超高層建筑深基坑支護設計與施工探討

　　深基坑支護設計與施工是當前城市高層、超高層建筑突顯的技術難題。通過工程實例，從設計方案的選擇到施工、監測，提供了有益的經驗。

　　1　工程概況

　　福州平安大廈系一座31層商住樓，高度115 m，占地面積4614 ㎡，總建筑面積37355 ㎡.設地下室3層，基坑平面尺寸56.6 m×36.5 m，自然地面標高-1.65 m，坑底標高-11.70 m，開挖深度10.05 m，土方開挖工作量約21000 m3.

　　2　地質條件

　　擬建場地處于福州盆地中部，上部覆蓋層為海陸相沖積形成的砂性土，基底為燕山期中粗粒花崗巖。

　　在基坑支護樁埋深范圍內，自上而下垂直分布地層為：雜填土，灰黑色，松散，夾碎石塊，厚度1.5～3.6 m；粘土，黃綠色，可塑，厚度2～3 m，容重γ=18.30 kN/m3，內聚力C=50.66 kPa，內摩擦角φ=14.19°；淤泥，深灰色，流塑（天然含水量55.8%～74.2%），厚度5.7～10.1 m，γ=18.10 kN/m3，C=7.92 kPa，φ=4.95°；粉質粘土，褐黃色，可塑，厚度1.4～5.7 m，γ=17.50　kN/m3，C=19.90　kPa，φ=9.51°；含泥中細砂，灰白色，中密，粒徑0.10～0.25 mm，含泥量15%～20%，厚度2.7～10.4 m.

　　水文地質情況：地下水位在自然地面下0.6～1.7 m，場地內除淤泥、粘土層頂上貯有上層滯水外，還有埋藏于粘土層下中細砂至碎卵石的多層承壓水。對本工程而言，關鍵是要隔斷來自于含泥中細砂的承壓水（第一含水層）。經現場抽水試驗，此含水層滲透系數k=1.62　m/d；單孔涌水量q=11.48　m3/d；影響半徑R=96.5m.

　　3　支護結構設計

　　基坑支護結構一般由垂直擋土結構和水平支撐結構組成，設計方案必須滿足以下2方面要求：保證邊坡穩定及周圍建筑物、地下管線設施安全，不得引起擬建物正面五一路主干道開裂，影響市區交通；確保基坑開挖順利進行，并提供足夠的地下室施工作業空間。

　　根據上述要求，業主邀請了有關專家多次研討，經可行性論證、方案比較，最后確定方案如下。

　　3.1　以鉆孔灌注樁作為基坑的擋土結構，高壓旋噴樁形成止水帷幕（如圖1所示）

　　圖1　深基坑支護樁平面布置圖

　　首先依據開挖各土層的的γ、C．φ值，當把擋土樁視為彈性地基上的豎直構件，基坑開挖面以下的土體視為直線變形體時，采用庫侖郎肯公式計算坑外側土壓力，然后考慮基坑面積、開挖深度、施工條件等綜合因素確定。本工程鉆孔擋土樁直徑800 mm，樁長23 m，樁端落在含泥中細砂層上，沿封口環梁中軸線布置，混凝土強度等級C25，配筋率0.8%，數量177根。

　　止水帷幕旋噴樁沿2根鉆孔擋土樁外切圓密布，計算樁徑500 mm，樁長15 m（阻隔上層滯水及第一含水層），水泥置換率18%～22%，數量179根。

　　3.2 水平支撐結構由2層橢圓環形鋼筋混凝土梁和14根格構式鋼架豎向支柱組成（如圖2所示）

　　圖2　支護結構剖面圖

　　第一道水平支撐梁面標高-3.35 m，斷面尺寸1000 mm×800 mm；第二道水平支撐梁面標高-7.75 m，斷面尺寸1200 mm×800 mm.

