南京某基坑支护设计与施工分析

余 平 吴 燕

(江西省地质工程(集团)公司，江苏 南京 210029)

南京某基坑支护设计与施工分析

余 平 吴 燕

(江西省地质工程(集团)公司，江苏 南京 210029)

以南京某基坑工程为例，采用钻孔灌注桩加三轴水泥土搅拌桩隔水加两层钢筋混凝土支撑的方案对基坑进行了设计施工，并对比分析了设计计算结果与实际监测数据结果，证明了所采取的支护形式的有效性，为以后类似工程提供借鉴。

深基坑支护，钻孔灌注桩，三轴水泥土搅拌桩，混凝土内支撑，承压水

0 引言

目前江苏地区的建筑工程深基坑支护设计和施工还存在着很多不够完善的地方[1，2]。建筑工程深基坑支护设计和施工中存在的诸多问题，在设计上对基坑支护设计单位、设计方案的提交、坡顶堆载、结构施工临建的布置等的要求进行了明确说明，在施工上对施工方案编制与下发、施工过程控制、地下水控制等进行了详细阐述。

1 工程概况

1.1 建筑工程概况

根据建设单位提供的该工程总平面图、桩基平面布置图、周边管线图等，该工程的概况如下：主体结构±0.000相当于吴淞高程+8.360；拟建建筑物由2栋高层科研楼组成，其中科研楼A，B均高23层，局部高4层～15层，主建筑高度99.85 m，框剪结构；全场区设2层满堂地下车库，框架结构；基坑开挖面积约为13 800 m2，支护周长约为500 m；根据周边地形及基础埋深，场地整平标高约-0.800 m，挖深见表1。

表1 基坑开挖深度表 m

场地北侧地下室外墙与规三路最近距离约7 m；场地东侧为青山路，地下室外墙与青山路最近距离约3 m；场地西侧为香山路，地下室外墙与香山路最近距离约20 m；场地南侧为空地。

1.2 水文地质与工程地质

拟建场地原为老居民区和菜田，局部分布沟塘，已拆迁并推填整平，现为预留建设用地。地表局部砖瓦碎石堆积较多，地形平坦。地面吴淞高程6.60 m～8.48 m，最大高差为1.88 m。场地整平标高约7.50 m，与现地表大致持平。

①1杂填土：很湿～饱和，结构松散，层厚1.00 m～5.80 m。

①2淤泥质填土：流～软塑，高压缩性，层厚0.70 m～1.70 m。

②1淤泥质粉质粘土夹粉土：饱和，流塑，层厚7.60 m～11.90 m。

②2淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂：饱和，流塑，层厚5.00 m～8.80 m。

③1粉砂夹粉土、粉质粘土：饱和，稍～中密，层厚3.50 m～7.10 m。

③2粉细砂：饱和，中密～密实，层厚21.40 m～28.50 m，所采用的土体参数见表2。

表2 基坑支护设计土体性质参数

拟建场地位于长江漫滩，场地地下水分为两类：上部为孔隙潜水，主要赋存于①层杂填土及新近沉积的②层淤泥质粉质粘土中，为统一含水层。勘察期间为雨季，实测地下水初见水位埋深为1.10 m～1.40 m，稳定水位埋深1.40 m～1.80 m，该含水层①透水性较强，②透水性较弱，富水性较差，主要受大气降水影响，水位呈季节性变化，年升降变化幅度约1.00 m。场地下部为弱承压水，主要赋存于③1粉砂夹粉土、粉质粘土和③2粉细砂中，该含水层富水性好，水量较丰富，透水性较强。据调查近3年～5年场地最高地下水位埋深约1.00 m～1.30 m。

2 深基坑支护设计情况

本次设计采取的形式总体为：钻孔灌注桩结合外侧φ850@1 200三轴水泥土搅拌桩止水，竖向设置2层钢筋混凝土内支撑,详见图1。

2.1 支护桩选用分析

钻孔灌注桩结合止水帷幕作为一种成熟的支护形式，其施工工艺简单、质量易控制，施工时对周边环境影响小，在长三角地区应用十分广泛，尤其适用于顺作法基坑工程[3，4]。其止水帷幕可根据工程的土层情况、周边环境特点、基坑开挖深度以及经济性等要求的综合因素选用合适的工艺。灌注排桩支护结构施工便捷，造价经济。

