复杂场地条件下的深基坑支护设计

刘红卫，裴友安

LIU Hong-wei,PEI You-an

（中铁工程设计院有限公司，北京 100038）

（ChinaRailwayEngineeringDesignInstituteCo.Ltd.,Beijing 100038,China）

复杂场地条件下的深基坑支护设计

刘红卫，裴友安

LIU Hong-wei,PEI You-an

（中铁工程设计院有限公司，北京 100038）

（ChinaRailwayEngineeringDesignInstituteCo.Ltd.,Beijing 100038,China）

结合工程实例,介绍了桩锚等多种支护结构在复杂环境条件下的深基坑支护中的应用。设计中根据基坑周边建（构）筑物对变形控制要求的不同对支护设计参数进行了优化,在确保支护结构及基坑周边环境安全的前提下，使支护设计方案更加经济合理。

深基坑；桩锚支护；微型桩；变形监测

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.040

1 引言

城市建设的快速发展，中心城区的建设用地随之日益紧张，为了充分利用有限的土地资源，许多新建工程除了向地上寻求发展空间外，也不断向纵深发展，希望通过开发地下空间来解决地面上日益紧张的停车问题。狭小场地内已有建筑物和场地周边各种管线、道路的影响以及到新、旧建筑使用功能上的互通设计等问题使得深基坑的支护设计面临诸多难题。本文结合北京某工程综合楼深基支护设计，介绍了在复杂环境条件下，采用桩锚支护与微型桩支护相结合，并根据基坑周边建筑对变形控制要求的不同对支护设计参数进行优化,以确保基坑工程的安全使用。

2 工程概况

本工程位于北京市海淀区西三环中路，拟建建筑物由主楼及裙房组成，整体呈“L”型分布，总建筑面积4.45×104m2，主楼地上17～18层，高63.9m，框架剪力墙结构，筏板基础；裙房地上3～4层，高15.3～22.5m，框架结构，独立基础。均设4层地下室，基础埋深18.56～19.46m。

3 场地工程地质及水文地质条件

拟建场地势平坦，地貌属永定河冲洪积扇的中上部，地面标高为52.39～53.01m。根据勘察报告，场地地层主要由人工填土和一般第四纪沉积的黏性土、碎石类土组成，与基坑工程有关的各地层分布特征及物理力学性质指标见表1。

根据勘察报告，场地地表下25m范围内未见地下水。

表1 地层分布及支护设计参数

4 场地周边环境条件

场地北侧紧邻已有教工住宅楼，南侧、西侧紧邻市政道路，东侧依次靠近学员餐厅、图书馆、办公楼，办公楼与基坑之间分布12#化粪池。教工住宅楼地上18层，筏板基础，基底标高-4.81m；学员餐厅地上2层，独立柱基，基底标高-2.70m；图书馆地上3层，独立柱基，基底标高-2.70m；办公楼地上6层，基底标高-4.10m；化粪池基底标高-6.40m（± 0.00=53.10m），详见图1所示。

图1 建筑物平面位置图

5 基坑支护设计

5.1 本基坑工程特点

1）本工程主体基坑开挖深度19.16m，属深大基坑，基坑侧壁安全等级为一级。基坑东侧1#坡道开挖深度10.00m，1#人防通道开挖深度10.00m、局部深6.30m，基坑侧壁安全等级为二～三级。支护工程正常使用期限为12个月。

2）基坑南、西两侧紧临市政道路，北、东两侧紧临已有建筑，东侧1#坡道与1#人防通道间有热力管线通过。其中，北侧2#人防通道地下室外墙距教工住宅7.73m，新、旧两楼在-4.81m设联络通道；东侧基坑主体部分距图书馆9.76m，1#人防通道外墙距图书馆2.9m，东南角环形汽车坡道地下结构距办公楼9.79m，已有建（构）筑物对基坑变形要求严格。

3）本工程受用地红线控制，土方需以内坡道方式外运，基坑支护设计要结合土方工程施工组织方案，在坑内挖土设备吊出地段采取加固设计措施。

4）本场地位于永定河冲洪积扇的中上部，地层以第四纪沉积的黏性土、碎石类土为主，工程地质条件较好。场地内潜水水位埋藏较深，基坑支护设计可不考虑地下水的影响。

5.2 支护方案选择

基坑南、西两侧紧临市政道路，北、东两侧紧临已有建筑，四周不具备放坡条件。根据基坑开挖深度以及场地工程地质与水文地质条件、场地周边环境条件，基坑主体部分采用桩锚支护。1#人防通道距图书馆较近，大型设备不具备作业条件，采用微型桩+锚杆支护；2#人防通道西侧错台开挖，台上采用悬臂桩支护、台下采用桩锚支护。根据支护参数不同，全场共分为12个支护剖面。详见图2所示。

