时间：2013-11-29 分类：建筑设计
摘要：本文结合本工程基坑特点，对六种支护方案进行分析比选最终得出适用于本工程的最佳支护方案并将该方案进行阐述，为天津市其他类似项目的深基坑支护施工方案设计提供一定的借鉴。
关键词： 深基坑;支护方案
城市进程化的快速发展，促使近年来我国城市基础建设规模逐渐加大，城市人口的增加使得高层、超高层建筑等工程项目大幅度增加。但由于土地的稀缺，使得城区内的许多高层项目必须向地下要空间。因此，充分利用地下空间的深基坑工程不断增加，其中作为辅助工程的支护结构是保证深基坑工程开挖及永久性建筑正常施工的关键环节。本文针对和畅园项目的实际工程条件对可行性方案进行比定，最终设计了支护桩混凝土内支撑的深基坑支护结构体系。
一、工程概况
本工程位于市区卫津路，周边建筑众多，卫津路道路下地下管线较为复杂，基坑边缘西、北两侧均紧邻现有道路，西侧距卫津路约3m，四周空间狭窄，道路过往行人、车辆很多，总体环境复杂。基坑开挖过程中要求合理安排出土时间、交通路线、车辆的临时停靠点以及车辆的调度。
基础较深，土方开挖难度大。基底坑坑深最深达13.4米，预计开挖土方10万m3。受周围环境条件制约，为确保相邻道路安全运行，基坑土方钻孔灌注桩进行边坡支护和人工降水，且土方开挖坡道设在基坑内。施工场地狭窄，二次搬运量大。结构施工阶段建筑物南北路仅能形成单向施工进退道路，现场不能形成循环道路需借场外道路。
该工程总体特点是：施工场地狭窄，周边建筑及配套设施繁多，基坑深，土方开挖量大且施工运输困难，对深基坑从质量、工期及造价等方面要求较高。
二、支护结构方案的研究
1、选择基坑支护类型的影响因素
⑴工程地质及水文地质条件。基坑的平面尺寸，开挖深度。
⑵基坑的平面尺寸，开挖深度。
⑶荷载情况
a、土压力，水压力。
b、地面荷载的分布及大小。
c、施工的荷载。
d、相邻建筑物的荷载
⑷环境条件
a、周围的地区性质。
b、周围的建筑物状况。
c、周围的地下构筑物，地下管线状况。
d、周围的交通状况和道路情况。
e、周围的水域状况。
f、相邻工地的施工情况，尤其是打桩和降水施工。
⑸支护结构的造价情况。
⑹基坑开挖、排水及降水的方法。
⑺设计中容许的变形量。
2、本工程影响基坑支护方案选取的具体情况
⑴基坑的平面尺寸，开挖深度：基坑尺寸137m*90m;基坑平均深度在7—9m，最深相对标高-11.450m。
⑵工程地质及水文地质条件。
⑶环境条件：位于市区卫津路，周边建筑众多，基坑边缘西侧紧邻现有道路，距卫津路约3m，北侧距离6层住宅最小距离6.7m，东侧距离2层供热站最小距离2.2m，南侧紧邻现有道路，距林芝路约3m。
⑷基坑开挖、排水及降水的方法：开挖采用机械开挖，挖槽采用分步开挖，第一步挖至环梁下皮标高-2.70m，挖深2.85米;第二步挖至腰梁下皮标高-7.40m，挖深7.55米。最后开挖第三步，挖至槽底标高-13.30m，电梯井部分挖至标高-13.30m。降水采用大口井降水，采用无砂混凝土井管，井径700mm,井距为19m左右。
⑸设计的容许变形量：围护顶部变形，累30mm，3mm/d;围护结构侧向位移，累计30mm，3mm/d;坑外土体侧向位移变形，累计30mm，3mm/d;坑外地表剖面变形，累计20mm，2mm/d;周边建(构)筑物变形，累计20mm，2mm/d。
⑹工期要求：围护结构施工3个内月完成。
