高层建筑深基坑支护技术研究

王春龙

摘 要：随着城市建设规模的不断扩大，城市用地日趋紧张，高层建筑所占比例逐年提高，大批的高层建筑、超高层建筑正拔地而起，为了满足国家相关规范对基础埋深和人防工程的需要，深基坑工程必不可少，深基坑支护成为关健的施工环节，然而，深基坑工程因地质条件复杂，施工难度大，风险性高，基坑失效、失稳的事故时有发生，除设计不够完善的因素外，主要还在于基坑支护不到位。如何满足基础工程施工的安全性和经济性，本文以实际案例的施工经验，根据某高层建筑工程实例，对深基坑支护技术进行了分析探讨。

关键词：高层建筑；深基坑；支护

工程上一般将开挖深度在数十米范围的地下基坑称为深基坑。现在城市高层建筑的建造，大型市政设施的施工以及大量地下空间的开发大规模兴起必然会有大量深基坑工程产生。

1深基坑支护基本要求

基坑支护设计与施工应充分考虑工程地质与水文情况、基础类型、基坑开挖深度、基坑周围荷载、附近环境条件、降排水情况、施工季节、支护结构使用期限等因素。基坑支护施工的关键是：确保基坑稳定性、地面变形及地下防水、防止基坑隆起、管涌与流砂等险情，并根据实际地质、环境因素的变化进行支护方案适当的调整。

深基坑支护有以下几个方面基本要求：简单的结构，先进的技术，承受能力好，基坑防护体系能起到挡土功能，保持基坑四周边坡稳定性；保证基坑附近建（构）筑物，地下管线、道路等的安全性，在基坑土方开挖期间，不发生因土体的变形、沉陷、坍塌或位移事件；通过排水、降水、截水等相关措施，将基础施工控制在地下水位以下；经济合理，符合环境保护要求，确保安全施工。

深基坑支护体系主要起到挡土的作用，确保在基坑开挖与基础施工时能够安全顺利地实施，并确保对周边环境和附近建筑不产生危害。国内目前的深基坑支护技术有：地下连续墙排柱支护技术、喷锚网支护技术、水泥搅拌柱技术、逆作法与半逆作法施、工土钉墙及复合土钉墙、环形支护结构等等。实际工程中应根据当地土质情况、基坑深度、地下水条件等，结合各种支护方式的优缺点，选择经济合理的方案。

2工程概况

某建筑大厦：地下室二层，地上20层，建筑高度72.3m，上部结构体系为现浇钢筋砼框架-筒体结构，PHC预应力管桩基础，框架抗震等级3级，剪力墙抗震等级二级，抗震设防烈度7度，总建筑面积32205.8m2，（地上建筑面积30875 m2，地下建筑面积73237.6 m2），地下室层高4.2m，建筑等级一级。地质状况：根据工程地质报告，①素填土层，层顶埋深0.6-3.5m。②粉质粘土和粉土层，层顶埋深3.0-6.5m。③泥质砂土夹卵砾石土层，层顶埋深6.0-10.8m。④碎块状强风化砂岩，层顶埋深10.0-15.5m。⑤中风化砂岩，层顶埋深15.50-21.6m。地下稳定水位埋深为4.40～11.10m。东、北两向紧靠城市道路，与道路相距13m，西、南向为新建高层建筑，相距约50m。地下室呈长方形状，长95m，宽56m。施工条件：本大楼地处旧城改造区，旧墙基及地下管线密集，工期紧，施工难度大。工程于2010年6月开工建设，并于8月份完成，为满足建设单位的工期要求，春节前完成桩基、挖土及边坡支护的目标，本深基坑工程土方量约65000m3，每天平均出土量需确保1500m3 左右方能满足进度要求。在工期紧迫的情况下完成深基坑的作业，对深基坑支护方案及现场管理提出了更高的要求。

3支护方案选择

根据现场工程地质及水文情况可考虑的以下三种支护方案。

①无支护放坡大开挖方案。但在超软地基开发时，表层有13m厚的淤泥质土层，含水量在50%左右，强度比较低，属欠固结土层，不采用支护而开挖5 m深坑，实际上是很难施工的。由于无支护大开挖方案会对周围邻近建筑物影响较大，导致道路及各种管道变形，所以此方案很难实现，是不可取的。