图2 基坑支护平面图

由于场地狭小，为提供必要的施工作业面，护坡桩从地面施作，桩顶标高同自然地面标高，坑底留1.00m肥槽。

5.3 支护结构设计

5.3.1 基坑北侧（自然地面标高同±0.00）

基坑深度19.16m，北侧西段地下结构外墙距职工住宅楼7.73m、东段相距14.50m，住宅楼地上18层，地下2层，基底标高-4.81m。

为确保住宅楼使用安全，设计采用护坡桩+4道预应力锚杆支护，北侧西段（1-1剖面）桩长25.16m、桩径800mm、桩间距1.50m、嵌固段6m，桩身通长配筋为16根25mm；北侧东段（4-4剖面）桩长24.16m、桩径800mm、桩间距1.60m、嵌固段5m，桩身通长配筋为14根25mm。在-4.50m、-8.50m、-12.50m、-16.00m设4道预应力锚杆，第一道锚杆3桩2锚，第二、三、四道锚杆1桩1锚，锚固体直径150mm、入射角15°，锚杆长度及轴力锁定值根据计算确定。受新、旧两楼联络通道基础埋深影响，第一道锚杆从-4.50m下移至-5.00m，详见图3所示。

图3 基坑支护1-1剖面图

2#人防通道西侧（2-2剖面）基坑深6.90m，采用悬臂桩支护，桩长12.9m、桩径800mm、桩间距1.50m、嵌固段6m，桩身通长配筋10根20mm。3-3剖面坑底标高-19.16m、坑顶标高-6.90m,采用护坡桩+3道预应力锚杆支护，桩顶标高-7.40m,桩长18.26m、桩径800mm、桩间距1.50m、嵌固段6.50m，桩身通长配筋16根25mm。在-7.70m、-11.70m、-15.70m设三道预应力锚杆，采用1桩1锚，详见图4所示。

5.3.2 基坑东侧（自然地面标高-0.60m）

主体基坑深18.56m。东侧基坑中段距图书馆9.76m，图书馆地上3层，独立柱基，基底标高-2.70m。设计采用护坡桩+4道预应力锚杆支护，桩长23.56m、桩径800mm、桩间距1.60m、嵌固段5m，桩身通长配筋为13根25mm。在-4.60m、-8.60m、-12.60m、-16.60m设4道预应力锚杆，第一道锚杆3桩2锚，第二、三、四道锚杆1桩1锚。

图4 基坑支护3-3剖面图

东侧北段基坑距学员餐厅19.0m，学员餐厅地上2层，独立柱基，基底标高-2.70m；东侧南段距办公楼14.5m，办公楼地上6层，基底标高-4.10m；办公楼与基坑之间为12#化粪池，基底标高-6.40m。设计采用护坡桩+3道预应力锚杆支护，其中北段（5-5剖面）桩长22.56m、桩径800mm、桩间距1.60m、嵌固段 4m，桩身通长配筋为14根25mm。在-5.10m、-10.10m、-14.60m设三道预应力锚杆，第一道锚杆3桩2锚，第二、三道锚杆1桩1锚。南段（9-9剖面）受12#化粪池基础埋深的影响，第一道锚杆调至-6.60m，第三道锚杆调至-15.10m,护坡桩加长1.0m，即嵌固段为5m，采用1桩1锚。

1人防通道坑深6.30～10.00m，距图书馆外墙仅2.90m，大型施工设备无法就位且无放坡条件，采用微型桩+预应力锚杆支护。桩顶位于自然地面，微型桩桩径200mm,水平间距0.75m、竖向间距1.50m，桩长10.30～12.50m，嵌固深度4.0～2.5m，桩身通长采用14#工字钢，水泥浆灌注。设三～六道预应力锚杆，采用2桩1锚。见图5所示。

东侧圆弧错台上方（7-7剖面）坑深10.00m,设计采用护坡桩+1道预应力锚杆支护，桩顶位于自然地面，桩长15.00mm、桩径800mm、桩间距1.60m、嵌固段5，桩身通长配筋12根20mm，在-4.10m设预应力锚杆,采用3桩2锚。错台下方（6-6剖面）坑底标高-19.16m，坑顶标高-10.60m，设计采用护坡桩+2道预应力锚杆支护，桩顶位于-11.10m，桩长13.06m，桩径800mm、桩间距1.60m，嵌固段5m，桩身通长配筋为12根25mm，在-11.40m、-14.90m设两道预应力锚杆，采用1桩1锚。