⑺支护结构的造价控制：由于本工程为和平区定向安置房工程，由国家及地方财政直接拨款建设，需要在满足设计及施工的前提下，尽可能的节省工程费用的支出，力争做到优质、高效、经济的目标。
3、本工程基坑支护方案比选
本工程的基础较深，土方开挖难度大，周围建筑物众多 ，地面荷载大，对于支护桩体的土、水压力较大;在满足安全的条件下，由于本工程是定向安置房项目对于工期及造价有严格限制，本工程支护结构工期为3个月，同时需要在最大限度的降低造价。因此针上述情况本文对各种支护形式进行优化及筛选，从性能、使用范围、经济性上做了深入的探讨。
方案一：水泥土搅拌桩
此方案既能挡土又能止水，技术上较成熟，但深层搅拌法适宜各种成因的饱和软粘土，且软土层很厚和地面超载大的情况下安全性和经济性就大大降低，不适于局部单独作用，且基坑深度不宜大于6m,施工范围内地基土压力不宜大于150KPa。
方案二：悬臂式排桩
此方案支护不占基坑开挖空间，价格低、技术成熟，施工设备及队伍多，在软土地区深度不宜大于5m。
方案三：排桩+小段放坡
此种围护组合经济性较强，安全稳定性好;支护又不占用基坑开挖的空间，土方开挖时可以提供较大的工作面，有利于施工组织，且价格低、技术成熟，当地施工设备及队伍较多;在软土地区深度不宜大于5m。
方案四：排桩+锚杆
此支护方案不占基坑开挖空间，土方开挖时可以提供较大的工作面，有利于施工组织，施工技术成熟，施工设备及队伍多;但在软土层中，地层锚固力小，锚杆易产生蠕变变形，无法满足设计对于基坑变形量的要求，且本工程基坑周围建筑物、道地下管线众多，基坑工程红线距离建筑物及道路最近处仅2m多 ，若使用此技术将超出红线范围。造价：460～700万元;1.0～1.5万元/延米。#p#分页标题#e#
方案五：地下连续墙
既能挡土又能止水，技术上较成熟，但由于施工当时恰逢当地地铁施工及基坑施工旺季，施工设备及施工队伍较少，另外本工程基坑深度较深，周围建筑物众多，地面荷载大，地基土压力，地下连续墙无法单独使用，也需要结合锚杆或内支撑同时使用。造价：600～920万元;1.8～2.0万元/延米。
方案六：排桩+环梁(水泥土桩做止水帷幕)
基坑变形小，安全可靠，土方开挖时可以提供较大的工作面，有利于施工组织，施工技术成熟，施工设备及队伍多;但环梁内支撑需要拆除。造价：400～550万元;0.9～1.2万元/延米。
基于上述方案的分析情况，得出以下结论：
水泥土搅拌桩，本工程基坑深度较深，周围建筑物众多 ，地面荷载大，对于支护桩体的土、水压力较大，无法使用此方案。悬臂式排桩，由于本工程基坑深度较深，周围建筑物众多，最深相对标高-11.450m，地面荷载大，土压力大，单纯使用此方案无法满足设计对于基坑变形量的要求，且安全性不高，故无法使用此方案。排桩+小段放坡，在软土地区深度不宜大于5m，且本工程场地狭小，上段放坡施工后将超过施工红线，从实际施工条件上不具备，所以无法选用。排桩+锚杆，总体费用较高，无法解决超出红线施工及支护变形较大的问题，本设计不采用。地下连续墙，由于\"二墙合一\"的做法外墙身混凝土的柔性防水处理无法施工，只能进行墙身混凝土的内部钢性防水，在技术且上存在风险，故不考虑\"二墙合一\"的设计思路;地下连续墙的方案总体费用较高，由于本工程预算限制，故本设计不采用。排桩+环梁(水泥土桩做止水帷幕)，全可靠，满足设计对于基坑变形的要求，满足工期要求，总体费用较低;选择此种方式进行基坑支护，可边开挖边支护，第一步挖至环梁下皮标高-2.70m，挖深2.85米;第二步挖至腰梁下皮标高-7.40m，挖深7.55米。最后开挖第三步，挖至槽底标高-13.30m，电梯井部分挖至标高-13.30m;这样不影响工程进度，且无回填量，大大节约成本和工期;故采用此基坑支护方案。
