福州某小学地下车库基坑支护设计方案比选

张华军

(福州市规划设计研究院　福建福州　350003)



福州某小学地下车库基坑支护设计方案比选

张华军

(福州市规划设计研究院福建福州350003)

文章对福州某小学地下二层车库基坑支护设计方案进行了比选。采用理正深基坑等分析软件，对围护桩选择、内支撑体系的布置、支撑竖向布置等进行了内力分析。然后综合考虑结构受力、基坑止水、施工便利性、经济性等因素，确定SMW工法桩+环形内支撑方案。经工程实践检验，该基坑支护方案设计合理，实际效果良好。

基坑支护；支护设计；方案比选；SMW工法桩

1　工程概况

拟建场地地块位于福州市鼓楼区，通湖路与道山路交叉口，拟建场地地上总建筑面积为3 729m2，地下总建筑面积为16 017m2，商业总建筑面积为5 175m2。拟建场地北侧为2F建筑，西侧为3F建筑，东南角为1F建筑，中间大部分为学生操场。现有场地标高8.00～8.50m，场地整平到7.90m。拟建物室内地坪标高为8.200m。基础拟采用桩基础(主要为围护和抗拔之用)。基坑实际开挖深度为8.80m。

2　工程地质及水文地质

2.1场地内各岩土层工程地质条件(表1)

表1　场地内各岩土层工程地质条件

土中的c,φ值为勤察报告提供的直剪快剪指标。

2.2水文地质条件

场地环境类型根据场地透水层情况，应划分为Ⅱ类。按地层渗透性地下水宜划分为B(型)。场地存在干湿交替现象。本场地基本上为弱透水层。场地地下水稳定水位埋深为0.70～2.20m，该水位为上层滞水水位，该水位主要受生活用水及大气降水影响。据调查，水位年变化幅度在1.0m以内。

3　支护设计方案比选

本工程基坑侧壁安全等级为一级，有效期一年。根据场地工程地质条件、地下室结构、场地周边环境，结合本工程具体地域特征，本着安全、经济、可靠的原则，采用SMW工法+2道钢筋混凝土内支撑的基坑支护方案。施工期间基坑周围地面超载不得超过20kPa(距离坑边2m)。距离坑边2m宽内不得堆载。

钢筋采用HPB300级钢及HRB400级钢，围护桩 H钢采用Q235B号钢。水泥搅拌桩，水泥强度采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥。

本工程采用理正深基坑6.01和启明星软件FRWS7.0，进行整体计算及复核。

3.1方案一

基坑支护采用SMW工法桩+2道混凝土环形内支撑。

3.1.1围护桩采用SMW工法桩

(1)SMW工法围护桩，采用Φ850水泥土搅拌桩@600，内插H700×300×13×24型钢，采用隔一插一法，型钢嵌固深度12.5m(图1)。

(2)水泥土搅拌桩，采用三轴搅拌桩设备。搅拌桩桩径Φ850,水泥搅拌桩水泥掺入比为25%,水泥强度采用PO42.5级普通硅酸盐水泥。水泥于28d龄期无侧限抗压强度不小于1.5MPa。水灰比为1.5。型钢要涂起拔减摩剂，型钢拔出后的窟窿用水泥浆充填。

3.1.2内支撑体系采用2道混凝土环形内支撑

(1)第一道撑：冠梁截面为1 500×1 000(b×h)；圆形主砼支撑截面为1 200×1 000(b×h)，次砼支撑截面为800×800(b×h)。

(2)第二道撑：腰梁截面为1 000×1 000(b×h)；圆形主砼支撑截面为1 500×1 000(b×h)，次砼支撑截面为800×800(b×h)。

3.1.3基坑支护竖向布置(图2)

第一道冠梁及内支撑位于地面下1.0m处；第二道内支撑位于场地下4.65m处；基坑底开挖到地面下8.80m处，底板厚500mm。

3.1.4支撑格构柱

主要纵横桁架支撑交叉点处设置格构柱。支撑立柱上部用20mm钢板封住，支撑桩垂直度要求偏差小于1/200，上部井子架要求伸入支撑桩2.0m，砼强度等级C30，施工时应采取有效措施防止机械设备对井子架的碰撞，井子架穿越底板处施工底板时应加止水片，井子架采用四根160×16的角钢和缀板400×300×10的缀板焊接，角钢型号为Q235，焊条采用E43型，要求双面焊接，钢板厚度>6mm时，焊缝高度应小于等于t-(1～2)mm。

3.1.5施工顺序

(1)施工基坑围护桩墙；(2)土方开挖，施工冠梁及第一道砼支撑；(3)开挖至第二道支撑底标高，施工第二道砼围囹及砼支撑；(4)土方开挖至基坑底，浇注底板及传力带并养护；(5)底板、传力带的混凝土达到设计强度80%后，拆除第二道支撑；(6)施工地下二层楼板及传力带，待混凝土强度达到设计强度80%后，拆除第一道支撑；(7)施工地下一层楼板，结构侧墙施工至要求标高；(8)土方回填：沿基坑四周对称均匀回填，用三合土分层夯实,压实系数0.94；(9)型钢拔起回收。

