杭州临安某商住楼基坑支护设计分析

火统曜，池海学，李世奥，陈国栋

（1.国咨（北京）规划设计有限公司，北京 100043；2.防灾科技学院，河北 廊坊 065200）

0 引言

基坑支护工程属于一个古老不断而发展的课题，放坡开挖和建议木桩围护可追溯到远古时代。随着人类文明的进步，为了改善生存的条件，进一步加快了基坑工程的发展。在上个世纪的西方世界，Bjerrum l.等[1]就已经关注到基坑工程有关的问题，并开始进行深入研究，发表了有关评价、预估土坡的稳定程度以及计算支护结构所受荷载大小的相关原理著作。之后，随着认识的深入、相关技术的不断发展以及对相应对策的研究，基坑支护技术也逐步得到发展和完善。

1970 年代以后，许多国家纷纷开始制定关于基坑支护设计、挖掘、施工的一系列法规，规范和引导行业发展，带来了更好的经济效益和社会效益。深基坑理论及技术在国外经过多年的发展和经验的积累已经日趋成熟，越来越多的建筑采用深基坑工程。我国深基坑工程是20世纪90年代后发展起来的，高层建筑迅猛发展，同时大量的地下市政设施、地下商业广场、地铁车站、海底隧道等开始兴建，基坑深度超过10m 的比比皆是。同时随着建筑高度的不断增加，为了满足高层建筑的构造及使用要求，基础埋深必定越来越深，深基坑工程越来越多。同时因为建筑物的增多、基坑形式复杂，也造成了基坑开挖时条件越来越复杂。

目前，国外在基坑开挖、基坑支护、基坑监测等方面已经有一套成熟的理论与技术。基坑工程在我国发展起步较晚[2]，1978 年即改革开放后，随着我国经济的高速发展，城市化进程也越来越快，大量建筑特别是高层建筑及市政工程开始涌现出来，以上海、广州等为代表的大城市相继建成了一些高层建筑。我国通过借鉴国外的先进技术及在建设过程中积累的经验快速发展，城市高层建筑开始大量修建。在地下工程的修建中，尤其地面以下的铁路工程规模越来越大，使得基坑开挖的深度最大已经超过了20m。随着时间的推移，对基坑建设的深度极限已经达到30～40m。与此同时，我国的基坑支护工程的相关技术水平，也正在逐步地提高和完善[3]。

1 工程概况

工程位于临安市人民广场东侧，该工程拟建两座高层住宅楼、设二层地下室。工程场地自然地面高程为43.00m，地下室底板底普遍标高为33.50m，大面积基坑开挖深度为9.50m，基坑西侧和南侧均为已建成道路，东侧和北侧均为建筑物，无放坡开挖空间，本工程南面和西面采用土钉墙支护形式进行施工，东侧和北侧需进行设计及计算，基坑总平面图见图1。

图1 基坑总平面图

根据本工程勘察报告，基坑支护影响范围内各土层物理力学性质指标为①杂填土，杂色，松散，稍湿，由生活垃圾、建筑垃圾、碎石、粘土、砂等组成，局部含少量耕土；②粉质粘土，灰黄色，松散，可塑～硬塑，含大量的铁锰质矿物结核及青灰色条带，局部分布；③卵石，杂色，湿，中密～密实，很湿～饱和，卵石含量约50%～65%，粒径2～15cm，漂石含量约20%～30%，母岩为熔结凝灰岩、花岗岩、粉砂岩，全场分布；④全风化凝灰岩，青灰色、灰续色、灰红色，组织结构基本破坏，岩石风化是粘性土状，全场分布；⑤强风化凝灰岩，青灰色、灰级色、灰红色，组织结构较清晰，凝灰质结构，层状构造，风化裂隙发育，岩芯呈碎石状、短柱状，用手捏易碎，全场分布；⑥中风化凝灰岩，青灰色、灰绿色、灰红色，组织结构清晰，凝灰质结构，层状构造，风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状、柱状，局部膨润土化，全场分布。各土层参数见表1。

表1 各土层参数表

2 基坑支护方案及计算

2.1 基坑支护方案确定

综合分析本基坑地质条件、基坑开挖深度、周围环境条件以及本工程基坑支护设计需要，本基坑支护工程的基坑东侧8m 为一层临时住房，北侧约9m 左右为三层建筑物，基坑普遍开挖深度为9.5m，电梯井挖深达12.5m，开挖深度较大，是临安地区的超深基坑之一，并且基坑周边环境条件复杂，进行支护方案设计及计算的基坑东侧和北侧均为建筑物，无放坡开挖空间。基坑影响范围内上部为卵石层、下部为基岩，卵石层和基岩层中需选择合理、高效的成桩工艺，以及合理确定桩长且卵石层力学性质好、渗透性能较好、地下水处理难度较大，经综合考虑，本工程采用灌注桩结合锚杆的支护形式。

