济南东舍坊深基坑工程多种支护方式及变形对比分析

黄 薛， 郭长恩， 孔 涛

(1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014；2.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

0 引言

随着城市规模的不断扩大，地下空间的开发利用越来越受到重视。随着岩土工程技术的进步，基坑支护方式向多样化和组合化方向发展。面对复杂的周边环境条件和绿色岩土设计的要求，针对性的选择合理的支护方式，在确保安全性要求的前提下，合理节约工程造价，缩短工期，节约资源，越来越受到欢迎[1-3]。以济南东舍坊项目深基坑工程为例，探讨在同一深基坑支护工程中采用3种支护方式，以及对3种支护方式控制边坡变形的效果进行对比分析研究[4-10]。

1 工程概况

济南东舍坊项目位于济南市泺源大街南侧，东舍坊街与太平街之间。拟建的工程包括综合楼、附属建筑物及地下车库,建筑平面呈反L型，平面尺寸为166.0 m×97.0 m，开挖深度11.5～14.8 m，基坑底面标高为28.5～29.0 m。工程位于济南市市区，场区周边建筑林立、地下管线分布广泛，北侧AB段紧靠中银大厦地下室，北侧C1D段紧邻泺源大街及地下管线，其它地段距周边建筑物较远。场区周边的建筑物(构造物)及地下管线分布情况见图1及表1。

图1 基坑支护平面图Fig.1 Plan of foundation pit support

2 地质条件

根据勘察报告，场地地形较平坦，地势南高北低，自然地面标高为39.42～44.03 m，地貌单元属山前冲洪积平原前缘。场区钻孔揭露地下水稳定水位埋深为10.50～15.90 m，水位标高27.39～33.50 m,年变化幅度2～3 m，局部以上层滞水的形式赋存于地层中,场地岩溶水水位标高约28.50 m。基坑影响范围内地层为①杂填土、②碎石土、②1粘土、③胶结砾岩、③1碎石土、④1残积土、④全风化闪长岩、⑤强风化闪长岩、⑤1强风化泥灰岩、⑥中风化灰岩(破碎)、⑦中风化灰岩，基坑支护设计参数建议值见表2。

3 基坑支护设计

3.1 设计方案选型

根据基坑开挖深度及周边建筑、地下管线分布的影响，结合工程地质条件及水文地质条件及甲方对基坑周边场地的使用要求，采取针对性的支护设计方案。考虑安全、经济、合理、可靠及地区经验,通过多种方案对比分析，本基坑设计采用悬臂桩支护、桩锚支护、复合土钉墙3种支护方式，按一级基坑设计。

表2 基坑支护设计参数建议值Table 2 Recommended values of design parameters for foundation pit support

基坑周边设计超载20 kPa，建筑物地上5～7层，无地下室，按126 kPa取值，施工重型车辆按60 t取值，折算为30 kPa，超载作用范围为基坑坡顶2 m以外；基坑设计使用年限18个月。

3.2 基坑支护方案

3.2.1 悬臂桩支护

基坑北侧AB段靠近中银大厦,无法设置锚杆，采用悬臂桩支护，支护结构见图2。支护桩采用钻孔灌注桩，桩径1.0 m，桩间距1.4 m，桩长为25.0 m。桩顶采用冠梁把支护桩连成一整体。坡面采用挂网喷射混凝土，采用Ø6.5 mm@250 mm×250 mm现场编制,钢筋材料采用HPB300钢材。喷面混凝土采用C20,喷面厚度≮50 mm。坡顶护坡宽度为1.5 m，每隔2.0 m砸入1Ф16 mm(0.5 m长)的钢筋。

图2悬臂桩支护结构剖面图
Fig.2Profile of cantilever pile support structure

3.2.2 桩锚支护[11-15]

基坑西侧CC1段、北侧C1D段考虑材料堆场及坡道使用，采用桩锚支护方案，支护结构见图3。支护桩采用钻(冲)孔灌注桩，桩径0.8 m，桩间距1.4 m，桩长为19.0 m。布置2道预应力锚索，锚索与水平面夹角为20°，采用“2桩1锚”布桩方式，锚索水平间距2.8 m，锚索应按要求进行锁定。锚索采用矩形布置，锚索孔径150mm，采用3S15.2钢绞线；注浆材料均采用水泥浆，水泥型号P.O 42.5，水灰比为0.5，均采用压力注浆，二次补浆，第一次注浆压力采用0.4～0.5 MPa，二次注浆压力采用2.5～3.0 MPa,水泥浆强度≮M20。

图3西侧CC1段、北侧C1D段桩锚支护结构剖面图
Fig.3Profile of pile-anchor support structures on the West CC1section and North C1D section