②采用钻孔灌注支护排桩方案，桩顶设置帽梁，并设置内支撑。此方案从技术上是可行的，但要结合当地超软地基的特点，地表下17m范围内主要为淤泥质土层，支护桩长度一般从此层穿过，所以桩长应大于17m，再加上钢筋混凝土帽梁及内支撑，这就提高了造价，对于5.5m深基坑明显是不经济的。

③采用水泥搅拌桩格构状重力式挡墙方案。此方案结合当地土层及开挖深度为5.5m的条件，从技术经济条件分析是比较合理的。重力式挡墙要满足稳定性、强度及变形要求，经多次试算，各项指标基本上能达到设计要求，因而确定为终选方案。

4水泥搅拌桩挡墙支护

为确保基坑支护结构的安全可靠，必须进行全面、完整、严谨的设计计算。本文总结了一整套水泥搅拌桩挡墙的设计计算要点，其中主要包括：桩体截面的选择、稳定性验算、墙体强度验算以及变形估算等内容，并据此进行了该工程的设计计算。

4.1墙体截面的选择

根据土质条件和基坑开挖深度H，先确定搅拌桩插入基坑底深度D。按照沿海地区的施工经验，一般要求D /H≥1.1～1.2，且宜插到不透水层，以阻止地下水的渗流。墙体宽度B一般可取B/H=0.8～1.0，且不宜小于0.6。本工程墙厚3.2 m系考虑采用了3排密排双头钻机并相互咬合而得。由此我们得到排桩图见图1。

图1：排桩图

4.2稳定性验算

用改进的简单条分法进行验算，计算结果显示最小安全系数K0=1.587。用比肖普法进行验算，计算结果显示最小安全系数K0=1.685。提示：最小安全系数大于1.2～1.3，即可认为整体稳定性安全。若选用的土质参数是快剪指标，那么当最小安全系数大于1.1时，即可认为整体稳定性安全。用不同方法进行的基坑抗隆起稳定性验算结果见表1。

表1：基坑抗隆起穩定性验算结果

方法名称

安全系数计算结果

安全系数最低限值

是否满足安全要求

Terzaghi-Peck

2.123

1.5

满足

Tschebotarioff

1.914

1.5

满足

Navfac DM-7 1971

1.779

1.5

满足

用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗滑移稳定性验算，计算结果显示抗滑移安全系数Ks=1.35>1.3，满足抗滑移安全需要。

用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗倾覆稳定性验算，计算结果显示抗倾覆安全系数Kt=1.654>1.5，满足抗倾覆安全需要。

墙底地基承载力验算，计算结果显示：地基承载力设计值fb=215.719kPa，墙底平均压应力p=200.11kPa，墙底最大压应力pmax=233.311kPa，墙底最小压应力pmm=176.909kPa。由于p0，因此满足地基承载力安全需要。

基坑的抗管涌稳定性验算，计算结果显示抗管涌安全系数Kp=4.946>2.0，满足抗管涌安全需要。

4.3墙身强度验算

用弹性抗力法计算，结果显示墙身压应力最大值σcmax=200.659kPa< [σc] =400 kPa，满足墙身抗压强度要求。

用弹性抗力法计算，结果显示墙身拉应力最大值σlmax=0.00kPa< [σl] =160 kPa，满足墙身抗拉强度要求。

用弹性抗力法计算，结果显示墙身剪应力最大值τmax=31.08 kPa< [τ] =343.393 kPa，满足墙身抗剪强度要。

4.4变形估算

用弹性抗力法计算墙体位移，结果显示墙体顶端位移4.13 cm，基坑底部墙体位移2.51 cm，墙体底端位移-0.21 cm。具体分布形式见图2。

图2：墙体位移图

假定地表沉降曲线为三角形，计算结果显示基坑周围地表最大沉降量为3.95 cm。假定地表沉降曲线为抛物线，计算结果显示地表最大沉降量为2.57 cm。

5结束语

该基坑工程在地质条件与周围环境较差的情况下，采用水泥搅拌桩支护结构方案，达到了预期的目的，为建设单位减少投资与工程早日完成投入使用创造了条件。经过科学的组织施工，基坑开挖后，支护体系处于良好的工作状态，成功地保证了周边环境和围护体的安全、稳定。

参考文献：

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