吴启红， 潘 峰， 万世明， 董建辉， 徐 青

(成都大学 建筑与土木工程学院， 四川 成都 610106)



某山区城市复杂环境深基坑支护实例分析

吴启红， 潘 峰， 万世明， 董建辉， 徐 青

(成都大学 建筑与土木工程学院， 四川 成都 610106)

以某山区城市的深基坑支护设计为例，针对该工程场地高程变化较大，地层条件和周边环境较为复杂的现状，同时考虑后续拟建道路的标高等问题，进行多种方案的分析、论证与优化.最终确定，采用多种支护形式，即“排桩”、“喷锚”以及“排桩+挡土墙”，分段对基坑进行支护.工程实践证明，本深基坑支护设计及实施方案具有一定的创新性及实用性.

深基坑；支护设计；复杂环境；山区

0 引 言

随着现代城市的建设发展步伐急剧加快，城市的各类建筑工程数量不断增多，导致深基础工程越来越大，基坑深度也越来越深.不仅如此，随着城镇化率的逐年提高，一些山区城市也不断进行旧城改造，应运而生的便是山区坡地上的深基坑工程的出现.山区坡地上的深基坑工程与一般深基坑工程不同，由于其场地地形地貌的局限性，比如场地标高相差较大，周边环境较复杂等，根据基坑工程的不同特性选取相适应的支护结构进行支护就变得尤为重要.对此，本研究拟以某山区深基坑工程项目为研究对象展开实例分析.

1 工程概况及地质水文条件

1.1 工程概况

作为研究对象的拟建工程场地位于某山区市中区，场地北西面为住宅楼，住宅楼北西面临街道，场地东面现为医院住院部楼房，南面围墙外为民房.西面为该医院锅炉辅助楼等建筑物.拟建建筑为住院大楼，高17/-2层，框剪结构，占地面积为8 525.20 m2，总建筑面积为25 594.69 m2，拟设正负零标高为317.35 m，基坑底标高约为307.65 m.整个场地最大相对高差约4.6 m，呈北低南高之势.

该工程基坑开挖深度为4.7 m～9.4 m不等，并已局部开挖.由勘探资料可知，其土层基坑边坡由填土、岩层组成.由于场地内填土层局部较厚，自立支撑能力极差，土体受水浸泡后极易坍塌.而场地内局部无自然放坡开挖的施工条件，故必须采取有效的基坑支护措施.

1.2 工程地质与水文条件

1.2.1 工程地质条件.

据勘探，场地地层可分为人工填土层和基岩2层.

1.2.2 场地水文条件.

场地位于沱江Ⅱ级阶地前缘地带，地下水不甚发育.根据钻探结果，场地地下水稳定水位埋深为1.8 m～9.1 m，相应高程为307.02 m～310.77 m.地下水主要为第四系松散堆积层中的孔隙潜水，亦有少量基岩裂隙水发育，受大气降水和地表人工排水的补给.总体看，场地地表、地下水向场地北部地势较低地带排泄.场地上覆填土为强透水层，基岩为弱透水层，场地环境类别为Ⅱ类.

1.2.3 场地不良地质作用与场地水、土腐蚀性评价.

经勘探，拟建场地不存在危及场地安全的如滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用，场地稳定.场地土对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性.场地地下水水质对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性.

2 深基坑支护设计方案及施工要求

2.1 基坑支护方案

目前，针对基坑支护的方案较多，如放坡、排桩支护、锚杆等等.各种方案都有其优点和局限性.因此，选择合理的方案是保证基坑加固工程质量的关键.本设计在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上，参照成功的设计及施工经验[1-4]，进行了多种方案的分析、论证与优化，并着重考虑场地放坡条件、通行荷载及场边堆载，结合经济技术指标，最终确定对该基坑采用“放坡+素混凝土喷面”、“排桩”、“ 排桩+挡土墙”的支护方案，并针对工程实际情况进行分段支护设计，具体如图1所示.

图1 基坑支护平面布置图

1)基坑的ABCDE段(见图2).由于该段基坑顶标高约为312.35 m，基坑底标高307.65 m，基坑深度为4.7 m，并具有一定的放坡空间，且填土层厚度不大，设计采用放坡即可确保基坑安全.坡比大于1∶0.5，且在填土层坡面进行喷射80 mm混凝土面层.

2)基坑的EF段和JKL段(见图3).由于该段基坑顶标高约为316.75 m，基坑底标高为307.65 m，基坑深度为9.1 m，由于具有一定的放坡空间，但考虑填土层厚度为3.5 m，设计采用分两级放坡的方式来确保基坑安全.上部填土坡比大于1∶1.3，下部岩层坡比大于1∶0.2，且在填土层坡面进行喷射80 mm混凝土面层.

图2 ABCDE段支护剖面图

图3 EF段和JKL段支护剖面图

3)基坑的FGHJ段(见图4).由于该段基坑顶标高约为316.75 m，基坑底标高为307.65 m，基坑深度为9.1 m.但考虑紧邻医院住院部，最近处距地下室外墙边线仅相隔1.5 m，设计采用的“排桩"进行支护.护壁桩桩径为1.0 m，冠梁为1 m×0.7 m(宽×高).

