基坑支護方案選型及分析范文

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摘要:

針對礫石、卵石層深厚地區的巖土工程特性，結合廣州某深基坑工程實例，探討了在此類地區深基坑支護方案的選型，同時通過數值計算與監測結果的比對分析，得出一些有價值的結論，為此類地區類似深基坑工程的設計施工提供參考依據。

關鍵詞:

深厚礫石；卵石層；基坑支護；基坑止水

隨著我國經濟、社會的快速發展，基坑工程的規模也在不斷增大。尤其在一些沿海的大城市，市區內用地緊張，周邊建筑物密集，地下管線復雜，基坑開挖時常需要保護周邊已有建構筑物。而當擬建場地存在較厚的礫石、卵石層時，往往含有豐富的地下水，如果止水不當導致基坑外水位下降，則容易造成周邊建筑物及管線沉降。本文結合了廣州市某基坑支護項目，探討深厚礫石、卵石層中基坑支護方案選型及分析。

1工程概況

擬建場地位于廣州市從化區，大江路以北，國道G105以西。擬建工程為兩棟塔樓，分別為14層和16層，設置有1～2層裙樓及1～2層地下室。地下室基坑總占地面積為4700m2，基坑邊周長約為280m。本基坑形狀呈長方形，一層地下室基坑開挖深度為6.40m，二層地下室基坑開挖深度為9.95m，電梯井局部達12.45m。場地現狀地勢平坦，場地東面和西面為空地，南面為大江路，場地北面為小山丘，西北角距離地下室邊線6.00m處有一棟兩層住宅，基礎形式為天然基礎。場地南面靠近大江路分布有較多市政和電力、電信管線。

2工程地質和水文地質條件

2．1工程地質的小山丘，四周為菜地、市政道路及民宅。根據鉆孔揭露，主要由第四系填土層、第四系沖積層(可塑粉質粘土、粉細砂、中粗砂、礫石層、卵石層)、殘積層和基巖(花崗巖)風化巖帶組成，基坑底主要在礫石層和粉質粘土層中。

2．2水文地質條件地下水主要賦存在人工填土層、第四系砂層和基巖裂隙中。地下水的來源主要為大氣降水和地表水滲透。實測地下水穩定水位埋深為3.20～4.80m，平均埋深4.19m。

3基坑支護方案分析與計算

3．1基坑支護結構的選型分析本項目基坑支護安全等級為二級，側壁重要性系數取1.00。基坑支護選型需綜合考慮項目各個因素，以安全、可靠、經濟、合理為原則進行支護選型。本場地地質條件復雜:巖土層種類多，分布不均勻;強透水層廣泛發育且密實度較高，富含了大量地下水，水壓較大，局部直接過渡到巖層，止水難度大。場地周邊環境復雜:存在大量市政管線和建筑物。因此，基坑設計要求嚴格控制支護結構位移并有效的止水，否則將對周邊管線及建筑物的安全穩定產生不利影響。現對基坑支護結構選型分析如下。結合地質條件、環境條件及基坑開挖深度，本基坑支護及止水體系可采用“地下連續墻、旋挖灌注樁、鋼筋砼內支撐、預應力錨索、三軸攪拌樁”等支護型式相結合的方案。地下連續墻:支護結構剛度較大，結構整體性好，對變形及止水控制較好，對周邊管線及道路影響較小;支護結構占用場地面積較小。但對施工技術要求較高，造價相對較高，有條件時可與地下室外墻“兩墻合一”以節約造價。旋挖灌注樁:施工技術較為成熟，可通過增加設備來控制工期，造價相對較低。但旋挖樁在密實的礫石、卵石層中鉆進困難，支護樁施工時容易塌孔，機械損耗大。鋼筋砼內支撐:對周邊市政道路、管線影響較小;支錨剛度大，控制變形效果較好;安全可行。對地下結構施工有一定的影響，地下室的施工伴隨有拆換撐的過程。預應力錨索:工期較短，地下結構施工便利，出土方便。但在礫石、卵石層中成孔困難，容易塌孔;賦存在礫石、卵石層中的地下水具有一定承壓性，錨索成孔時地下水易從孔道涌出;漏水涌砂易對周邊建構筑物及管線產生不利影響;錨索進入到相鄰地塊將對其后期開發造成影響。三軸攪拌樁:在支護結構外側形成一道封閉的止水帷幕。但設備較大，施工時占用大量空間;三軸攪拌樁在密實的礫石、卵石層中施工困難，成樁效果難以保證。通過對上述支護型式進行對比得出:采用“地下連續墻+內支撐”的基坑支護和止水體系，對控制變形和止水效果較好，對周邊環境影響較小;支護和止水為一體，可將基坑支護結構控制在紅線范圍內;施工具有可行性，能夠確保合理施工工期。(a)地下室基坑支護平面圖(b)地下室基坑支護剖面圖圖1基坑支護平面圖及剖面圖