　　設計采用雙層橢圓環梁及其臨時鋼架立柱與鉆孔擋土樁及其樁頂封口梁共同作用形成一個空間結構來承受基坑開挖后側向土壓力、水壓力和附加壓力。兩相交的雙橢圓梁水平支撐見圖3，在基坑四周共形成了6個拱圈。眾所周知，拱圈結構承受水平推力后產生的內應力較小，并使水平支撐構件完全處于受壓應力狀態，有利于抵抗基坑外側壓力。相交雙橢圓水平支撐結構除了受力狀態最佳外，還有一個優點，就是基坑左右兩半形成無任何障礙物的寬闊空間，極有利于機械挖土及構筑地下室時裝模、布筋、澆注混凝土作業。

　　圖3　第一道平面支撐結構圖

　　經計算水平支撐橢圓環梁混凝土強度等級為C25，其配筋計算可采用PK程序、TBSA程序計算疊加，配筋率0.7%，箍筋按構造要求設置。

　　4　支護結構施工與土方開挖

　　4.1　鉆孔擋土樁施工

　　鉆孔灌注樁作為擋土樁使用，施工時需注意：（1）樁孔施工順序應按同一軸線5孔為一小組，3小組為一大組，跳隔循環施工，以避免已灌注的樁身混凝土受到破壞。（2）樁孔垂直度要求要比工程樁更嚴，一般≤0.5%L（L為樁長）。否則，同一編組最后一根樁難以施工到位，影響質量。（3）鋼筋籠投放埋設要準確，受拉、受壓區密布弧段欲放置于基坑內外側方向，這樣才能發揮鋼筋在混凝土構件中作用。

　　4.2　旋噴止水帷幕樁施工

　　按設計要求，本工程旋噴止水帷幕樁選用單層管法施工，噴漿壓力12～18 MPa，噴管提升速度15～20 cm/min，漿液水灰比1，水泥置換率≮15%.

　　4.3　封口梁、上下橢圓水平支撐環梁施工

　　（1）擋土樁頂封口梁及第一層（上層）橢圓水平支撐環梁先行施工。工藝流程是：定位放線→模板工程→鋼筋工程→混凝土工程。對拱圈與封口梁、角撐、立柱等交匯節點處，均應采取加強措施，確保安全。

　　（2）根據先支撐后開挖原則，當土方開挖至-7.75 m標高時，停止挖土作業，按第一道水平支撐環梁施工方法施工第二道（下層）橢圓水平支撐環梁。

　　4.4　基坑土方開挖

　　依施工組織設計，本基坑工程土方開挖分3個階段進行。第一階段，從自然地面標高-1.65 m挖至-3.35 m，挖深1.70 m（該標高以上土體用M10水泥砂漿砌筑240 mm厚磚墻擋土），然后鑿去擋土樁頂疏松混凝土，施工樁頂封口梁及第一道橢圓水平支撐環梁。第二階段，待第一道水平支撐環梁混凝土強度達到設計值后，繼續開挖至-7.75 m，挖深4.40 m，施工第二道水平支撐環梁。第三階段，待第二道水平支撐環梁混凝土強度達到設計值后，繼續挖土至-11.70 m，挖深3.95m.最后一次開挖局部深度到達基底標高后，要隨挖隨即澆搗300 mm厚

