・１５４・ 长江大学学报（自然科学版）理工２０１２年６月第９卷第６期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ Ｓｃｉ Ｅｄｉｔ）Ｓｃｉ＆Ｅｎｇ Ｊｕｎ．２０１２，Ｖｏ１．９ Ｎｏ．６ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—１４０９（Ｎ）．２０１２．０６．０５０ 某工程基坑支护方案的优化设计 魏科丰 （长江大学城币建设学院，湖北荆州４３４０２３；长江大学工程技术学院，湖北荆州４３４０２０） 李德鹏 （河南省信阳市市政管理处，河南信阳４６４０００） ［摘要］以某工程基坑支护设计为实例，通过５种不同支护方案的优化比选，阐明了联合支护方案在实际 工程中的应用，并对其进行了技术和经济分析。监测结果与使用效果证明了其可行性，得出了一些对类 似工程有一定参考意义的结论，可供同类工程借鉴。 ［关键词］基坑；优化设计；监测数据分析；技术和经济分析 ［中图分类号］ＴＵ７５３ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７３—１４０９（２０１２）Ｏ６一Ｎ１５４一Ｏ４ １工程概况 （１）结构参数。工程为地上１９层，地下４层的大酒店，由主楼和裙楼组成，室内正负零标高相对 于黄海高程为３１．２０ｍ，建筑物主要结构参数见表ｌ。 表１ 拟建物的情况一览表 （２）基坑平面布置。该基坑 近似呈六边形，裙楼平行基坑边方 向的基础间的净间距与基础边长之 比不小于２，按构造底板垫层底部 高度取计算深度为２．１０ｍ；主楼靠 近东南侧填土较高，基坑开挖前清 平至统一绝对高程３１．８０ｍ（相对 黄海高程为一１．２０ｍ），主楼承台 Ｆ 分布密集，按开挖承台垫层底取计 算深度为１３．３０ｍ；基坑周围环境 简单，三倍基坑开挖范围内无建筑 物及重要管线，基坑平面图见图１。 （３）工程地下水情况。根据岩 Ｅ Ａ 土工程勘察报告结论，地下水主要 为上层滞水和承压水２大类。上层 滞水主要存在于第ｌ层素填土和第２ 层粉土夹粉砂层孔隙中，一般情况 ［收稿日期］２０１２—０３—２４ Ｂ Ｃ 图１ 某大酒店基坑支护平面图 ［作者简介］魏科丰（１９８１一），男，２００５年大学毕业，讲师，硕士生，现主要从事结构设计与应用方面的研究工作。 第９卷第６期 魏科丰等：某工程基坑支护方案的优化设计 下其含水量不大，主要接受大气降水和水渠补给，迳流则以垂直运动为主，主要排泄方式为蒸发，现场 勘探时，测得上层滞水水位埋深为０．４Ｏ～２．４０ｍ之间，无统一的自由水面；承压水主要赋存于６、７层 的孔隙中，与汉江有水力联系，主要接受与其连通的承压含水层的侧向补给，层间迳流排泄，现场勘探 时，在Ｋ２号孔测得承压水水位高程为２３．３６ｍ。 （４）水文地质条件。根据勘探报告，按各土层的岩性及其含水、透水性可划分为相对隔水层和含水 层２大类，具体土层情况为：１层素填土、２层粉土夹粉砂属弱透水孑Ｌ隙含水层；３层粉质黏土、４层黏 土夹粉砂、５层黏土为相对隔水层、６层细砂夹粉土、７层细砂为强透水层。根据监测结果地下水对混 凝土不具有侵蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。 ２ 基坑支护设计方案优选 ２．１基坑工程重要性等级 该工程基坑最大计算开挖深度Ｈ一１３．３０ｍ，工程地质及水位地质条件属于Ⅱ类标准，周边重要建 筑物离坑口最小距离４０ｍ，无重要管线及生命线工程，基坑范围内土质好，且地下水对基坑工程影响轻 微，参照湖北省地方标准《基坑工程技术规程》（ＤＢ４２／１５９—２００４），该基坑工程重要性等级为二级。 ２．２地下水影响 上层滞水赋存在１层素填土和２层粉土夹粉砂层孑Ｌ隙中，对基坑干作业有一定的影响，基坑开挖及 基础施工中应及时进行坑内排水。