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摘要:本文结合工程应用实例，在介绍建设工程地质与水文地质条件的基础上，重点围绕围护结构、钻孔灌注桩应用及基坑计算等方面探讨了深基坑支护设计工作，并对支护设计方案进行深入的剖析，阐述了基坑概念性设计的重要性，以供同行借阅。
关键词:深基坑；支护设计；围护结构；概念性设计
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：
随着我国城市化进程的加快，城市建筑行业得到蓬勃的发展，许多高层建筑建设空间逐渐向地下空间进行开发，对建筑深基坑工程支护结构的施工质量提出了更高的要求。深基坑工程具有施工规模大、建设周期长、施工环境复杂等特点，需要在一些软土地基上进行施工操作，并穿越周边建筑物及地下管理设施，同时基坑支护不在建筑主体施工的范围内，一些单位为了节约工程成本，往往忽略了基坑支护结构的重要性，一旦深基坑工程没有采用合理的支护方案，不仅会影响到建筑工程后续施工的进度，而且对周边建筑物及地下管道设施的质量安全构成极大的威胁，甚至会导致安全事故的发生。因此，建设单位必须重视深基坑工程支护结构的设计工作，制定出符合深基坑工程需要的支护方案，以确保深基坑工程的质量安全。
1 工程概况
某高层建筑商住楼四周比较狭窄，且埋有给排水管、通讯管线，场地南北各有一幢3～5层的砖混结构旧建筑物。主体建筑32层，地下室2层；裙楼为商场，塔楼为住宅。该建筑基坑周长约350m，开挖深度约为8.5m。
2 工程地质与水文地质条件
地质钻探揭露地层如下:(1)杂填土，主要由松散砖块、混凝土碎块等组成；(2)淤泥层，深灰色、饱和、流塑，标贯击数1～3击，层厚2.40～8.0m；(3)粉质粘土层，分布不连续，层厚1.10～3.20m，平均1.75m，标贯击数5～8击；(4)粉土层，分布不连续，层厚0.90～3.20m，标贯击数6～12击；(5)细砂层，分布不连续，层厚0.70～4.20m，平均1.91m，标贯击数5～12击，水上坡角为38°～39°，水下坡角为32°～33°；(6)中、粗砂层，分布不连续，层厚0.95～3.80m，平均1.96m，稍密，砂层标贯击数9～14击，中密砂层标贯击数17～22击。(6)强风化粉砂质泥岩，层厚0.40～13.10m，平均4.54m，天然抗压强度2.68MPa；(7)中风化粉砂质泥岩，层厚4.60～36.6m，天然抗压强度3.04～11.40MPa；(8)微风化粉砂质泥岩，层厚3.3～8.80m，天然抗压强度11.90MPa。
场地内地下水为第四系冲积细砂、中粗砂层中的孔隙水，富水程度中等，粉土富水程度较弱，基岩裂隙水一般较微弱。场地内地下水主要靠东濠涌水侧向补给，其次为大气降水补给。
土层参数见表1。
表1 土层参数
3 设计方案
3.1 围护结构设计原则
(1)支护结构等级为二级，基坑重要性系数C0=1.0。地面超载值取20kPa。
(2)支护结构平面布置应满足地下室边墙外界尺寸的要求，并按规范允许的结构受力、变形、施工误差等要求进行放线施筑；深度满足地下室净空要求。
(3)支护结构采用北京理正深基坑计算软件计算。施工阶段围护结构最大变形控制在30mm以内，临近楼房地段施工阶段的围护结构最大变形控制在10mm以内。围护结构仅作为基坑施工的临时支护结构。
(4)地震烈度:本场地地震烈度为VII度；场地土类型:软弱～中硬或坚硬土；建筑场地类别:II类。
3.2 结构设计