经过上述的分析对比，最终选择\"排桩+环梁(水泥土桩做止水帷幕)\"作为本工程的基坑支护方案。
4、本工程支护方案的介绍
(1)本工程基坑支护结构方案的组成
桩+环梁支护结构由挡土结构与环梁支撑系统组成。其挡土结构与悬臂式围护结构相同，主要为钢筋混凝土排桩，在围护结构中统称作围护桩;桩顶设置一道环梁，环梁覆盖不到的位置辅助设计支撑杆系，并由环梁提供水平支撑力;这样就形成的可靠的支护体系，并且充分发挥了排桩的支撑力，支护结构的整体刚度大大提高。
桩+环梁支护结构体系主要由排桩围护体系、环梁支撑体系和挡水体系三部分组成。
a、排桩围护体系
沿深基坑边缘，通过机械钻孔的施工方法灌注混凝土桩，形成支撑桩体。
b、环梁支撑体系
以基坑为中心，沿基坑四周与桩顶冠梁相切的现浇混凝土梁;并辅助以支撑杆系。
c、挡水体系
由于排桩之间存在间隙，采取深层搅拌水泥桩进行挡水。
(2)基坑支护方案：
a、本工程坑深为7.850m~11.500m。局部电梯井挖深13.3m。
b、钻孔支护灌注桩1桩顶大沽标高为0.600，桩径900mm，桩数为39根，桩长19m，桩距1.1m，灌注桩混凝土强度为C25。钻孔灌注桩2桩顶大沽标高为0.600，桩径700mm，桩间距为800mm，有效桩长11.5m，桩数为77根，灌注桩混凝土强度等级为C25。钻孔灌注桩3桩顶大沽标高为0.600，桩径700mm，桩间距为1000mm，有效桩长11.5m，桩数为401根，灌注桩混凝土强度等级为C25。
c、双头水泥搅拌桩1，双φ700@1000，有效桩顶标高2.300，有效桩长16.0m，桩数为455组。双头水泥搅拌桩2，双φ700，有效桩顶标高2.300，有效桩长14.0m，桩数为449组。双头水泥搅拌桩3，φ700@1000，有效桩顶标高-4.050，有效桩长8.0m，桩数为276组。搅拌桩组内咬合200mm，单排组与组之间咬合300mm，多排组与组之间咬合200mm。
d、在电梯井四周双重管高压旋喷桩，采用φ700@500，有效桩顶标高-8.700，有效桩长17.0m，桩数为148根。搅拌桩固化剂采用P042.5普硅水泥，水泥掺入比不小于40%，水灰比1.0。
e、本工程基坑竖向共设置一道临时钢筋混凝土水平支撑，其主要支撑结构为支护桩、竖托桩、环梁、冠梁、支撑梁及少量砼板。冠梁、支撑梁及砼板强度等级为C30。设计变更：冠梁、支撑梁上下保护层为25mm，砼板保护层为15mm。环梁截面尺寸为2000×700、1400×700、1200×700，冠梁截面尺寸为1400×700，支撑梁截面尺寸为1000×700、500×700、700×700，砼板为200mm厚，冠梁、环梁、支撑梁和砼板的上皮标高均为-2m。
f、降水井1井径700mm，井深17.0m，井数为10口。降水井2井径700mm，井深14.0m，井数为44口。观测井1井径700mm，井深14.0m，井数为7口。观测井2井径700mm，井深11.0m，井数为11口。降水井井深从现地表算起，井位应避开工程桩、承台及承台梁。