3．2基坑支護結構的計算因為基坑實際施工開挖過程比較復雜，完成按照實際施工過程進行模擬的難度較大，故采用平面應變假設，本項目采用北京理正深基坑支護結構軟件進行分區計算。

3．2.1各分區內地面超載取值一般區域區:考慮地面超載取值為20kPa;出土口區:考慮地面超載取值為35kPa。

3．2.2水位取值基坑內側水位按地下水位降至基坑底以下0.50m;基坑外水位選取地面下0.50m。典型剖面計算結果如圖2所示:

4實施效果

圖3CX11點處測斜監測結果圖本項目基坑從2015年4月開始施工至2015年10月基坑施工完成，施工期間經歷了多種惡劣天氣的考驗，由于設計方案考慮較為全面，基坑支護受力及止水效果很理想，基坑開挖期間無地下室滲漏情況發生，從監測數據來看各項指標均正常，基坑處于安全狀態。基坑監測反映的支護結構水平位移監測資料表明，坡頂水平位移量最大4.80mm，基坑坡頂沉降最大值為0.90mm，測斜點監測的支護結構深層位移最大值為7.11mm(CX11)，如圖3，支撐軸力最大值為5639.14kN(ZC3－2)，立柱樁最大沉降為－8.8mm(LZ4);從結果可知，實測監測數據與計算值比較吻合，且都在報警值范圍內;目前支護結構已施工完成，基坑開挖到底完成現場圖如圖4所示。

5結論

由于礫石、卵石層的滲透性較好，在深厚且密實的礫石、卵石層中進行基坑支護設計，需充分考慮止水及施工可行性等因素，一旦選型不合理，容易造成基坑的安全事故，通過本項目基坑工程，可總結出如下結論［4～5］:

(1)當基坑深度超過10m，且地面以下2倍基坑開挖范圍內礫石、卵石層厚度大于5.0m時，豎向支護體系宜采用地下連續墻。

(2)在礫石、卵石層較厚且密實度較高的場地中，宜采用地下連續墻穿過透水層進入到不透水層作為止水帷幕。考慮到常用的高壓旋噴樁及攪拌樁的成樁效果難以保證，應當慎用高壓旋噴樁及攪拌樁進行止水。

(3)在礫石、卵石層較厚的場地中，考慮到錨索成孔難度較大且易塌孔，錨固體與大直徑的卵石的摩阻力難以保證，不宜采用預應力錨索，宜采用鋼筋混凝土內支撐作為側向支護體系。

(4)當采用地下連續墻+內支撐的支護型式時，地下連續墻應嵌固到較好的土層或基巖中，防止因被動土壓力不足造成地下連續墻繞支撐點轉動，發生整體穩定性破壞。

參考文獻

［1］劉建航，候學淵．基坑工程手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，1997．

［2］行業標準:建筑基坑支護技術規程［M］．JGJ120－2012．北京:中國建筑工業出版社，2012．

［3］廣東省標準:《建筑基坑支護工程技術規程》［M］．廣東省建設委員會(DBJ/T15－20－97)，1997(11)．

［4］郭典塔，謝琳等．在珠江邊深厚砂層中深基坑支護設計選型研究及案例分析［J］．廣東土木與建筑，2014(10):20－23．

［5］石國伶等．砂卵石地層深孔帷幕注漿止水施工技術［J］．山西建筑，2015，41(22):87－88．

作者：劉宇光 單位：廣東省建筑設計研究院