黃紅忠

江西省有色地質(zhì)勘察三隊(duì)（338000）

某綜合樓深基坑支護(hù)方案比選與優(yōu)化分析

黃紅忠

江西省有色地質(zhì)勘察三隊(duì)（338000）

對(duì)某綜合樓深基坑施工的支護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化分析，基坑工程方案的優(yōu)化是個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)該從地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及工程大小進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)施工實(shí)踐得出經(jīng)驗(yàn)，可供同類工程參考。

基坑;優(yōu)化;選型；計(jì)算

1 工程概況

某綜合樓位于市區(qū)道路交叉處,設(shè)二層地下室。該項(xiàng)目基坑面積為6 439m2，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)周長(zhǎng)約320m。該工程裙房開(kāi)挖深度為7.00m(東北角部分),主樓開(kāi)挖深度為9.75m,根據(jù)基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程,該工程可定級(jí)為二級(jí)基坑。工程地質(zhì)條件見(jiàn)表1。

表1 工程地質(zhì)條件

2 計(jì)算理論及依據(jù)

采用地質(zhì)勘察報(bào)告所提供的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù),主動(dòng)土壓力采用朗金主動(dòng)土壓力計(jì)算。被動(dòng)土壓力計(jì)算系數(shù)采用地基基床系數(shù)“m”值。地下水位-0.5m，采用水土分算，采用“m”法有限元程序進(jìn)行模擬實(shí)際施工工況的擋土結(jié)構(gòu)側(cè)向位移、內(nèi)力的計(jì)算。該方法能考慮土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐的協(xié)同工作,并考慮支撐設(shè)置的時(shí)間效應(yīng)，較符合實(shí)際施工情況。

3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1）方案設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想。基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)必須確保周圍環(huán)境安全可靠,同時(shí)還應(yīng)做到經(jīng)濟(jì)合理、方便基坑開(kāi)挖及地下室結(jié)構(gòu)施工，該綜合樓的基坑圍護(hù)就是本著這一原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的造價(jià)取決于對(duì)環(huán)境的保護(hù)程度,位移控制嚴(yán)格,則造價(jià)高;位移控制寬松,則造價(jià)相對(duì)較低。

2）方案設(shè)計(jì)思路。擋土止水系統(tǒng)：根據(jù)該工程的土質(zhì)情況及挖土深度，根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程《DBJ 08-61-97》,經(jīng)綜合考慮,圍護(hù)樁決定采用SMW工法(勁性水泥土攪拌連續(xù)墻,SoilMixing-Wall)。主要基于以下幾點(diǎn)考慮：①由于粉土深度較深,常規(guī)的二軸攪拌樁成樁深度無(wú)法打穿，如采用旋噴樁代價(jià)昂貴，而三軸攪拌樁成樁深度較深；②SMW工法造價(jià)相對(duì)鉆孔灌注樁較經(jīng)濟(jì);③施工速度快,由于三軸攪拌樁成樁工藝為一噴一攪,型鋼可依靠自重插入，速度相當(dāng)快,320m的基坑延長(zhǎng)一般施工周期在24 d左右。根據(jù)不同挖深,攪拌樁及內(nèi)插型鋼的選擇思路如下：a）挖深9.75m區(qū)域?yàn)榇虼┓弁翆?攪拌樁采用Φ850三軸攪拌樁,樁長(zhǎng)22m,受力結(jié)構(gòu)采用H700×300×13×24@1200,在已建綜合樓一側(cè)，考慮其超載影響并減小變形量，受力結(jié)構(gòu)采用H700×300×13×24@900。b）挖深7.00m區(qū)域止水結(jié)構(gòu)可以有兩種選擇，一是抗管涌系數(shù)大于3.0，可不必打穿粉土層，但在深淺坑之間需打設(shè)一排攪拌樁(需打穿粉土層)以保證深坑隔水的封閉性；二是直接打穿粉土層，經(jīng)比較后者較為經(jīng)濟(jì),因此攪拌樁樁長(zhǎng)同樣取22m。

可考慮Φ850三軸攪拌樁（內(nèi)插型鋼H700× 300×12×14）及Φ650三軸攪拌樁（內(nèi)插型鋼H500× 300×11×18）兩種工藝。①前者攪拌樁用量大于后者(差值3.3m3/m),而后者型鋼重量大于前者(差值518 kg/m),則前者比后者造價(jià)低281元/m；②由于前者型鋼的每延長(zhǎng)米的折算剛度大于后者，所以位移量比后者小;③由于前者每幅成樁長(zhǎng)度長(zhǎng)并且型鋼間距為1.2m,而后者型鋼間距為0.9m,施工速度也是前者快。故在此區(qū)域決定采用Ф850三軸攪拌樁內(nèi)插H700×300×12×14@1200型鋼擋土止水。在一期道路一側(cè)，考慮分布有較多管線為減小變形量，受力結(jié)構(gòu)采用H700×300×13×24@2400+H700×300× 12×14@2400間插的方法來(lái)增加圍護(hù)樁剛度。