图5 基坑支护12-12剖面图

5.3.3 基坑南侧（自然地面标高-0.60m）

基坑深度18.56m，紧临民族大学南路，路侧分布有通信、电力等管线。设计采用护坡桩+3道预应力锚杆支护（10-10剖面），桩长22.56m、桩径800mm、桩间距1.60m、嵌固段4m，桩身通长配筋为14根25mm。在-4.60m、-9.60m、-14.60m设 3道预应力锚杆，采用1桩1锚。东南角环形车道处由于考虑基坑施工后期汽车吊附加荷载的作用，对第二、第三道预应力锚杆进行加强设计。

5.3.4 基坑西侧（自然地面标高同±0.00）

基坑深度18.86～19.46m，紧临市政道路。设计采用护坡桩+3道预应力锚杆支护，桩长23.86m至24.46m，桩径800mm、桩间距1.60m，嵌固段5.0m，桩身通长配筋为14根25mm。在-4.50m、-9.50m、-14.00m设三道预应力锚杆，第一道锚杆3桩2锚，第二、三道锚杆1桩1锚。

5.4 地下水控制设计

场地潜水水位位于槽底5m以下，基坑开挖时无需采取降水措施。

考虑到老旧小区管道渗漏的影响，在①素填土层、②砂质粉土-粉质粉土层可能存在上层滞水，因此，在该范围内的护坡桩间适量设置长短结合的排水孔，孔距3～4m，插直径50-100mm塑料管，短排水孔长300～400mm，长排水孔长3～4m，管壁带孔，内填滤水材料。同时，在坑底四周设置排水沟，沟宽0.3m、深0.5m，每间隔20m设置集水井，井深1.5m，定期将坑底积水排出坑外。

6 基坑变形监测

变形监测可以提供实时动态观测数据，为设计单位及时调整支护方案和基坑工程安全施工提供信息化的服务。本工程在主体基坑围护结构顶部布置水平位移和沉降监测点各26个、1#人防通道围护结构顶部布置水平位移和沉降监测点各3个、基坑周边建（构）筑物沉降监测点36个、基坑周边道路沉降监测点14个，布置护坡桩深层水平位移监测点5个、锚杆轴力监测点12个、钢筋应力监测点16个。

基坑工程从2012年6月12日开始土方开挖，至2014年1月18日基坑回填完成，共历时20个月。根据第三方监测单位提供的监测报告，基坑四周变形监测统计结果见表2。

表2 基坑变形监测结果统计表

从表中看出，主体基坑围护结构累积最大水平位移22.3mm、累积最大沉降6.74mm，1#人防通道围护结构累积最大水平位移3.25mm、累积最大沉降5.01mm；基坑周边建（构）筑物累积最大沉降8.82mm，基坑周边道路累积最大沉降13.3mm。护坡桩深层最大水平位移7.54mm，锚杆轴力最大损失量17.9%，钢筋应力变化不明显。监测结果表明，支护结构在基坑工程施工过程中处于安全可控状态。

7 结语

1）基坑支护方案应结合场地工程地质与水文地质条件、周边环境条件以及建（构）筑物对变形控制的要求进行设计。在城区复杂地带，按照“经济合理、安全可靠”的设计原则，通过采取多种支护方式相结合以及对桩锚支护体系设计参数的优化，取得了技术与经济效益的双赢。

2）地下水的分布对基坑的稳定性影响很大。本工程无需采取降水措施，但地下管道渗漏形成的上层滞水以及雨水下渗使基坑工程面临潜在风险，通过在坑壁面层中设置长、短排水孔，可以起到未雨绸缪的作用。

3）基坑变形监测不仅能检验支护设计方案，而且能为信息化施工提供指导，通过实时数据监测，可及时发现和预报险情，为设计和施工采取防范措施提供可靠依据。

【1】JGJ120—2012建筑基坑支护技术规程[S].

【2】GB50497—2009建筑基坑工程监测技术规范[S].

【3】龚晓南,高有潮.深基坑设计施工手册[K].北京:中国建筑工业出版社,1998.

Design of Deep Foundation Pit Support Under Complex Site Conditions

Combinedwithengineeringexamples,theapplicationofmultiplesupportingstructuresindeepfoundationpitsupportingunder complex environment is introduced.According to the different deformation control requirements of surrounding buildings,the supporting design parameters are optimized to ensure the safetyof the supporting structure and the surrounding environment and make the supporting designschememoreeconomicalandreasonable.

deepfoundationpit;pile-anchorsupport;mini-pile;deformationmonitoring

TU753.1;TU94+2

B

1007-9467（2016）06-0143-04

2015-12-23

刘红卫（1966～），男，陕西眉县人，高级工程师，注册土木（岩土）工程师，从事岩土工程勘察设计与研究，（电子信箱）1292507907@qq.com。