了上部錨桿的施工工序；另外方案2為斜向拋撐，在主體施工地下室時(shí)與負(fù)1 層樓面梁板有沖突，對施工產(chǎn)生了不利影響。從設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)可靠性來看，方案1 優(yōu)于方案2，主要是由于方案2的下部支座（底板處）需考慮斜拋撐傳來的水平荷載及豎向荷載，應(yīng)采取有力措施保證下部支座的可靠性。從對主體結(jié)構(gòu)的影響來看，方案1 與方案2基本相當(dāng)，方案1 需主體結(jié)構(gòu)考慮鋼管支護(hù)傳遞的水平力，方案2 需主體結(jié)構(gòu)考慮與斜向拋撐沖突時(shí)需在負(fù)一層樓面留設(shè)洞口。對施工工期的影響來看，方案2優(yōu)于方案1，方案2需待施工至1層樓面后，方可設(shè)置鋼管支撐及開挖預(yù)留土臺；方案2在施工完底板后，即可設(shè)置斜拋撐及開挖預(yù)留土臺。從成本、造價(jià)的比較來看，兩個方案基本相當(dāng)。

表2 主要影響因數(shù)對比Tab.2 Comparison of Main Influencing Factors

5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

咬合樁+鋼管內(nèi)撐（半逆作）的支護(hù)形式，鋼管支撐與支護(hù)樁冠梁、主體結(jié)構(gòu)連接大樣（方案1）如圖3所示。

圖3 連接大樣（方案1）Fig.3 Connection Sample（Plan 1） （mm）

咬合樁+鋼管斜拋撐的支護(hù)形式，鋼管斜拋撐與支護(hù)樁腰梁、主體底板結(jié)構(gòu)連接大樣（方案2）如圖4所示。

圖4 連接大樣（方案2）Fig.4 Connection Sample（Plan 2） （mm）

6 結(jié)論

⑴基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選擇應(yīng)充分考慮周邊建筑物及地下管線的安全，嚴(yán)格控制好基坑施工期間的地面沉降與變形及其對周邊環(huán)境的影響。

⑵基坑支護(hù)方案比選是基坑支護(hù)前期工作的必要環(huán)節(jié)，不僅能保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，而且能減小對周邊環(huán)境的影響，同時(shí)避免產(chǎn)生不必要的損失，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)方案合理、可行。

⑶通過方案1 與方案2 的對比分析可知：咬合樁+鋼管內(nèi)撐（半逆作）的支護(hù)方案，在一定條件下，優(yōu)于咬合樁+鋼管斜拋撐的支護(hù)方案，特別是在控制基坑頂部位移、減小坑頂?shù)孛娉两?、減小施工難度、減小對主體結(jié)構(gòu)的影響等方面有一定優(yōu)勢。

⑷在控制支撐跨度的前提下，采用局部鋼管支撐，對節(jié)約工期，減小環(huán)境污染有較大優(yōu)勢，但應(yīng)注意鋼管支撐剛度及鋼管穩(wěn)定性的控制，避免產(chǎn)生屈曲破壞，同時(shí)也應(yīng)注意鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，保證節(jié)點(diǎn)連接的可靠性。

⑸通過上述分析及比較，選擇合理基坑支護(hù)形式可以有效保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全、控制基坑開挖對周邊環(huán)境的影響，對今后類似工程起到了借鑒的作用。