SMW工法桩即在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复合挡土止水结构[5]。现阶段可供选择的SMW工法桩抗侧刚度较为有限，在开挖深度超过13.0 m的深基坑工程中，采用工法桩基坑开挖阶段的变形较难控制。由于其自身工艺特点，对基坑变形较敏感，变形超过一定范围SMW工法水泥土搅拌桩易产生开裂，从而带来严重影响基坑安全的渗漏水问题，变形增大，对周边环境影响相对较大等。

地下连续墙，其既挡土又止水，且具有刚度大，变形小，安全可靠等优点。在超大规模的基坑中应用较多，但其具有造价高，槽段接口处易漏，前期设计需主体设计单位配合，设计周期长，施工不当容易对主体结构产生不利影响的特点。

综上分析，结合本基坑开挖深度、场地土质条件、周边环境保护要求，工期及造价等经济性因素考虑，本工程支护桩采用钻孔灌注桩，其尺寸详见表3。

表3 钻孔灌注支护桩

2.2 止水桩选用分析

根据水文地质资料，本工程场地范围内具有浅层潜水和深层承压水，具体分析如下：

承压水水头埋深为3 m～4 m，按3 m进行基坑的抗突涌稳定性计算，其中按较浅部分计算如下[6]：

(1)

(2)

基坑的抗突涌稳定性计算，其中按较深部分计算如下：

(3)

其中，γm为坑底以下至承压水含水层以上的土层加权平均重度；t，Δt分别为止水桩嵌固深度和止水桩底以下各层土的厚度和。

由以上计算可知，基坑开挖至浅部基底时，基坑开挖面以下至承压水层顶间覆盖土的自重压力大于承压水水头压力；开挖至深部坑底时，承压水水头压力大于上覆土重力，因此，对止水、降水要求较高。

目前双轴水泥土搅拌桩施工机械最大施工深度约16.0 m～17.0 m，且对于中密的砂性土体施工困难，若本工程采用双轴水泥土搅拌桩止水效果很难保证；三轴水泥土搅拌桩的施工深度约为28.0 m～33.0 m，搅拌桩机械切土能力比双轴搅拌桩能力强。三轴搅拌机械施工效率高，相对单轴或双轴搅拌机械施工工期大大缩短，对于施工工期要求紧的工程，此法施工较有效。

采用三轴搅拌机施工，两轴同向旋转喷浆与土拌和，中轴逆向高压喷气在孔内与水泥土充分翻搅拌和，且由于中轴高压喷出的气体在土中逆向翻转，使原来已拌和的土体更加均匀，成桩直径更加有效，加固效果更优。

综合分析本工程的特点，若采用双轴水泥土搅拌桩进行止水效果不好；采用高压旋喷桩造价太昂贵；因此，本工程采用套接一孔法φ850@1200三轴水泥土搅拌桩止水。

2.3 基坑支护施工工况

场地平整，施工硬化地坪后进行支护体的施工，包括钢立柱及立柱桩、工程桩的施工。并在坑内采用轻型井点预降水；卸土开槽至圈梁及第一层支撑底，并及时的浇筑圈梁及第一层支撑；待一层支撑体系强度达到设计强度的80%后，向下分层分区对称开挖至二层支撑底；浇筑围檩及第二层支撑；待二层支撑体系强度达到设计强度的80%后，向下分层分区对称开挖至基坑底部；混凝土垫层应随挖随浇，即垫层必须在见底后24 h以内浇筑完成，且必须延伸至支护桩边与支护桩紧密浇筑；浇筑混凝土底板且延伸至支护桩边；待底板达到强度要求后向上施工-2层主体结构，并拆除第二层支撑；浇筑主体结构及楼板换撑块；主体结构及换撑块达到强度要求后拆除第一层支撑；施工地下主体结构，回填土并夯实。

2.4 钢筋混凝土水平支撑

钢筋混凝土支撑在开挖深度较深，形状不规则的基坑中使用最为广泛[7]。钢筋混凝土支撑能加强整个平面结构体系的整体刚度，能有效地减少支护体顶部位移，有利于对周边环境的保护。同时，钢筋混凝土支撑相比钢支撑布置更为灵活，不受基坑形状的限制，便于基坑工程的分块施工。利用钢筋混凝土支撑能够预留较大的出土空间，方便土方的开挖，减少地下结构的施工工期。