C15毛石混凝土墊層，并使封底混凝土緊抵擋土樁。

　　4.5　土方開挖的注意事項

　　（1）采用機械開挖，注意防止挖掘機鏟斗碰撞損壞工程樁及臨時支柱。

　　（2）在土方開挖過程中，自始至終要做好排水、疏水、截水、降水工作。

　　（3）每日挖出的棄土，應當班運走，嚴禁基坑四周堆土過量（堆土高度≯1 m），否則會增加擋土樁的附加荷載。

　　（4）-10.70 m以下部分土體要采用人工挖掘及修整。承臺施工應逐個進行，土方挖好后即刻澆搗鋼筋混凝土，避免大面積開挖或基坑長時間暴露。

　　5　施工監測

　　由于影響基坑工程安全的不確定因素甚多，故需采取信息化施工，對基坑施工全過程進行監測。

　　（1）根據埋設于擋土樁頂封口梁上10個位移觀測點監測，擋土樁向基坑內側方向最大水平位移S=34 mm≤40 mm，滿足一級安全等級的支護要求。

　　（2）經橢圓環梁預埋鋼筋應力計測定，拱圈水平支撐構件均處于受壓狀態，壓應力不大。

　　（3）開挖基坑底部未出現土體變形與隆起。

　　（4）基坑開挖作業自1997年12月8日開始至1998年3月29日結束，累計112天（含春節放假15天），正面五一路市區交通干道及地下管線未發現異常情況，周圍建筑物正常使用。

　　6　技術經濟效果

　　（1）該基坑支護結構工程總造價320萬元，按支護延長米計算17390元/m，按支護面積計1549元/㎡，按支護空間體積計153元/m3，比預算造價節約18.5%，效益可觀。

　　（2）本工程采用鉆孔擋土樁、高壓旋噴止水帷幕、雙層橢圓環梁水平支撐的支護結構體系，技術先進，安全適用，經濟合理。

　　（3）水平支撐拱圈結構受力佳，空間大，極利于多層地下室施工，為類似深基坑施工提供了有益的經驗。

篇2：設計主線:地勘土方支護設計

　　設計主線：地勘、土方、支護設計

　　地勘、土方開挖及基坑支護是單體方案階段同步進行的，是施工的第一步工作；

　　通俗來說，我們要蓋房子，買了塊土地，首先要看看這塊地里土質怎么樣（地質勘測），太松軟了，房子會塌陷，要（換填、打樁），太硬了挖坑費事（石方）；不只看表面，要打個空，看看下面10-20米土層的分布情況，看看到多深的有足夠承載力的巖層，能承的起我們的房子；再看看周邊的地下水情況，會不會有超大的浮力把地板拱裂滲透；

　　要先挖個坑埋基礎，坑大了費錢，坑小了穩定性不夠（土方開挖）；挖出的土運出去堆在別人的地上要給錢（土方外運）；地塊大一點，可以把一期坑里的土，堆到二期里（土方倒運）；土地本身有高差，設計標高取的好，這邊挖了，填到那邊，正好平整了（土方平衡）；

　　坑挖好了，要在坑壁上做好安全措施，可能下場雨側壁塌方了，現場的工人危險（基坑支護）；可能地下水滲進坑里，成了水潭沒法施工（止水帷幕）；

　　一、地勘：（勘察設計協會審查）

　　初勘：拿到土地前期，無設計圖紙，按20m×20m方格網布點勘測，當地勘察單位對地質情況比較了解，可協商網距適當放寬，勘測費用可減過半；初勘可在立項階段對項目土石方費用做出較為貼切的估算，避免出現后期嚴重超支情況；

　　詳勘：根據單體方案外輪廓，布置勘測點（勘察單位布點），勘測；

　　勘察報告審查：

　　詳勘原則上，應在單體方案審批通過后進行；項目工期緊張時，可在單體方案基本確認后，與單體審批同步進行，《單體方案審查意見書》一拿到就可以送審；

　　勘察報告解讀：

　　持力層：土層分布一般從表面到里面常見的幾層：沙土、強風化、中風化；表面覆土承載力比較低，一般清掉，如果是低層小房，強風化層可能承載力就夠了，中高層一般要到中風化；地勘報告里會把每層土的承載力標出來，結構專業一看基本有數；