3.1.6施工监测要求

(1)监测工作的主要内容如下：①围护桩的变位(包括桩顶水平位移和桩身变位)；②支撑应力变化情况；③基坑周围建筑物的沉降与倾斜观测、地下管线变形的监测；④地下水位观测；⑤钢立柱变形。

(2)监测时间及间隔：①在土方开挖之前进行基数测量，且次数不少于两次；②在每层土方开挖前后、支护完成前后、工况发生变化时应进行测量，其它正常情况下每2～3d测量一次，如发现变形速率增大或总变形较大时应加密测量次数。

(3)支护变形预警要求。本基坑支护结构顶部(深层)水平位移限值为20(40)mm和0.2%(0.3%)的基坑深度的较小值。

当相关数据达到报警值时，应立即报警。若情况比较严重，应立即停止施工，并对基坑支护结构和已有建筑物采取应急措施。

3.2方案二

基坑支护采用SMW工法桩+2道混凝土桁架支撑，详见图3。

(1)围护桩与方案一相同，采用SMW工法桩

(2)内支撑体系采用二道混凝土桁架支撑，其中腰梁及对撑均采用桁架，桁架跨高比按6控制，可满足强度及变形要求。

(1)第一道撑：冠梁截面为1 000×800(b×h)；主砼支撑截面为600×800(b×h)，次砼支撑截面为500×600(b×h)。

(2)第二道撑：腰梁截面为800×800(b×h)；主砼支撑截面为600×800(b×h)，次砼支撑截面为500×600(b×h)。

(3)基坑支护竖向布置：与方案一相同。

(4)支撑格构柱：主要分布在环形内支撑与斜撑交点处，间距控制在12～13m，格构柱规格与方案一相同。

(5)施工顺序：与方案一相同。

3.3方案三

基坑支护采用钻孔灌注桩+2道混凝土环形内支撑。除围护桩型采用钻孔灌注桩外，其它与方案一相同。

3.4各方案分析比较结果(表2)

(1)结构受力分析

对内支撑体系，方案一圆形内支撑为主要受力构件，它最终承担了所有内支撑构件传递来的内力，所以其轴力比方案二主支撑要大1倍以上。 对支护桩，方案一支护桩最大弯矩比方案二大，说明方案一支撑体系刚度相对要大，变形小，对控制基坑支护体系及周边环境变形更为有利。

方案一内支撑体系受力明确，传力途径简单，截面尺寸较大。方案二，受力不够明确，传力途径复杂，主要受力构件截面尺寸相对较小。

(2)施工便利性

方案一施工空间大，利于施工机械挖土、基坑内出土，施工方便，工期短，也利于基坑开挖安全。

(3)基坑止水

方案一、二采用SWM工法桩，施工时采用水泥土搅拌桩，兼具有良好的止水作用。方案三采用钻孔灌注桩，需要另外采用旋喷桩止水，施工周期加长，造价也增加。

(4)经济性

方案一、二采用SMW工法桩，先施做水泥土搅拌桩，再插入型钢，后期再拔出型钢，施工简单快捷，工期短，且型钢能回收再利用，造价较低。

方案三采用钻孔灌注桩，先钻孔、绑扎钢筋笼，再吊放钢筋笼，浇注混凝土，施工过程相对复杂，造价高。目前市场上钻孔灌注桩综合单价约为SMW工法桩的50%，SMW工法桩造价明显较低。

4　结论

总体来说，采用SMW工法桩+2道混凝土环形内支撑的方案一,内支撑体系受力明确，传力途径简单，施工方便，施工空间大，兼具止水作用，经济性好，因此本项目最终采用方案一。

目前该项目已顺利完成，根据监测结果整个施工过程基坑支护体系结构受力及变形合理，均未超过相关限值[1～3]要求，其中桩顶最大水平位移累积值17.5mm；周边道路及建筑也未出现超出限值的沉降变形及裂缝，其中通湖路路面最大沉降累积值19.3mm。经工程实践检验，本基坑支护方案设计合理，实际效果良好。

[1]JGJ 120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].北京: 中国建筑工业出版社,2012.

[2]GB50497-2009 建筑基坑工程监测技术规范[S].北京: 中国计划出版社,2009.

[3]GB 50010-2010 混凝土结构设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社,2011.

The comparision of foundation excavation and bracing plans of a Fuzhou primary school

ZHANG Huajun

(Fuzhou Planning & Design Resesrch Institute,Fuzhou 350003)

This paper refers to the comparision of foundation excavation and bracing plans of underground garage of a primary school in Fuzhou .First,this paper analyzes the selection of pile,the plan and vertical layout of internal bracing system by the stress analysis with the analysis software of lizheng.Then it chooses the SMW pile + ring inner support scheme by considering the force of structure,foundation sealing,convenience of construction,economy and other aspects.At last,Checked by engineering practice,the foundation excavation and bracing plans is reasonable,and the actual effect is good.

Foundation excavation and bracing plans; Foundation excavation and bracing design; Comparision of design plans; SMW process pile

张华军(1979-)，男，工程师。

E-mail:56277949@qq.com

2016-02-29

TU47

A

1004-6135(2016)04-0063-03