安置房工程项目基坑支护设计浅析
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【摘要】基坑支护是一项系统性工程，包括建筑结构、岩土工程等多个领域，其设计质量关乎基础施工的安全。随着建筑结构工程的发展，基坑工程逐渐呈现出复杂化特点，因此需要对基坑结构进行分析，优化精选基坑支护设计，确保质量与安全。本文以锦悦湾A区安置房工程项目为例，探讨工程基坑支护特点，并分析技术要点，以期为相关研究提供参考。
【关键词】支护工程；基坑支护；设计
0引言
随着我国城市化进程不断加快，城市用地越来越紧张，高层建筑和地下空间的利用受到越来越多的关注。截至2021年，我国高度超过300m的建筑已经达到110栋，包括广州中信广场、上海金茂大厦、深圳地王大厦等。基坑支护是基础施工的重要组成部分，对施工安全至关重要。但是随着基坑开挖深度加大，基坑支护的设计和施工越来越复杂，面临的挑战也越来越大。从当前建筑工程来看，基坑支护具有区域性、风险性等特点，同时受地质结构、岩土力学、水文地质等多种因素的影响。本文结合实际的基坑支护工程，探讨其设计与施工难点。
1工程概况
1.1拟建工程概况
锦悦湾A区安置房工程项目拟建11栋建筑，地下室为2~3层，局部为1层。该项目位于成都市地铁3号线主线与出段线附近。拟建场地地下室开挖边界线距离地铁3号线主线62~70m，1#地下车库南侧以及地下室开挖边界线距离地铁3号线出段线13.4m。基坑开挖边界距离东风渠50m，距离外北加油站19.33m。
1.2基坑支护目的
基坑支护主要对基础施工过程形成的临时边坡进行支护，从而为施工期间基础施工及基坑周边的地下管线、道路、建构筑物安全等提供支护，确保相关管线、建构筑物以及道路正常、安全运行。基坑支护能够为建筑主体结构提供施工空间，保障施工人员和设备的安全。本工程基坑支护设计所选用的标准主要有《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）、《建筑基坑工程监测技术标准》（GB50497—2019）等技术规范[1]。
1.3设计技术标准
该工程支护侧基坑深度6.5~14.5m；地层为人工填土、硬塑黏土（具膨胀性）、泥岩等；综合判定为一级基坑，重要性系数为1.1，基坑支护为临时支护，使用年限为12个月。本次基坑设计坡顶超载暂考虑15kN/m2，条形分布，堆载安全距离应满足规范要求，且不小于5.0m。
2场地工程地质条件
2.1地层结构
经过地质勘查，在勘查深度内，本次拟建工厂场地主要是由第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系中更新统冰水堆积层（Q2fgl）及白垩系上统灌口组（K2g）泥岩组成，地层主要是由杂填土、黏土以及泥岩构成。其中黏土广泛分布于场地中，层厚1~20.7m，根据室内膨胀性试验可知，黏土为膨胀土。杂填土主要是建筑物拆除后回填的土，层厚0.5~9.1m。泥岩局部呈现破碎状，层厚26m，本次勘察并未钻穿该层。
2.2水文地质条件
（1）地表水。拟建场地东侧为东风渠，该水渠为人工沟渠，施工期间水渠堤坝稳定；场地西侧存在暗渠，部分裸露可见，但是水量较小，对工程影响较小。（2）地下水。拟建工程的基岩裂隙水埋深为9.5~11.2m，分布高程为496.31～497.43m。上层滞水主要是由降雨和沟渠等补给的地下水形成的，广泛分布于填土和黏土裂隙，整体相对稳定，局部地段富水。
3基坑支护设计
3.1基坑特点分析
综合拟建场地的环境、地层结构以及水文地质条件，基坑的特点分析如下。（1）拟建工程基坑支护侧基开挖深度为6.5~14.5m，周边的土体物理力学性能较差，需要充分考虑基坑环境、土体力学等因素对维护的影响，综合确定基坑支护方案。（2）拟建工程的施工周期内，地表水与地下水的水位相对稳定。虽然丰水期和枯水期的差异较大，但是由于整体水量不大，局部出现富集，因此可选择明排抽水的方式进行排水，以减少地表水和地下水对工程的影响。