图4 FGHJ段支护剖面图

4)基坑的NPA段(见图5).由于该段基坑顶标高约为317.05 m，基坑底标高为307.65 m，基坑深度为9.4 m，由于具有一定的放坡空间，且填土层厚度不大，设计采用放坡即可确保基坑安全.上部填土坡比大于1∶0.6，下部岩层坡比大于1∶0.15，且在填土层坡面进行喷射80 mm混凝土面层.

图5 NPA段支护加固剖面图

5)基坑的LMN段(见图6～7).由于该段基坑顶标高约为316.75 m，基坑底标高为307.65 m，基坑深度为9.1 m.但考虑紧邻规划道路的标高约为318 m～319 m，为确保规划道路的安全，本次设计采用的“排桩(支护下部基坑)+挡土墙(支护上部道路)”进行支护，即可确保基坑安全，考虑该排桩作为后续设计的挡土墙基础.护壁桩桩径为1.5 m，冠梁为1.5 m×1 m(宽×高).

图6 LMN段支护剖面图

图7 悬臂式挡墙细部图与配筋图

2.2 施工总体要求

2.2.1 材 料.

1)钢材.Φ为HPB235级钢筋，Φ为HRB335级钢筋；混凝土，排桩混凝土强度等级为C 30，冠梁强度等级为C 30，混凝土保护层厚度50 mm，喷射砼等级为C 20砼；水泥，采用42.5R水泥；砂子，采用干净的中粗砂，粒径为0.25 mm～0.5 mm，含泥量不得超过5%，含水率以4%～6%为宜；石子，采用粒径小于15 mm的小碎石；焊条，E43××用于HPB235级钢筋和Q235级钢，E50××用于HRB335和HRB400级钢筋.

2)所有材料进场均应有出厂检验报告和合格证，进场后均应按批次和相关要求进行送检，达到要求之后才允许使用.

2.2.2 排桩施工要求.

1)桩采用人工或机械成孔工艺，桩径为1.0 m和1.5 m，桩身砼强度C30；保护层厚度50 mm.桩径偏差≤-50 mm，垂直度≤1%，桩底沉渣≤100 mm.

2)桩体钢筋采用非对称配筋，施工时应注意钢筋安置方向及位置；施工过程中宜隔桩施工，在灌注混凝土24 h后进行邻桩施工.

3)钢筋笼纵向受力钢筋采用对焊或机械连接，接头应相互错开，在连接处的35 倍钢筋直径区段内，有接头的钢筋截面面积不得大于总截面的50%，并应保证连接长度满足规范要求.

4)做好混凝土的统筹安排，确保桩体混凝土必须一次浇注，如为水下灌注混凝土其桩身混凝土强度应提高一个等级.

5)开挖时每孔都应进行详细的地质记录，若发现地质异常，应及时通知业主和设计单位；支护桩施工中应采取措施保证土体的稳定；桩端嵌固深度长度应满足设计要求；桩顶嵌入冠梁的长度不小于为100 mm，且桩的全部主筋均要伸进冠梁内，其锚入长度大于35倍桩主筋直径.

2.2.3 喷射砼与冠梁施工要求.

1)喷射砼喷射厚度80 mm，砼标号为C 20细石混凝土，砼配合比按室内试验结果确定.

2)冠梁的混凝土强度C 30，钢筋保护层厚度为50 mm；冠梁应每隔15 m～25 m设置宽20 mm沉降缝(伸缩缝)缝应设置在桩身的中心；冠梁主筋采用机械连接，施工前应清理排桩的桩头，桩的全部主筋均要伸进冠梁内，其锚入长度大于35倍桩主筋直径；冠梁基槽开挖后，应及时组织后续施工，防止基槽进水或垮塌.

2.2.4 悬臂式挡土墙与桩间护壁施工要求.

1)挡土墙背填土应每400 mm厚分层夯实，压实系数不小于0.97；悬臂式挡墙的竖向钢筋应深入冠梁600 mm以上；墙身沿长度每隔15 m～20 m设一道宽20 mm沉降缝(伸缩缝),缝处塞以沥青防水层,或嵌入涂以沥青的木板；挡土墙应按图设置排水孔，挡墙靠土体一侧的加上一层土工布，采用直径75的PVC管,每2.0 m2不少于1个；下雨期间严禁施工,并应做好坡面防水措施,防止雨水渗入坡体，避免出现安全事故.

2)桩间护壁应修土挂钢筋网，喷射C 20混凝土进行支护；挂网钢筋应与桩基预埋钢筋及锚杆要充分焊接牢靠，必须确保施工质量；桩间土钢筋网双向Φ 6.5@200；桩间土面层喷射混凝土厚度为80 mm.土方开挖后应及时支护，避免基坑、桩间土垮塌；桩间土面层须设置直径为50 mm泄水孔，竖向间距为2.0 m，水平间距同桩间距.

2.2.5 排水系统.

