北京某商业大厦基坑支护设计

蒋涛 杨强 丁伟翠

0 引言

随着城市化进程不断加快，为充分利用有限的土地资源，城市中出现了很多有较深地下室的高层建筑，基坑开挖深度逐渐增加，尤其是沿海地区和各个大城市这样的高层建筑密度较大，深基坑支护设计和施工成为城市建设的关键问题，同时又是岩土力学学科中比较复杂和困难的问题［1，2］。

为了保证工程实施安全，深基坑围护不仅要保证基坑内正常作业，还要保证基坑附近建筑物和道路管线的安全［3］。拟建场地位于永定河洪(冲)积扇中下部地段，地形较略有起伏，地层属于软土地层，其本身的抗剪强度低、压缩性大，工程地质条件较差，在这种软土地基上进行支护工程设计时必须充分考虑软土的工程特性和深基坑工程的复杂性，使设计的支护结构在安全的基础上既经济合理又方便施工。

1 工程概况

该工程位于北京市东城区，东邻东二环路，二环路与本工程相距20 m以上，南邻商业大厦A，与本基坑相距12 m，基坑西侧为临时性建筑，基坑北侧西段紧邻公寓A，北侧东段紧邻公寓B，与本基坑相距14 m(见图1)。拟建筑由地上13层～25层(高度52 m～91.2 m)公寓式办公楼、4层商业及餐饮(高度21 m)以及3层纯地下车库组成。地面高程在42.47 m～44.54 m，基坑长约105 m，宽约80 m～90 m，基坑开挖深度为16 m。基坑前期已经做好降水工作，支护设计不考虑降水的影响。

图1 场地环境条件示意图

2 场地的工程地质条件

场地地层按其沉积年代、成因类型以及岩性划分为人工堆积层和第四纪沉积层两大层。每大层中又按其岩性和土层物理力学性质划分为若干个亚层，自上而下的分布情况如下:①粘质粉土、粉质粘土填土层，含房渣土、碎石填土、炉灰，层顶标高为42.5 m～44.5 m。②砂质粉土层，含粉砂、细砂、粘质粉土、重粉质粘土，层顶标高为34.2 m～40.2 m。③粘质粉土、粉质粘土层，含砂质粉土、重粉质粘土、粘土、粉砂、细砂，层顶标高为34.1 m～36.2 m。④细砂、中砂层，含粉砂层、细砂、砂质粉土、粘质粉土，层顶标高为29.7 m～32.6 m。⑤卵石、圆砾层，含中砂，层顶标高为27.2 m～28.9 m。⑥粘质粉土、粉质粘土层、重粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土，层顶标高为23.5 m～25.5 m。⑦卵石、圆砾层，含细砂、粉砂，重粉质粘土、层顶标高为16.4 m～18.6 m。⑧粘土、重粉质粘土层，含粘质粉土、砂质粉土、粉质粘土，层顶标高为6.6 m～11.1 m。⑨卵石层，含中砂、细砂，层顶标高为5.1 m ～7.5 m。⑩粉质粘土层，层顶标高为－0.2 m～0.3 m。根据样品试验参数对土层进行重新归纳分层，所采用的物理力学参数见表1。

表1 土层参数表

3 基坑支护方案的选择

基坑支护方案设计的原则是保证基坑安全，施工安全可行，技术最优化，满足工期要求，维护临近的建筑物安全与稳定，同时要造价合理。

基坑东侧与东二环路相望，其相隔距离大于本基坑的开挖深度，基坑西侧附近没有其他建筑，仅有临时住房、材料堆放和材料运输道路，1—1剖面和2—2剖面上部荷载不大，该边坡采用常规土钉墙喷锚支护分段放坡即可满足支护要求;基坑南、北两侧均紧邻高大建筑物，两边建筑物基坑均有一定深度，上部荷载相对较大，因此采用上部土钉墙和下部护坡桩相结合的支护体系性价比较高。

4 边坡支护设计方案及施工效果

1)基坑东侧1—1剖面和西侧2—2剖面支护设计方案:该部位边坡拟采用常规土钉墙喷锚支护，上部荷载为10 kPa，基坑深度为16 m，边坡坡度按 1∶0.2 和 1∶0.7，两端垂直高度分别为9.5 m 和6.5 m;土钉间距:横方向为 1.5 m，纵方向为 1.5 m，共9排，长度分别为7 m，12 m，13 m，9 m，9 m，8 m，10 m，9 m，8 m，7 m，孔径130 mm，倾角10°;孔中插入钢筋为:第1排～第3排的锚杆用1φ24，第4排～第6排的锚杆用1φ28，第7排～第8排的锚杆用1φ32，第9排～第10排的锚杆用1φ34(见图2)。面板为现场喷射混凝土而成，混凝土强度为C20，面板厚度为100 mm;中间挂φ6.5@200×200的钢筋网，外配1φ20横向加强筋与所有土钉头用双“L”形钢筋焊接牢固，“L”形钢筋采用Φ18。经计算基坑边坡的总抗拔力稳定系数Kf=1.523＞1.5，土钉墙的稳定系数KN=1.613 ＞1.5，抗倾覆稳定系数 KQ=1.832 ＞1.5，内部稳定性系数:支护前 K前=0.860 ＜1.5 需要支护，支护后 K后=2.86 ＞1.5，所有稳定系数在支护后均满足安全要求。