根据场地工程地质条件和基坑周边环境情况，采用钻孔灌注桩加预应力锚索支护，桩间采用高压旋喷桩止水。根据强、中风化层面标高的不同，调整钻孔灌注桩和高压旋喷桩桩长，钻孔灌注桩桩长以进入强、中风化岩层1.0m为宜，高压旋喷桩桩长以穿过砂层0.50m为宜。
钻孔灌注桩:桩径800mm，桩间距1000mm，桩长约14.0m。预应力锚索采用2×7Φ5钢绞线，自由段长6.0m，锚固段长19.0m(图1)。高压旋喷桩，桩径600mm，桩间距为1000mm，桩长13.0m，水泥用量不少于150kg/m。冠梁尺寸为800×600mm，混凝土的强度为C30，腰梁采用32C槽钢。
图1 基坑支护剖面大样图
3.3 基坑设计计算
基坑设计计算采用理正深基坑设计软件，选用ZK2号孔为例。
(1)理正计算原始数据
理正计算所需原始数据见表2～表7。
表2 基坑的基本信息1
注: 表中画□的数据为问题数据, 下同。
表3 基坑的基本信息2
表4 土层参数
表5 超载情况
表6 支护结构设计参数
表7 预应力锚索情况
注: 锚杆材料与混凝土材料参数略。
2)计算结果
计算结果见表8～表12。
表8 不同计算方法时的内力及位置
表9 基坑的水平位移值
表10 配筋时使用的内力值
表11 实际配筋结果
表12 锚索内力及配筋结果
注:安全系数计算结果略。
4 设计方案剖析
(1)临近建筑非常近(最小4.0m)，地层很差，主要为淤泥与砂层，采用锚桩支护设计很难防止周边建筑物与地下管线的变形，容易造成事故。其次，在锚索施工过程中，由于砂层很厚，很难保证地表不变形。
(2)地质情况非常差，采用两桩一锚不利于基坑稳定，导致基坑存在严重的安全隐患。
(3)在淤泥与砂层很厚的情况下，为保证旋喷桩质量，旋喷桩水泥用量应不少于200kg/m。
(4)不能正确使用理正软件，尽管软件是先进的，但是软件的使用以及计算结果还是需要技术人员分析的。本例中参数取用存在诸多问题，画t表示问题参数。下面分别说明: ①根据《建筑基坑支护技术规定》(GJB-02-98)对深基坑的定义，本基坑安全等级为一级，所以基坑侧壁重要性系数应为1.10；②土层的抗力系数取用不正确，没有依据土层c、φ进行修正；③锚索的支锚刚度取用偏大；④冠梁的水平侧向刚度太大(30.00MN/m)，而水平侧向刚度对围护结构的位移影响很大；⑤计算结果有误；⑥计算得到4-755錨索，没有任何依据取半2-7Φ5。上述诸问题说明，计算必须符合实际。
5 基坑概念性设计
深基坑工程是与众多因素相关的综合系统工程，诸多因素往往又不确定，彼此影响，很难用单一的方法进行计算，这就使得概念设计特别重要。指出概念设计就是对众多影响因素的概念要清楚，并能进行综合，设法从总体上将主要问题把握住，以寻求最佳组合。
该深基坑设计恰恰没有注意到基坑周边环境的特点: ①管线繁多；②基坑周边多层、简单基础的建筑多；③毗邻河涌；④地质条件差，主要为淤泥以及砂层。简单认为采用桩+锚索方式可以使施工有良好的空间，可以提高基坑的施工效率，并且通过施加预应力可以有效控制桩水平位移，从而确定了设计方案。该设计方案是不合理的或者说是具有极大的潜在安全问题的。25m长锚索，在个别地段超过30m长，占据本已非常有限的地下空间，对地下空间的长远利用是非常不利的。
6 结论
通过探讨建筑深基坑工程支护结构设计工作，笔者总结了设计过程中注意要点：①建设单位应强化基坑的概念性设计，以寻求最佳的支护方案；②应掌握设计软件的参数选用，结合工程实际的计算结果，制定出合理的、科学的控制措施；③对于一些复杂的老城区而言，应综合考虑地质条件、基坑施工特点、地下空间利用、环境岩土工程等因素，尽可能采用内支撑+桩(墙)方式，以确保深基坑工程的质量。
参考文献