3.2基坑支护设计原则
基坑支护设计必须满足5个原则：①基坑安全等级整体一级，满足支护结构稳定的需求，不发生倾覆、滑移和局部失稳等问题，受荷载后不会发生强度破坏。②基坑支护结构最大水平位移变形控制值为外部作业影响等级为四级及以下时最大水平位移≤0.002H（H为基坑深度），且≤30mm；外部作业影响等级为三级及邻近轨道特别保护区时最大水平位移≤0.001-0.002H（H为基坑深度），且≤20mm。③选择理正深基坑7.0PB5作为基坑支护设计软件，将工程类比和理论计算相结合，在现有的资料基础上，结合实际情况进行修正反馈，指导后续施工。基坑选择明挖法进行施工。④基坑底部设置排水沟和集水沟，顶部设置截水沟和排水沟，支护围护必须保证周边构筑物以及管线安全，保证不渗不漏。⑤基坑宽度为地下室边界线外扩2m；基坑深度根据场地场平标高与拟建建筑基础埋深而定；支护措施实施范围不能逾越红线。
3.3基坑支护类型以及适用范围
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012），常见的基坑支护结构包括支挡式、土钉墙以及重力式水泥土墙等类型，具体的支护结构特点与使用条件如下。（1）放坡开挖。该结构采用最简单的基坑开挖形式，无须支护，具有施工简单、工程造价低等特点，但是局限性较大，适用于安全等级为三级的基坑结构，可与其他基坑支护结构联合使用。（2）重力式水泥土挡墙。该结构是将水泥和土进行搅拌形成水泥加固土体结构，从而得到水泥土墙，以此作为基坑支护。重力式水泥土挡墙可以挡土也可以隔水，适用于4~6m的基坑。该结构施工方便，具有止水和支护的双重作用。（3）土钉墙支护结构。在土体中钻孔，打入土钉并且铺设钢筋网，形成统一的整体，以达到加固土体的作用。土钉墙支护结构可以加强抵抗土压力，适用于安全等级为二级和三级的基坑。（4）排桩围护支护。通过基坑边沿打入灌注桩，从而达到支护的作用。排桩围护支护可用于基坑为7~15m的基坑工程，施工方便，强度较高，但是在地下水位较高的时候，采取必要的止水措施。（5）地下连续墙支护。利用沟槽的泥浆作为护壁，放入钢筋笼，浇筑混凝土，形成具有承重、挡土和防渗作用的连续墙体结构。连续墙支护适应性强，施工振动小，并且可作为地下室外墙，通常适用于10m以上的基坑，但造价高且施工要求较高。（6）排桩+内支撑支护。排桩内支撑结构体系可以抵挡外力，该结构可用于地质条件差、深度较大的基坑工程。根据内支撑形式，可以选择框架式、角撑与对撑组合等形式，可根据基坑需求选择合适的内支撑结构[2]。（7）排桩+锚杆（索）支护。选择岩土中钻孔，打入锚杆（索）并且卡在排桩结构上，从中注入水泥砂浆和预应力筋，形成具有支撑能力的结构。该结构可用于地质条件差、深度较大的基坑工程，且占地空间小，不需要大量开挖，可以节约工期，降低成本。
3.4基坑支护设计
综合拟建场地环境、岩土工程、水文地质等条件以及基坑特点，对比不同的基坑支护方案，最终确定的基坑支护方案为：本项目1#地下车库南侧以及2#地下车库北侧紧邻地铁3号线出段线，根据相关文件地铁支护桩外10m范围为轨道交通保护区，该区域内不得修筑任何构筑物（包括扩大头锚索、支护桩等），由于该侧空间有限，建议采用支护桩+内支撑、支护桩或支护桩+角撑的支护方案。项目其他区域距离红线较近，局部距离道路和房屋较近，建议采用扩大头锚索+支护桩、支护桩+角撑、支护桩支护方案。
3.5基坑支护具体设计