　　斷面：用來分析計算方量；

　　抗浮水位：水位高了，基坑要做止水帷幕，基礎底板要做抗浮錨桿或地下水疏導措施；

　　（地勘單位趨于保守，會適當提高水位，可找專家做論證，看是否能降低）

　　二、土方：（不用外審）

　　當單體方案初步確定后，地下室底板設計標高及外邊界基本確定，結構專業給出基礎的估算厚度，可出具開挖圖；

　　開挖圖的基本信息：坑底標高、開挖輪廓、斷面示意；

　　注意點：開挖輪廓不是建筑輪廓，要加上基礎外擴寬度（約1米）和施工操作面（約1.5米）；

　　前期為粗挖，可用方案預估坑底標高，快到底部時半米時，要根據施工圖重新提準確的開挖標高，避免土方二次開挖或回填；

　　土方量的計算：土方開挖倒運成本約30-60元/立方米，石方約80-120元/立方米，如果臨近處有居民或者商場正在使用中的建筑，需要用到靜力爆破，成本600-800元/立方米；

　　因此分析地勘報告，結合地質情況確定設計標高，估算土方石方量尤為重要；盡量減少石方開挖，如能做到地塊內部土方自平衡更好；

　　三、基坑支護：（勘察設計協會審查）

　　基坑支護屬于臨時設施，設計方式及收費差異較大，最好帶方案招標，在經濟性與安全性上取平衡；在設計角度，安全性要考慮高一些（項目公司其他部門會更多考慮經濟性）；我們基坑出現過局部塌方，基坑邊上板房的一側房間直接跟著塌到坑里了，幸好在晚上，沒有人員傷亡；專家分析是大雨滲入路邊的綠化，導致側面土的膨脹，增加了側推力，保險做法是把地面的花壇全部用混凝土封住；

　　支護方案根據基坑深度及周邊情況確定，3-5米算淺基坑，5米以上算深基坑，有條件盡量放坡；次選放坡與混凝土支護梁/支護樁結合；實在受限，選用垂直支護樁；以上屬于比較常見的支護形式；

　　基坑支護審查：

　　報審流程：圖紙-專家評審（現場勘查/評審會）-審核蓋章；收費根據坑深度3-5萬不等；

　　后期出現特殊情況，可進行局部變更；

篇3：基坑支護設計方案概述

　　基坑支護設計方案概述：

　　參照軟件計算結果，結合ⅩⅩ地區大量的工程實踐經驗，根據本工程具體地質條件及周邊環境實際情況，基坑支護設計方案概述如下：

　　1、樁數圖設140根，實際樁數根據現場實際情況而定，具體見護壁樁平面布置示意圖NO:03。沿基坑單列布置，樁徑均為φ1000mm，樁芯砼為C25。

　　2、成樁深度相對于自然地面以下約為15.5m，樁頂標高（連系梁頂標高）為自然地面下0.5m（-2.7m），有效樁身長15.0m，樁端錨入基坑底面以下4.5m。

　　3、樁中心間距：懸臂樁樁間距設計為3.0m。

　　4、樁護壁采用C20砼分節支護。壁厚150mm,節高1000mm。遇土質不好時節高可按0.50～0.3m施工，由于降水施工在基巖面存在不可疏干層，為保證施工工人的安全，宜內加Φ6.5@300的網筋網。

　　5、樁頂圈梁設置高500mm,寬1000mm。砼強度等級為C25。

　　6、挖孔直徑為設計樁徑加兩倍護壁厚度。即D=1000+300=1300mm,孔徑容許偏差±30mm。

　　7、護壁樁配筋、樁身結構及圈梁配筋見護壁樁結構圖NO:04~05。

　　8、樁間支護措施：護壁樁地段樁間距為2.8m，采用掛網噴射混凝土，網筋φ6.5＠250。具體見樁間支護結構示意圖NO:06。

　　9、樁頂以上支護：樁頂標高以上部位(本工程只有0.50m左右的土層)土體一般可采用掛網噴射混凝土，網筋φ6.5＠250。

　　本設計方案只適用于本工程具體環境地質條件，施工過程中當環境地質條件（設計條件如基坑開挖超深）變化時需對本方案進行修正，對支護體系進行加固，以保證基坑的穩固安全。