[1] 贾淑明;陶炳芳.某高层建筑深基坑支护设计与施工[J].混凝土与水泥制品.2012年第12期
[2] 单虹.深基坑支护结构设计探讨[J].城市建设理论研究.2012年第12期
关键词:深基坑；支护设计；围护结构；概念性设计
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：
随着我国城市化进程的加快，城市建筑行业得到蓬勃的发展，许多高层建筑建设空间逐渐向地下空间进行开发，对建筑深基坑工程支护结构的施工质量提出了更高的要求。深基坑工程具有施工规模大、建设周期长、施工环境复杂等特点，需要在一些软土地基上进行施工操作，并穿越周边建筑物及地下管理设施，同时基坑支护不在建筑主体施工的范围内，一些单位为了节约工程成本，往往忽略了基坑支护结构的重要性，一旦深基坑工程没有采用合理的支护方案，不仅会影响到建筑工程后续施工的进度，而且对周边建筑物及地下管道设施的质量安全构成极大的威胁，甚至会导致安全事故的发生。因此，建设单位必须重视深基坑工程支护结构的设计工作，制定出符合深基坑工程需要的支护方案，以确保深基坑工程的质量安全。
1 工程概况
某高层建筑商住楼四周比较狭窄，且埋有给排水管、通讯管线，场地南北各有一幢3～5层的砖混结构旧建筑物。主体建筑32层，地下室2层；裙楼为商场，塔楼为住宅。该建筑基坑周长约350m，开挖深度约为8.5m。
2 工程地质与水文地质条件
地质钻探揭露地层如下:(1)杂填土，主要由松散砖块、混凝土碎块等组成；(2)淤泥层，深灰色、饱和、流塑，标贯击数1～3击，层厚2.40～8.0m；(3)粉质粘土层，分布不连续，层厚1.10～3.20m，平均1.75m，标贯击数5～8击；(4)粉土层，分布不连续，层厚0.90～3.20m，标贯击数6～12击；(5)细砂层，分布不连续，层厚0.70～4.20m，平均1.91m，标贯击数5～12击，水上坡角为38°～39°，水下坡角为32°～33°；(6)中、粗砂层，分布不连续，层厚0.95～3.80m，平均1.96m，稍密，砂层标贯击数9～14击，中密砂层标贯击数17～22击。(6)强风化粉砂质泥岩，层厚0.40～13.10m，平均4.54m，天然抗压强度2.68MPa；(7)中风化粉砂质泥岩，层厚4.60～36.6m，天然抗压强度3.04～11.40MPa；(8)微风化粉砂质泥岩，层厚3.3～8.80m，天然抗压强度11.90MPa。
场地内地下水为第四系冲积细砂、中粗砂层中的孔隙水，富水程度中等，粉土富水程度较弱，基岩裂隙水一般较微弱。场地内地下水主要靠东濠涌水侧向补给，其次为大气降水补给。
土层参数见表1。
表1 土层参数
3 设计方案
3.1 围护结构设计原则
(1)支护结构等级为二级，基坑重要性系数C0=1.0。地面超载值取20kPa。
(2)支护结构平面布置应满足地下室边墙外界尺寸的要求，并按规范允许的结构受力、变形、施工误差等要求进行放线施筑；深度满足地下室净空要求。
(3)支护结构采用北京理正深基坑计算软件计算。施工阶段围护结构最大变形控制在30mm以内，临近楼房地段施工阶段的围护结构最大变形控制在10mm以内。围护结构仅作为基坑施工的临时支护结构。
(4)地震烈度:本场地地震烈度为VII度；场地土类型:软弱～中硬或坚硬土；建筑场地类别:II类。
3.2 结构设计
根据场地工程地质条件和基坑周边环境情况，采用钻孔灌注桩加预应力锚索支护，桩间采用高压旋喷桩止水。根据强、中风化层面标高的不同，调整钻孔灌注桩和高压旋喷桩桩长，钻孔灌注桩桩长以进入强、中风化岩层1.0m为宜，高压旋喷桩桩长以穿过砂层0.50m为宜。