承压水赋存于６、７层的细砂夹粉土及以下细砂层中，取基坑最不利 Ｃ１４号孔考虑，承压水顶面绝对标高为７．１０ｍ，该区域基底绝对标高为１６．６０ｍ。基坑开挖后隔水层厚 度为Ｄ一１６．６０—７．１０＝＝＝９．５０ｍ。地质勘察报告中给出承压水水头高程为２３．３６ｍ。按《建筑基坑支护技 术规程》（ＪＧＪ １２Ｏ一９９）验算求得： Ｈ ・ｙ 一（２３．３６—７．１０）Ｘ １０—１６２．６０（ｋＮ／ｍ ） （１） Ｄ・），一９．５×１８．９—１７９．５５（ｋＮ／ｍ ） （２） Ｋ 一 １＞１ 式中，Ｈ 为承压水高度，ｍ；ｙ 为水的重度，ｋＮ／ｍ。；ｙ为土的重度，ｋＮ／ｍ。；Ｄ为隔水层厚度，ｍ；Ｋ 为基 坑抗突涌安全系数。此区域为承台跳挖区，地勘报告中承压水水头高程为８月份丰水期水位，《建筑基 坑支护技术规程》规定：对于承台可分别开挖且平面尺寸较小的基坑，抗突涌安全系数不应小于１．０， 该坑底抗突涌安全系数大于１，基坑开挖后不会产生突涌，所以基坑施工期间不用采取降水措施。 ２．３设计方案的优化 通过参考与该工程类似的基坑支护设计方案，综合考虑各方面因素后的支护方案如下： １）方案１：桩锚支护 该方案技术成熟，应用广泛，安全可靠，对土方开挖和地下结构施工无影 响，但支护桩施工周期较长，锚杆对周围建筑物地下设施有影响，造价较高，经济效益差。 ２）方案２：水泥土挡墙联合喷锚支护 该方案施工简单方便，造价低，工期短，喷锚支护可与土 方开挖同步进行，水泥土挡墙防渗作用好，抗弯性能差，边坡变形较大，因为本工程开挖深度超过 １２ｍ，搅拌桩成桩质量不易保证，所以相对造价较高。 ３）方案３：放坡该方案施工简单方便，造价低，工期短，放坡工作量大，基坑开挖较深时土方 运输增加成本。本工程周边开阔，土质较好，适合此方案。 ４）方案４：喷锚支护该方案施工简单方便，造价低，工期短，喷锚支护可与土方开挖同步进行， 本工程周边开阔，土质较好，适合该方案。 ５）方案５：放坡、喷锚支护和局部增强的联合支护 通过以上４种方案的分析，可知该方案在保 证支护结构安全可靠的前提下，能集各家之所长，避各家之短，不仅使工程造价降低，同时可根据场区 环境灵活布置，使支护施工顺利进行，有效提高工效，节省工程造价。 经比较，采用方案５：放坡＋喷锚支护及坡底局部钢板桩增加的联合支护方案。 ３基坑支护详细设计 该工程支护结构计算采用深基坑支护设计软件及手算配合，主要计算ＡＢＣＤ段及ＤＥＦＧ段（见图１）。 长江大学学报（自然科学版）理工＊土木与建筑工程 ２０１２年６月 （１）ＡＢＣＤ段。确定安全性等级为二级。坡顶标高一１．２０ｍ，基底标高一１４．５ｍ，该段边坡开挖深度 为１３．３ｍ，该段坡面设计为三级放坡，三级坡比均为１：１．５，坡面用挂网喷射砼保护，考虑到坡脚的不利 影响，在二、三级坡脚分别增加一排直径 １６Ａ、间距５００ｍｍ，长度Ｌ一６．０ｍ的钢板桩作为抗滑加固体， 在第二、第三级坡面设计采用直径４８ｍｍ的注浆花管四排，其倾角为垂直坡面向下１５。。其他设计如下： 第１排注浆花管长度Ｌ一９．００ｍ，间距为７３００×１０００ｍｍ（纵向×横向）； 第２、３、４排注浆花管长度Ｌ一１２．００ｍ，间距为１２００×１５００ｍｍ（纵向×横向）。 采用基坑支护设计软件验算，边坡整体稳定性系数最小值为１．１６８，抗隆起安全系数为４．４４，满足 二级基坑整体稳定性要求，其结构剖面图如图２所示。 图２ ＡＢＣＤ段结构剖面图 （２）ＤＥＦＧ、ＬＭＡ段。确定安全性等级为二级。坡顶标高一３．７０ｍ，基底标高一１４．１５ｍ，该段边 坡开挖深度为１０．４５ｍ，该段坡面设计为三级放坡，三级坡比均为１：１．５，坡面用挂网喷射砼保护，考 虑到坡脚的不利影响，在二级坡脚增加一排直径 ２００ｒａｍ，间距为５００ｍｍ，长度ＪＬ一４．０ｍ的杉木桩做 抗滑加固体，在三级坡脚分别增加一排直径 １６Ａ，间距为５００ｍｍ，长度为Ｌ＝６．