3）支撐系統(tǒng)。支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，為盡可能減小對(duì)周圍環(huán)境的影響，需要一個(gè)強(qiáng)大的支撐系統(tǒng)；為了做到經(jīng)濟(jì)合理，又必須使用盡可能少的支撐材料；要挖土方便，減少施工周期，支撐之間還得留出很大的挖土空間，支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨眾多矛盾。從結(jié)構(gòu)自身入手,充分研究不同結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)、整體剛度差異,從中選取受力性能最好、整體剛度最大的結(jié)構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu),這應(yīng)是盡可能好地解決上述矛盾的有效方法之一?？梢钥紤]以下幾種方案：方案一、二、四都是采用一道支撐系統(tǒng),由于挖深較深,采用剛度較大的混凝土支撐。方案一采用井字撐,最大變形22.2mm,但是挖土不是很方便。方案二采用角撐結(jié)合對(duì)撐的支撐形式,挖土較方案一有所改進(jìn),但是變形比較大,最大處達(dá)39.6mm,對(duì)周邊環(huán)境不利。方案四采用圓形支撐,受力性能好(最大變形僅15.6mm),挖土非常方便(中心部位基本呈無(wú)支撐狀態(tài)挖土)。方案三是方案二的變體,采用兩道支撐系統(tǒng)，第一道采用混凝土支撐,第二道采用鋼支撐。采用兩道支撐,由于第一道支撐中心標(biāo)高較高,對(duì)于早期位移控制比一道支撐有利。但是兩道支撐系統(tǒng)比一道支撐系統(tǒng)造價(jià)高、工期長(zhǎng)(估計(jì)長(zhǎng)一個(gè)月)，而且角撐變形較大,即使是采用兩道支撐,最大變形依舊有28.5mm。

四種方案中，混凝土主撐截面除方案四的圓形支撐采用0.85×1.8m2外,均采用0.85×0.85m2,連桿截面采用0.6×0.6m2?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C30。方案三鋼支撐采用2Φ609×16鋼管雙拼，方案一中主撐沿圈梁間距12m支撐,琵琶撐之間間距6m。方案二、三支撐沿圈梁間距10m，局部點(diǎn)較近，方案四支撐沿圈梁間距8m。綜合比較后，最后采用方案四。支撐中心標(biāo)高的設(shè)置考慮到結(jié)構(gòu)施工期間的拆換撐,設(shè)自然地面下3.20m。對(duì)于一道支撐早期變形較大的問(wèn)題，通過(guò)以下措施予以解決：自然地面下1.2m處設(shè)置混凝土鎖口梁,增強(qiáng)整體剛度。合理安排支撐施工順序：①圓形支撐內(nèi)的土方保留(可以起到增大被動(dòng)土壓力,減小變形的效果)，角部土方保留(可以考慮空間效應(yīng),減小邊長(zhǎng)效應(yīng))施工圓形支撐及中部徑向支撐；②開(kāi)挖角部土方,施工角部支撐；③支撐形成后,施工通道處土方回填，基坑大面積出土。

4 計(jì)算結(jié)果及分析

按照以上分析思路，挖深7.00m的區(qū)域比挖深9.75m的區(qū)域位移大,實(shí)際上這是由于支撐中心標(biāo)高落低較深，而7.00m區(qū)域樁長(zhǎng)比9.75m區(qū)域短，出現(xiàn)第一工況位移較大,實(shí)際上經(jīng)過(guò)上述施工措施，7.00m區(qū)域?qū)崪y(cè)位移比計(jì)算值小。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基坑支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)著眼于可行方案的篩選與優(yōu)化，這是在基坑支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的。設(shè)計(jì)者必須充分了解和分析場(chǎng)地工程地質(zhì)情況及環(huán)境保護(hù)情況,遵循安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便的原則，充分考慮各種工況及相應(yīng)的工程措施。在施工中，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)不利跡象,及時(shí)采取相應(yīng)措施。目前該基坑工程已經(jīng)竣工,實(shí)測(cè)位移都在計(jì)算結(jié)果范圍內(nèi)，取得了較好的效果，具有較好的參考價(jià)值。

[1]王海波,陳吉東,陳瑋光.層次分析法在深基坑支護(hù)方案選型決策中的應(yīng)用[J].江西建材,2013(05).

[2]吳科一,張銘.復(fù)雜環(huán)境下深基坑工程監(jiān)測(cè)分析[J].施工技術(shù),2013(21).

[3]徐立軍.建筑工程基坑圍護(hù)項(xiàng)目的施工技術(shù)[J].中華建設(shè), 2011(12).