钻孔灌注桩:桩径800mm，桩间距1000mm，桩长约14.0m。预应力锚索采用2×7Φ5钢绞线，自由段长6.0m，锚固段长19.0m(图1)。高压旋喷桩，桩径600mm，桩间距为1000mm，桩长13.0m，水泥用量不少于150kg/m。冠梁尺寸为800×600mm，混凝土的强度为C30，腰梁采用32C槽钢。
图1 基坑支护剖面大样图
3.3 基坑设计计算
基坑设计计算采用理正深基坑设计软件，选用ZK2号孔为例。
(1)理正计算原始数据
理正计算所需原始数据见表2～表7。
表2 基坑的基本信息1
注: 表中画□的数据为问题数据, 下同。
表3 基坑的基本信息2
表4 土层参数
表5 超载情况
表6 支护结构设计参数
表7 预应力锚索情况
注: 锚杆材料与混凝土材料参数略。
2)计算结果
计算结果见表8～表12。
表8 不同计算方法时的内力及位置
表9 基坑的水平位移值
表10 配筋时使用的内力值
表11 实际配筋结果
表12 锚索内力及配筋结果
注:安全系数计算结果略。
4 设计方案剖析
(1)临近建筑非常近(最小4.0m)，地层很差，主要为淤泥与砂层，采用锚桩支护设计很难防止周边建筑物与地下管线的变形，容易造成事故。其次，在锚索施工过程中，由于砂层很厚，很难保证地表不变形。
(2)地质情况非常差，采用两桩一锚不利于基坑稳定，导致基坑存在严重的安全隐患。
(3)在淤泥与砂层很厚的情况下，为保证旋喷桩质量，旋喷桩水泥用量应不少于200kg/m。
(4)不能正确使用理正软件，尽管软件是先进的，但是软件的使用以及计算结果还是需要技术人员分析的。本例中参数取用存在诸多问题，画t表示问题参数。下面分别说明: ①根据《建筑基坑支护技术规定》(GJB-02-98)对深基坑的定义，本基坑安全等级为一级，所以基坑侧壁重要性系数应为1.10；②土层的抗力系数取用不正确，没有依据土层c、φ进行修正；③锚索的支锚刚度取用偏大；④冠梁的水平侧向刚度太大(30.00MN/m)，而水平侧向刚度对围护结构的位移影响很大；⑤计算结果有误；⑥计算得到4-755錨索，没有任何依据取半2-7Φ5。上述诸问题说明，计算必须符合实际。
5 基坑概念性设计
深基坑工程是与众多因素相关的综合系统工程，诸多因素往往又不确定，彼此影响，很难用单一的方法进行计算，这就使得概念设计特别重要。指出概念设计就是对众多影响因素的概念要清楚，并能进行综合，设法从总体上将主要问题把握住，以寻求最佳组合。
该深基坑设计恰恰没有注意到基坑周边环境的特点: ①管线繁多；②基坑周边多层、简单基础的建筑多；③毗邻河涌；④地质条件差，主要为淤泥以及砂层。简单认为采用桩+锚索方式可以使施工有良好的空间，可以提高基坑的施工效率，并且通过施加预应力可以有效控制桩水平位移，从而确定了设计方案。该设计方案是不合理的或者说是具有极大的潜在安全问题的。25m长锚索，在个别地段超过30m长，占据本已非常有限的地下空间，对地下空间的长远利用是非常不利的。
6 结论
通过探讨建筑深基坑工程支护结构设计工作，笔者总结了设计过程中注意要点：①建设单位应强化基坑的概念性设计，以寻求最佳的支护方案；②应掌握设计软件的参数选用，结合工程实际的计算结果，制定出合理的、科学的控制措施；③对于一些复杂的老城区而言，应综合考虑地质条件、基坑施工特点、地下空间利用、环境岩土工程等因素，尽可能采用内支撑+桩(墙)方式，以确保深基坑工程的质量。
参考文献
[1] 贾淑明;陶炳芳.某高层建筑深基坑支护设计与施工[J].混凝土与水泥制品.2012年第12期
[2] 单虹.深基坑支护结构设计探讨[J].城市建设理论研究.2012年第12期