红线范围内临设用水区必须作硬化地坪及排水处理.对基坑边出现的裂缝应及时做必要的填补，严防地表水的渗漏.喷锚面按2.5 m×2.5 m设置泄水孔.基坑排水系统：坡顶、坡底设排水沟和集水井，排水汇入市政管道前经沉砂池沉淀.坡脚设置一排排水沟，截面尺寸为200 mm×200 mm×200 mm(顶宽×底宽×高)，坡脚排水沟汇集体边坡排水的水及坑底积水，坡顶排水沟拦截雨水，并用于接受坑底抽水，坡顶排水以明沟形式排泄.基坑顶四周排水范围内以采用挂网喷砼，以防止地表水渗入.坡顶、坡脚每隔25 m～30 m设置一集水井，截面尺寸为800 mm×800 mm×1 000 mm(长×宽×高).

2.2.6 土石方开挖要求.

1)支护结构强度达到设计强度80%后方可进行土方开挖，土石方开挖不得碰撞基坑支护结构，不得造成桩间土垮塌.

2)土石方开挖应严格执行分层开挖的原则.一次开挖深度不得大于1.5 m.弃土应远离基坑边15 m～20 m以外堆放，以免对支护结构的受力产生影响.

3 施工监测

3.1 测点布置

基坑开挖前在距基坑周边不小于2H(H为基坑深度)处布置2个监测基准点；每栋邻近建筑物上布置2～3个监测点；围墙每隔20 m设1个沉降监测点，每隔30 m设1个水平位移监测点；基坑边坡上每隔15 m～30 m设置1个沉降监测点、沿基坑四周坡顶设置1排水平位移监测点.

3.2 观测方法

基坑开挖前对监测点及基准点进行2次测量，以获得准确的初始值，基坑开挖及支护施工期间每天监测1次；当监测结果变化速率较大时则每天监测2次；当有事故征兆时应连续监测.支护施工结束后，地下结构工程施工期间每周监测1次直至基坑回填土结束.

3.3 观测结果分析

在整个基坑开挖过程中，本研究在基坑周边的建筑物共设置了12个位移观测点和12个沉降观测点，另在基坑四周边坡共设置12个位移和沉降观测点，测得最大垂直位移为2.7 mm，水平位移为9.6 mm.至2014年8月底，地下室结构已施工完毕，基坑土方回填亦已完成，基坑边坡及周围建筑物的水平位移及沉降均很稳定.结果表明，该基坑支护达到了预期的设计意图.

4 结 论

由于该工程场区为山区地貌，其周边环境较复杂，场地标高变化较大，基坑设计中同时要考虑基坑东侧紧邻住院部以及基坑北侧后续市政道路规划标高的问题，在设计过程中结合相关工程经验以及原有的支护结构，采用不同支护参数进行分段支护，获得满意的效果.

本基坑支护方案通过第三方单位变形观测，其基坑壁的最大位移在规范允许范围内，并且目前地下室土方已回填，说明本支护加固措施是成功的.该工程案例提示，类式工程在施工中应建立健全监测制度，对基坑支护实施信息化施工，随时提供有关支护和土体变形信息，以便及时掌握，调整施工顺序，从而确保工程安全施工.

[1]龚晓南．深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部．建筑基坑支护技术规程：JGJ 120-2012[S].北京：中国建筑工业出版社出版，2012.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部．建筑桩基技术规范：JGJ 94-2008)[S].北京：中国建筑工业出版社出版，2008.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部．岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范：GB50086-2015[S].北京：中国建筑工业出版社出版，2015.

[5]李铭，吴启红.深基坑失稳的加固支护实例分析[J].成都大学学报(自然科学版)，2012,31(2):176-180.

[6]秦四清．深基坑工程优化设计[M]．北京：地震出版社，1998.

[7]徐青，吴启红.复杂地质环境下高速公路高边坡变形破坏模式研究[J].成都大学学报(自然科学版)，2014,33(3):282-285.

Case Analysis of Supporting Design of Deep Foundation Pits with Complex Environment in Cities in Mountainous Areas

WUQihong,PANFeng,WANShiming,DONGJianhui,XUQing

(School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China)

The supporting design of deep foundation pits in cities in mountainous areas is taken as an example in this paper.The site elevation changes greatly,and the formation conditions and the surrounding environment are complex.Furthermore,the issues of the elevation of the follow-up proposed roads should be considered.Based on the consideration of many factors comprehensively,analysis,demonstration and optimization of many different designs,different supports like “row piles",“bolting support" and “row piles and retaining wall" are used in the supporting design.Engineering practice proves that the deep foundation pit design and its realization plan in the paper are innovative and feasible to some extent.

deep foundation pit;support design;a complex environment;mountainous area

1004-5422(2017)02-0204-05

2017-04-25.

国家自然科学基金(51308081)、 四川省科技厅科研计划(2013JY0119)、 国家级大学生创新训练计划(201511079007)资助项目.

吴启红(1981 — )， 男， 博士， 副教授， 从事岩土工程与地下工程研究.

TU753

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