图2 基坑1—1剖面和2—2剖面土钉墙支护示意图

2)基坑东侧3—3剖面和西侧4—4剖面支护设计方案:地面以下3 m深度为土钉墙，边坡坡度按1∶0.2设计;土钉间距:横方向为1.5 m，纵方向为 1.5 m，共 1排，长度分别为 6 m。孔径110 mm，倾角10°;孔中插入钢筋为1Φ24，面板为现场喷射混凝土而成，混凝土强度为C20，面板厚度为80 mm，中间挂φ6.5@200×200的钢筋网，外配1Φ20横向加强筋与所有土钉头用双“L”形钢筋焊接牢固，“L”形钢筋采用Φ18，参照1—1剖面的计算结果和稳定性分析，可以得出此部分整体稳定性较好，无需进一步计算。地面以下3 m～20 m深度为护坡桩，采用钢筋混凝土桩，桩径φ800，桩距1.20 m;桩顶位于地面下 3.0 m，桩长为 17.0 m，嵌固深度为4 m;主筋配置为8Φ22，箍筋为 φ6.5@200，加劲筋为 φ14@2 000;桩身混凝土标号为C25;主筋保护层厚度为50 mm;桩身主筋锚入桩顶连梁400 mm，桩顶连梁为400 mm×800 mm，配筋主筋为6Φ20，箍筋φ6.5@200。第一道锚杆设置在连梁之上(地面下3.2 m)位置，一桩一锚，锚杆长度为14.0 m(其中非锚固段长度为5.0 m)，锚杆直径150 mm，锚杆倾角为20°，锚索选用2束7φ5预应力钢绞线，锚杆锁定在连梁上。第二道锚杆设置于地面下9.0 m的位置，一桩一锚，锚杆长度为18.0 m(其中非锚固段长度为5.0 m)，锚杆直径150 mm，锚杆倾角为20°，锚索选用3束7φ5预应力钢绞线，锚杆锁定在连梁上，混凝土标号为C20(见图3)。经过计算地基承载力安全系数KS=2.81＞2.0，基坑底部土体抗隆起安全系数 K=2.8 ＞2.5，抗渗安全系数:KS=2.4 ＞2，围护桩结构抗倾覆安全系数KQ=1.85＞1.5，第一道锚杆时的整体安全系数 f1=1.82 ＞1.5，第二道锚杆时的整体安全系数 f2=1.72 ＞1.5，整体圆弧滑动安全系数KZ=1.61＞1.5，以上安全指标均满足基坑的安全要求，设计较合理。

从基坑开挖围护结构的施工至地下钢筋混凝土的施工结束历时数月，由于设计合理，施工工程严格按照相关规范规程［4-6］，施工工艺比较先进，虽然局部出现了一些小问题，但从未出现坑底隆起，管涌，护坡桩及支撑的严重变形或折断现象，说明基坑支护结构设计是合理的，施工方法安全可靠。

图3 基坑3—3剖面和4—4剖面支护示意图

5 结语

基坑支护结构设计应根据场地的地层情况以及周边的环境条件，因地制宜的择优选择各个剖面的支护类型和支护方案，科学合理的进行基坑支护设计，同时要想取得支护全面的成功，在施工过程中要严格按照相关施工规范和混凝土施工规程进行施工，同时要全方位的考虑施工安全性和合理性。开挖前做好充分的准备，开挖和支护统筹规划好，开挖一层支护一层，尽量减少基坑无支撑的暴露时间，同时还要加强基坑的监测管理，及时收集、整理反馈监测的数据，出现问题及时处理。本工程通过对支护结构选择和支护方案合理设计，达到了安全经济，合理有效的施工效果。

［1］ 龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2001.

［2］ 杨 强.北京某商业中心基坑支护优化设计［J］.岩土工程界，2005，9(5):48-51.

［3］ 田高超，李维滨.软土地基深基坑支护工程设计［J］.山西建筑，2007，33(8):111-112.

［4］ 黄 强.建筑基坑支护技术规程应用手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［5］ 中国建筑科学研究院.建筑基坑支护技术规程［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［6］ 吴培明.混凝土结构(上册)［M］.武汉:武汉工业大学出版社，2001.