建筑设计论文：深基坑支护技术在复杂地质高层建筑中的应用探讨

　　近年来，广东珠江三角洲一带经济高速的发展,高层建筑物的深基坑开挖常受到地形、施工场地的限制。由于施工场地狭窄，常常给地下室开挖造成很大困难。因此，基坑支护结构的设计与施工，已成为当前高层建筑基坑施工的热点与难点，成为影响整个工程造价及进度的关键。同时由于基坑土方还未开挖，基坑支护施工是在完全隐蔽和半隐蔽状态下进行，受到许多未知因素的影响。因此随着建筑行业的不断发展，基坑支护应根据不同的地质条件及周围环境,采用不同的支护形式。有时单一的支护形式不能满足要求,采用多种结构组合更为合理,降低造价。

　　2工程概况

　　某基坑四周均为道路或建筑物场地呈狭长形,长边约120m,短边约30m～40m,场地面积约4200m2。场地位于低丘台边缘,西高东低,北高南低,东西向相对高差2.5m～5.3m,南北向相对高差3.8m～4.8m,最大相对高差6.8m,基坑开挖深度为9m～14.0m。

　　3地质条件

　　该大楼±0.000以下地质条件为：(1)为杂填土1.5m～4.0m，(2)-1为软塑黏土2.0m～4.2m，-2为可塑黏土0.7m～5.5m，-3为硬塑黏土2.4m～2.7m，(3)-1为可塑黏土7.6m～11.7m，-2为硬塑黏土7.5m～15.7m，-3为坚硬黏土3.4m～13.5m，(4)以下为下卧岩层13.5m。

　　4基坑特点及支护方案的选择与施工

　　本工程地处闹市区,场地狭窄,场地地质情况复杂,基岩埋深起伏变化大。因此,基坑支护一方面要绝对排除地下室土方和结构施工中对周围道路、房屋及地下管线等设施产生的危害,保证深基坑和周围建筑物的安全。另一方面要根据工程施工场地的地质条件、现场条件及周边环境,从基坑支护工程的安全可靠性、

　　技术可行性、经济合理性及施工工艺出发,选择造价低、工期短、施工工艺先进成熟的支护方案。因此,根据多年的施工经验及现场的实际条件,将整个基坑分为4部分,采用了4种不同的支护结构形式,支护结构平面布置如图1所示。

　　图1.基坑支护结构平面布置

　　4.1AB区支护方案

　　AB区位于场地南边,建筑外墙边紧邻建筑红线,此区岩面埋深-10.0m左右,采用人工挖孔桩挡土支护。由于受到建筑红线及建筑物外墙的影响,将地下室底板以上部分的挡土桩做成半边桩,在桩顶设置工字钢支撑。在土方开挖后,半边桩形成了一个平整的支护面,将之稍加处理后即可作为地下室外墙的模板。且挡土桩和工程桩排列在同一轴线上,在有限空间上增加了建筑面积。由于AB区有4根1200mm工程桩,为方便工程桩的施工,满足挡土排桩的设计要求,将工程桩与挡土桩同时在地面开挖,桩径均为1800mm,4根工程桩开挖至地下室底板下2.0m时,将直径缩为1200mm挖至设计标高。

　　4.2BC区支护方案

　　BC区岩面埋深较深。该区基坑开挖深度为10m左右,基坑内外地面标高相差近3.0m,所以在基坑未开挖前就存在近3.0m高的边坡,表明该区上部土层的工程性质较好。因此,BC区采用疏散的人工挖孔桩加锚杆作为支护结构。BC区采用人工挖孔桩和锚杆联合支护,保证了桩顶不至于发生较大的位移,同时拉大挖孔桩间距,桩间用造价低的少筋混凝土板连接和支撑,降低了基坑单位面积上的支护造价,既安全又经济。人工挖孔桩直径1.2m,间距2.5m,桩间采用100mm厚钢筋混凝土挡板,板内配置纵向筋为12@100,横向筋为16@500,并将横向筋用冲击钻锚入相邻桩内大约100mm,挖孔桩桩顶设置1200mm×600mm压顶梁。在每根桩打入一条130锚杆,锚杆长25.0m,倾角30°,单锚最大轴向抗拉力为600kN,锚索采用4束75钢绞线,灌浆材料为0.45水灰比纯水泥浆。