０ｍ的钢板桩做抗滑加固 体；在二、三级坡面靠近坡脚设计直径ｊ２『４８注浆花管各一排，其倾角为垂直坡面向下１５。。其他设计如下： 第１排注浆花管长度Ｌ＝＝＝９．００ｍ，间距为５６００×ｌＯ００ｍｍ（纵向×横向）； 第２排注浆花管长度Ｌ一９．ＯＯｍ，间距为３６００×ｌＯ００ｍｍ（纵向×横向）。 采用基坑支护设计软件验算，边坡整体稳定性系数最小值为１．１９２，抗隆起安全系数为４．５６，满足 二级基坑整体稳定性要求，其结构剖面图如图３所示。 ４施工及监测分析 为保证工程安全和周边建筑物及地下管线安全，施工严格按照“信息法”施工，加强监测，根据监 测结果及时修改设计并采取防范措施。 ４．１监测项目 该基坑的监测项目主要包括：坡顶的水平位移、坡顶（包括平台）竖向沉降及周边土体竖向沉降。 ４．２监测报警值 根据本基坑安全重要性等级，依据《基坑工程技术规程》（ＤＢ４２／１５９－２００４），现拟定坡顶水平位移 和坡顶地面沉降的报警值取以下两者中的极小值：①累计位移量６０ｍｍ，②水平位移和沉降连续３ｄ达 ５ｍｍ／ｄ或变形速率连续变大时。 ４．３ 监测要点 １）观测点数量要求 基坑坡顶水平位移及沉降观测点数量不少于ｌ５个，监测点间距不宜大于 ３５ｍ，长边中部及阳角等关键部位宜加密观测点。 第９卷第６期 魏科丰等：某工程基坑支护方案的优化设计 图３ ＤＥＦＧ、ＬＭＡ段结构剖面圈 ２）各项目监测时间间隔 开挖深度５ｍ以上时２ｄ／１次，５ｍ以下时ｌｄ／１次；开挖完毕，底板施工 期间，ｌｄ／１次，当连续３次变化率差值小于２时，３ｄ／１次，稳定后７ｄ／１次，当监测数据接近监控报警 值时，应加密观测。 ３）土方开挖工作开始之前，应埋设监测点和基准点，并观测１次 土方开挖开始后，监测频率一 般为２￣３ｄ／１次，开挖最后阶段每天观测１次，当暴雨阶段或出现异常情况时（边坡位移速率达到 ５ｍｍ／ｄ，沉降变形速率达到３ｒａｍ／ｄ）应加密监测频率，监测结果（包括图表）及时反馈给基坑支护设 计单位、施工单位、建设单位及监理人员，监测精度应符合有关规范规程要求。 ４．４注意事项 １）基坑开挖应分层分段开挖，每层厚度控制在２．５ｍ以内，每段开挖长度为３Ｏ～５０ｍ，严禁一挖 到底，挖运设备严禁碰挂支护结构。 ２）坑底土体裸露时间不得超过２４ｈ，自坑底揭露至地下室底板浇注完成的时间不得超过１０ｄ。 ３）基坑排水要求：基坑运行过程中，应在坑内坡脚外设排水沟和集水井，盲沟坑内以沙砾石料填 塞，对坑内积水进行抽排以保证坡脚无积水，基坑运行期间，应对坡顶进行硬化，再沿边缘设排水沟， 防止表水流入坑内。 ４）本基坑支护属临时性支护措施，主体单位应制定合理、高效、有序分区分段的土方开挖与地下 结构施工方案，确保基坑的降水设施运行时间控制在３ｍｏｎ内，且不得在汛期运行。 ５技术和经济分析 在该工程基坑支护设计过程中，有的设计人员提出该基坑重要性等级应为一级，根据基坑重要性为 一级做出的设计其预算金额为６４９万元，是按笔者提出的实施方案预算金额３１５万元的２倍多，业主经 过多方比较，经过专家论证后最终选择了笔者提出的基坑支护方案，并付诸实施，施工后一切正常，经 监测，坡顶的水平位移及沉降值均满足设计要求。 ［参考文献］ ［１］华南理工大学．基础工程ＥＭ７．北京：中国建筑工业出版社，２００７：１０３—１０９． Ｅ２３王翠英，王家阳．论深基坑支护优化设计的重要性ＥＪ３．武汉工业学院学报，２００５（２）：５６—５９ Ｅ３３刘建航，侯学渊．基坑工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００８． ［４３ ＤＢ４２／１５９—２００４，基坑工程技术规程Ｅｓ３． Ｅ５３ ＧＢ５０００７—２００２。建筑地基基础设计规范Ｅｓ３． Ｃ６３左冬立．深基坑支护设计与支护方案优选研究ＥＤ］．武汉：中国地质大学，２００７． ［编辑］ 洪云飞