桩锚支护结构是在抗滑桩与锚杆支护共同作用下新发展起来的结构型式[4]，能够将锚杆的锚固力作用与抗滑桩的阻滑力充分发挥出来。对比其他支护结构，桩锚支护结构具有低劳动强度、高机械化程度以及工程开挖量较小等特点。

2.2 基坑支护方案设计计算

根据前面的分析，决定北面和东面采用桩锚支护形式进行施工，根据土层参数以及设计要求，进行基坑支护设计计算，得出相关的计算成果。桩锚支护的排桩、锚杆的剖面布置图如图2 所示，表2 和表3 分别为桩锚支护设计基本参数和支锚信息参数。

表2 设计基本参数表（单位：m）

表3 支锚信息参数表

图2 北面和东面桩锚支护剖面布置图

图3 为基坑支护工程内力位移包络图，由图3 可知，本工程最大位移为9.28mm。图4是地表沉降图，三角形法最大沉降量为23mm，抛物线法最大沉降量为35mm，指数法最大沉降量为18mm，结果均符合要求。综合分析本基坑地质条件、基坑开挖深度和周围环境条件，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）[5]判定，基坑东面和北面安全等级为一级，安全系数标准为1.35，经验算后得出的整体稳定安全系数为1.934，满足要求。

图3 内力位移包络图

图4 地表沉降图

3 地下水的控制及施工工艺

3.1 工程场区水文地质条件

根据本工程勘察报告，场地地下水主要为孔隙性潜水。勘探深度内地下水较发育，上部两层土为弱透水层，3 层土为透水层，地下水主要赋存于3 层卵石层中，地下水位主要受大气降水及地表水影响，随季节变化和气候变化而升降。地下水稳定水位埋深0.10～1.30m。

3.2 地下水控制方案选择和井点降水的布置

地下水的控制方法可分为帷幕止水和降排水两种类型，基坑工程施工设计中合理选择地下水控制方案是非常重要的一个环节，需要考虑基坑周围建筑、基坑总体稳定性等一系列因素。如基坑所处地区的政府政策规定以及地方技术规范，无论选择何种方案，都应符合施工要求，满足当地的降水要求标准，并且在经济投入以及安全性上有一定的合理性，满足周边建筑物安全性对基坑降水的要求。考虑到卵石层虽然含水量丰富且透水性好，但其粘土含量较高，本工程地下水采用管井降水法。

结合该场地的岩土工程勘察报告，该场地土类以卵石、凝灰岩以及粉质粘土为主，基坑深度在9.5m，采用井点降水法，降水至地下10m，井距取25m，井深取11m，管井的滤管外径取200mm，降水井距离基坑边缘3.5m，井点降水布置图见图5。

图5 井点降水简图

3.3 支护结构施工工艺

锚杆施工工艺顺序一般是钻孔前的施工准备工作、钻孔机进行钻孔、制作和安装锚杆、注入水泥浆、锚头的安装、安放和固定槽钢、钢筋预应力的张拉及锁定、工程施工质量的验收。在钻孔灌注桩的施工方面，排桩最好采取隔桩施工的方法，并在混凝土灌注的24h 后，进行邻桩成孔的施工。成桩后，采用低应变动测法检测桩身的完好程度。当根据低应变动测法判定桩身可能存在的缺陷，影响到桩的整体承载力时，可以进行钻芯检测。

在进行冠梁的施工时，首先要将桩的桩顶部分提前清理干净，以保证施工的顺利进行。不同冠梁模版型号的选用以及施工工作时的有关注意事项应按照之前的设计规划有序进行。灌注桩在成桩完成，并且养护完成后，方可将桩顶的部分凿除，给后续的施工做铺垫。在制作冠梁时，要用到的混凝土必须按照设计要求的型号进行配兑，浇筑完成后并进行振捣，以保证冠梁整体的密实性。

4 结语

本基坑支护设计，是从实际生产的角度出发，综合考虑本工程的场地条件及周边环境，并严格遵守相关规范的规定，最终确定本基坑采用灌注桩加锚杆的支护结构。

在卵石层中灌注桩一般采用人工挖孔工艺，采用人工挖孔工艺施工速度慢且易发生安全事故。本工程灌注桩普遍采用冲击成孔工艺，加快了施工速度，减少了安全事故发生的概率。考虑到基坑东北角距离建筑物较近，冲击成孔时的振动会对建筑物造成影响。故该处灌注桩仍旧采用人工挖孔工艺。灌注桩终孔标准以桩长进入坑底不小于0.3 倍基坑深度，以及进入中风化基岩0.5m 双控。桩间距突破常规做法，合理控制了灌注桩的长度及间距，较大幅度地节省了造价。