　　4.3CD区支护方案

　　CD区基坑开挖深度为14.0m,该区强风化岩面埋深为地面以下8.0m左右。由于岩面自身稳定性好,上部土层含水量较少,选择了造价相对较低的土钉墙支护技术,保持土层稳定,防止土体滑动剥落,保证土方开挖过程中基坑的稳定与安全,在强风化岩面以上,土钉水平间距1.5m,竖直间距1.0m,倾角15°,直径120mm,

　　0.45水灰比纯水泥浆,梅花形布置。要求土钉锚固段中点落在土体滑动面以外,满足承载力要求。坡面铺设钢筋网并喷射混凝土,在土钉锚头位置设200×200×16钢垫板,垫板下加设4Ф6钢筋加强,坡面混凝土厚150mm,强度等级C20。土方开挖至强风化岩面以下时,在裸露岩面上采用厚150mm混凝土面保护,内挂钢筋网,土钉水平间距2.0m,竖直间距1.0m,土钉长适当减小,梅花形布置。

　　4.4DE区支护方案

　　DE区地下室外墙边距已有多层建筑物,距外墙边只有1.5m,且该区岩面埋深变化很大,西边自然地面下2.5m即为中风化岩层,东边基岩埋深为14.5m左右。根据此特点,采用了树根桩加锚杆联合支护技术,树根桩为小直径钻孔灌注桩,以前多用于软弱地基处理。另外考虑了人工挖孔桩悬臂挡土的稳定性,减少桩的臂悬高度及入土深度,局部采取了卸载方式,以减轻外部荷载对排桩的影响。

　　5基坑支护工程现场监测

　　5.1现场监测

　　因影响基坑工程安全的不确定因素甚多，故采取信息化施工和管理，对基坑施工全过程进行监测。

　　(1)根据对埋设于基坑及周边建筑物上8个位移观测点监测，护壁向基坑内侧方向最大水平位移S=25mm≤40mm，满足一级安全等级的支护要求，经受雨季大雨的考验，保证了工程施工的安全。

　　(2)基坑护壁墙体表面干燥，并未发现渗水现象。

　　(3)开挖基坑底部未出现土体变形与隆起。

　　(4)在土钉墙施工期间，应加强对基坑变形的监测，以监控施工扰动对基坑稳定性的影响，做到信息化施工。监测项目包括：支护结构水平位移、土体侧向位移、地下水位和周围地面沉降观测。在施工期间，监测周期定为2次/周，基坑施工完成后改为3次/月至地下室施工完成。施工期间观测预警值为基坑沉降10mm，支护结构水平侧移累计大于25mm或水平位移速率超过1mm/d。

　　5.2注意事项

　　在土钉墙施工时，一定要将钢筋网片固定于2次喷射混凝土的中间。特别对于预应力锚索位更加重要。加设预应力锚索处的加强钢筋能十分有效的抵抗锚索在张拉锁定时，对喷射混凝土面层的拉力，防止面层混凝土开裂。

　　为避免张拉对相邻锚索的影响，应采用跳张法，即隔一或隔二进行张拉，尽量减少相邻锚索张拉引起的预应力损失。同时因基坑分层开挖施工中，土体的里面蠕变、侧壁桩的开裂徐变以及预应力材料的松弛损失，原锁定的预应力值会有不同程度的减小，因此可结合基坑监测数据对局部预应力锚索进行补偿张拉，以满足基坑变形规范的要求。

　　6支护的效果

　　本基坑支护工程支护计算工期100d。灵活采用了多种支护结构形式,既适应了该场地复杂的地质条件和周围环境,又缩短了工期,实际工期88d。在施工过程中,监理部门对施工质量进行了抽样检查,合格率为100%,全部达到设计吨位。在施工的全过程中对边壁进行了检测,边壁位移微小,在允许范围之内。

　　7结语

　　(1)树根桩应用于挡土结构,其刚度介于大直径混凝土灌注桩与钢板桩之间,树根桩作为挡土结构的受力机理及计算模型有待进一步研究。

　　(2)采用半边人工挖孔桩挡土,充分发挥了钢筋混凝土的作用,节省造价,同时减少了占地面积。

　　(3)如将人工挖孔桩挡土的少筋混凝土板改为少筋混凝土拱形板,可进一步加大桩间间距,更能发挥人工挖孔桩钢筋混凝土的作用,降低造价。

　　(4)基坑支护应根据不同的地质条件及周围环境,采用不同的支护形式。有时单一的支护形式不能满足要求,采用多种结构组合更为合理,降低造价。