腰梁采用2×20a槽钢连接，承压板为200 mm×200 mm厚20 mm钢板。桩顶采用冠梁把支护桩连成一整体。

坡面采用挂网喷射混凝土，采用Ø6.5 mm@250 mm×250 mm现场编制,钢筋材料采用HPB300钢材。喷面混凝土采用C20,喷面厚度≮50 mm。坡顶护坡宽度为1.5 m，每隔2.0 m砸入1Ф16 mm(0.5 m长)的钢筋。

3.2.3 复合土钉墙支护[16-17]

其他段采用复合土钉墙支护,放坡坡率为1∶(0.2～0.3)，土钉与水平面夹角为15°，其支护结构见图4。土钉采用梅花形布置，孔径130 mm，长度6.0～12.0 m，孔间距1.5～1.6 m，杆体材料采用Ф25mm钢筋；土钉在横向上、纵向上采用1Ф16mm钢筋连接，并确保与面层配筋有效连接,若坡面易坍塌，可先喷射40～50 mm厚面层后施工土钉。锚杆长度12.0～16.0 m，孔径150 mm，孔间距1.5 ～1.6 m,杆体材料Ф28 mm钢筋；腰梁采用1×22a槽钢，锚杆应按要求进行锁定。

图4其他段复合土钉墙支护剖面图
Fig.4Profile of composite soil nail wall support on other sections

坡面挂网喷射混凝土，采用Ø8 mm@250 mm×250 mm现场编制,钢筋材料采用HPB300钢材，坡顶护坡宽度为1.5 m，每隔2.0 m砸入1Ф16 mm(0.5 m长)锚固钢筋及1Ф16 mm的挂网钢筋，采用C20混凝土,喷面厚度≮80 mm，外翻以外采用80 mm厚C15素混凝土硬化地面。

4 基坑工程变形对比分析

本基坑工程监测项目包括支护结构坡顶水平位移和竖向位移监测；深层水平位移；支护桩内力、锚杆轴力、锚索轴力；周围建筑物地基沉降监测[18]。通过基坑工程监测，实时掌握基坑变形、周边建筑物地基变形等数据，为确保基坑及周边环境的安全提供依据。 为了对比同一深基坑中3种支护方式对基坑及周边环境的影响程度，分别对3种支护方式基坑变形监测的各段各选取2个监测点数据进行对比分析，比较支护结构坡顶水平位移和竖向位移、周围建筑物地基沉降的差异性，分析哪种支护方式对控制基坑变形、周围建筑物地基沉降较为有利。W2和W4是悬臂桩支护的2个监测点；W23和W25是桩锚支护的2个监测点；W20和W21是复合土钉墙支护的2个监测点。从2013年11月16日开始开挖到2015年7月28日基坑回填，监测时间历时619 d，监测结果见图5～7。

图5 3种支护方式坡顶水平位移与时间的关系曲线Fig.5 Horizontal displacement of slope roof vs time curve for three types of support

图6 3种支护方式坡顶竖向位移与时间的关系曲线Fig.6 Vertical displacement at top of the slope vs time curve for three types of support

图7 桩锚支护结构随深度变化位移曲线Fig.7 Displacement vs pile anchor support depth curve

从图5、图6和图7分析，在基坑开挖至基底的时间段内，桩锚支护的坡顶水平位移为7.5～9.8 mm，竖向位移为0.64～4.89 mm，岩土层的深部位移为0.14～1.16 mm；悬臂桩支护的坡顶水平位移为10.6～14.8 mm，竖向位移为2.30～4.32 mm；复合土钉墙支护的坡顶水平位移为12.7～20.9 mm，竖向位移为3.81～10.17 mm。

总的来说，针对本工程而言，桩锚支护坡顶水平位移最小，悬臂桩支护的坡顶水平位移较大，复合土钉墙支护的坡顶水平位移最大；桩锚支护和悬臂桩支护的坡顶竖向位移相差不大，复合土钉墙支护的坡顶竖向位移最大；基坑周边建筑物沉降量1.19～6.80 mm，3种支护方式对周边建筑物的影响均较小。

从本基坑变形监测数据对比分析，3种支护方式都能满足基坑的安全性要求，符合设计；但桩锚支护对控制边坡变形效果最好，悬臂桩次之，复合土钉墙最不利[19-24]。

5 结语

本工程将3种支护方式应用于同一深基坑中，采取针对性的支护设计方案，可以更好地满足设计方案的安全性、经济性、合理性、可靠性要求。在基坑监测周期内，监测结果表明，3种支护方式结构变形、周边建筑物等均处于安全状态，符合设计要求。说明3种支护方式应用于同一深基坑中效果非常好，同时节省了工程造价，缩短了工期，节约了资源。