钢筋混凝土对撑、角撑结合边桁架支撑体系具有受力十分明确的特点，且各块支撑受力相对独立，因此，该支撑可实现支撑的分块施工和土方的分块开挖的流水线施工，一定程度上可缩短支撑施工的绝对工期。

根据本工程基坑边长较长的特点，且需设置施工栈桥，因而应采用对撑结合角撑钢筋混凝土支撑系统，方便施工，降低施工技术措施费，节省造价，其现场效果详见图2。

设计内支撑混凝土强度等级C35，钢筋混凝土支撑及压顶圈梁钢筋保护层厚度30 mm，内支撑截面尺寸详见表4。

表4 钢筋混凝土支撑尺寸

3 计算结果分析

3.1 计算条件

基坑支护体的设计计算采用规范推荐的竖向弹性地基梁法，土的c,φ值均采用固结快剪指标。

计算中普遍区域地面施工超载都取25 kPa，在基坑周边附近没有可以对基坑产生影响的建、构筑物，所以没有考虑建筑物超载。在支撑体系的计算中，将支撑与围檩作为整体，按平面杆系进行内力、变形分析，内力与变形计算结果详见表5。

表5 内力与变形计算结果表

3.2 实施的结果分析

深基坑设计中计算及验算的主要内容包括支护结构的变形、坑底隆起、基坑倾覆和深基坑周围地层沉降。深基坑施工过程应对与基坑安全相关的各个方面进行监测，在基坑监测中应根据基坑的实际情况多方面考虑后选取合适的监测项目及监测报警临界值，确保施工过程中基坑安全。

现场实测基坑最大位移见图3，图3表明在基坑挖深较深部位土体的最大变形约25.20 mm；挖深较浅部位土体最大水平位移约21.14 mm，总体形成“纺锤”状，变形主要发生在二道支撑底部至坑底。最大位移不超过30.0 mm，满足周边环境的保护要求。

4 结语

由于地下工程的复杂性与不可预见性，应做到信息化施工，在施工过程中，根据实测数据综合分析，及时调整与优化施工。

从基坑开挖过程的监测数据可以看出，本深基坑工程采用钻孔灌注桩加三轴深水泥土搅拌桩隔水以及两道钢筋混凝土内支撑进行支护，设计施工方案合理，施工控制到位，取得了令人满意的效果。确保了基坑与周边环境的安全,周边环境变形在整个施工过程中均得到有效控制。基坑的成功实施为以后类似工程提供了工程实例,具有较好的参考价值。

[1] 袁登科，刘国彬.南京地区深基坑测斜警戒值的探讨[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2009,32(10):1566-1570.

[2] 刘国斌，王卫东.基坑工程手册[M].第2版.北京:建筑工业出版社,2009:21-25.

[3] 姚 萍，赵升峰，章 新.灌注桩结合三轴止水及内支撑的基坑支护设计[J].岩土工程技术,2012,26(4):173-176.

[4] 谢石连，丁其峰，卢玉南.钻孔灌注桩在软土地区深大基坑围护工程中的应用[J].探矿工程,2010,37(5):59-64.

[5] 丁振明，王秀丽，刘 军.SMW工法在富水非软土基坑支护工程中的应用[J].建筑技术,2010,41(4):462-464.

[6] 张钢琴，杨林德，方恩权.某软土深基坑承压水研究及实现[J].地下空间与工程学报,2009,5(2):320-324.

[7] 戴 民，魏云峰，陈玄斌.基于内支撑深基坑实测深层水平位移的反演分析[J].中国水运,2012,12(7):246-247.

Analysis on the foundation support design and construction in Nanjing

YU Ping WU Yan

(JiangxiGeologyEngineering(Group)Co.,Ltd,Nanjing210029,China)

Taking the foundation engineering of Nanjing city as an example, according to the engineering conditions, the paper carries out the foundation design construction with bored pile adding three-axis cement-soil mixing pile waterproofing adding two-layer steel reinforced concrete support scheme, compares design calculation results to actual monitoring data, and finally proves the effectiveness of the support form adopted, which has provided some guidance for similar engineering in future.

deep foundation support, bored pile, three-axis cement-soil mixing pile, internal concrete support, confined water

2014-07-15

余 平(1959- )，男，高级工程师； 吴 燕(1984- )，女，助理工程师

1009-6825(2014)27-0062-03

TU472

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