（1）典型的支护设计。①基坑壁支护措施：A型桩段（一般地段）的基坑深度13.5m，排桩+扩大头锚索，桩径1.5m，桩长23.0m，桩中心间距为2.3m；桩身设置4道扩大头锚索。G型桩段（近地铁线段）的基坑深度10.5m，排桩+斜撑，桩径1.2m，桩长15.0m，桩中心间距为2.0m；桩身设置1道斜撑，桩顶冠梁处设置角撑。②扩大头锚索设置在桩身腰梁处。③ZC1内支撑设置在桩身腰梁处，钢管直径为609mm，t=16mm；ZC2内支撑设置在桩顶冠梁处，钢管直径为609mm，t=16mm；ZC3内支撑设置在桩顶冠梁处，钢筋混凝土结构，ZC3的截面、配筋、混凝土型号与桩顶冠梁相同。④桩间采用钢筋混凝土网喷：钢筋网片为直径φ8@150，喷射C20细石混凝土，厚100mm。⑤按照1.5m×1.5m桩间距设置泄水孔，埋设φ75mm的PVC管；桩顶坡面按照2.0m×2.0m间距设置泄水孔，埋设φ75mm的PVC管[3]。排桩支护设计扩大头锚索+支护桩和排桩支护设计支护桩+内支撑分别如图1、图2所示。（2）基坑顶部需做地面硬化处理，处理范围为坑顶外不小于5m，浇筑10cm厚的C20混凝土硬化，坡度5％。
3.6基坑支护排水和基坑回填设计
在基坑坑顶设置截水沟，并利用基坑周边现有的排水系统输排地表水；基坑底部设置排水沟，排水沟截面为0.3m×0.3m，采用C20混凝土浇筑，浇筑厚度为15cm；基坑底部设置集水井，集水井截面为0.5m×1.0m×1.0m，采用C20混凝土浇筑，浇筑厚度为15cm。基坑排水经过三级沉淀池沉淀后，排入市政污水管网。施工过程中，需做好临时排水措施，确保基坑无积水。基坑四周回填应采取分层来压实，基底以上0.5～1.0m深度范围采用不透水性隔水材料进行回填；以上部分采用砂砾石材料进行分层回填并碾压夯实。
4基坑支护设计要点
4.1基坑支护设计说明
基坑支护施工前，需要开展的准备为：①明确周边建筑物基础埋深、基础形式以及管线分布，确定地下建构筑物后方可施工，确保基坑开挖安全以及周边建构筑物安全。②基坑开挖前，结构以及建筑设计人员需要复核。在确定开挖线满足基坑施工需求后，方可开始施工，而且需要第三方保全开挖影响范围内建构筑物的证据。③基坑支护需要明确红线范围，加强施工现场管理，及时观测周边环境及地下水位变化。
4.2基坑挖土标准工况
基坑开挖必须满足的标准为：①必须在围护结构达到设计强度后，才能进行基坑开挖。②遵循分层开挖的原则进行开挖，严格按照施工顺序进行施工，基坑开挖期间，每次开挖不超过2m，应该对称均匀开挖，避免超挖。③按照“先锚后挖”的方式进行施工，根据锚索位置，控制土方开挖深度，进行预应力锚索施工，在锚索达到设计强度后，开展下一步的土方开挖。在钢管斜向支撑范围，支撑施工前应先预留土台，土台顶标高为504m，土台顶部宽4m，土台斜面采用1:0.75的比例放坡。支撑安装时，每隔一根（或两根）支撑进行安装，支撑安装完后，开挖土方。④土方开挖应注意保护已完成的支护结构。按照时空效应原理，选择盆式挖土方式，减少无支撑土体的暴露时间。
4.3其他设计要点
由于拟建工程距离地铁出段线较近，基坑支护工程施工期间，需要对地铁进行保护，加强基坑监测和变形控制，减少对周边环境造成影响。
5结语
综上所述，基于锦悦湾A区安置房工程项目基坑支护的研究，本文结合以往经验以及相关工程，提出具有安全可靠性、施工可行性、经济环保性的设计方案。选择支护桩+内支撑、支护桩或支护桩+角撑的支护方案，既能够满足拟建工程基础及地下室施工的需求，也能够保障周边构建物，具有较强的实用价值。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护技术规程：JGJ120—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]金志仁，何继善.基于距离判别分析方法的深基坑支护方案优选研究[J].岩土力学，2009（8）：2423-2430.
[3]杨光华，深基坑支护结构的实用计算方法及其应用[J].岩土力学，2004，25（12）：1885-1896，1902.
作者:黄丹 周广纯 霍从顺 单位:核工业西南勘察设计研究院有限公司
