高层建筑中深基坑支护工程实例研究

一、工程概况

(一)地理位置。项目地处淮安市清河区健康西路与西安路交汇处东北侧，交通便利，但周边环境复杂。拟建1#～12#楼，为17～33层建筑，为框剪结构，设二层地下室;拟建人防及非人防地下车库为地下一层。基坑开挖面积约48136．7m2，周长约1088．3m。

(二)工程地质。根据勘察单位提供的勘察报告，土层地质特征如下:1层:素填土;2层:粉质粘土夹粉土;3层:粉土;4层:粉质粘土;5层:粉细砂;6层:粘土。

(三)周边环境及总平面图。东侧红线外为现有高层住宅，地下室外墙距东侧建筑最近距离为11．6m;南侧为健康西路道路的雨污管线;西侧分布有煤气管，煤气管埋深为地下0．6m;北侧红线位置有煤气管线埋深0．6m。

(四)场地地下水。场地勘探深度内地下水类型为潜水和承压水，对本工程有影响的主要为上部潜水。

二、基坑支护设计方案

(一)基坑支护方案。东侧采用复合土钉的支护形式，局部区域采用Φ800@1000的钻孔灌注桩(悬臂)结构挡土;南侧采用放坡的支护形式;西侧临近单体地下室区域采用Φ700的双排钻孔桩结构挡土外，其余区段(纯地库区域)采用Φ800@1000的钻孔灌注桩(悬臂)结构挡土;北侧区域因12#楼深大电梯井(实际挖深9．85m及10．85m)靠近坑边，故采用Φ700@900、Φ800@1000排桩挡土(单支点结构)。

(二)基坑地下水处理方案。1．止水帷幕。基坑支护影响范围内分布为密实的粉土，因此止水帷幕采用2排Φ700双轴深层搅拌桩(Φ700@1000)形成全封闭止水帷幕。

2．降排水设计。降排水方案:一是基坑内采用管井进行疏干降水，共布置155口管井降低坑内地下水位，并辅以明沟排水，坑外布置21口水位观测回灌井。二是基坑开挖时，视施工现场情况沿基坑周边设置排水沟，排水沟宽400mm，深300～500mm，排水沟坡度1%，及时排除雨水及地面流水，防止顶部水流入基坑，并在基坑四周设置护栏，以确保人员的安全。三是开挖前需进行试降水，视降水情况确定是否需增补降水井及开挖时间。

三、有限元法模拟分析

(一)数值模拟。1．土层基本参数。开挖区域土层基本参数见表1。2．基本工况。放坡开挖1．35m;加撑;开挖至7．75m=4m+3．75m;加刚性铰;卸撑。3．基本假设。一是降水过程已完成;二是不考虑降水对开挖的影响;三是不考虑地面超载的影响。4．模型建立。一是整个模型40m×50m;开挖面为30m宽，开挖面外20m，为基坑开挖深度的3倍;二是土体采用壳体单元，视为理想均质材料;三是钢筋混凝土桩采用弹性模型采用梁单元;四是混凝土支撑采用梁单元;五是桩土之间作绑定约束;六是约束整个模型边侧的x方向位移和底部的x，y方向的位移。5．计算分析。

(1)整体受力分析。基坑开挖完后，桩体受力最大，且在临坑面较近的位置，最大的应力达到8．76MPa。土体整体的应力都较小，最小仅有1．2kPa。开挖面以外的坑顶地面发生了沉降，且离坑壁越远沉降量相对越大，但渐渐区域平缓;坑底向上隆起，离坑壁越远隆起变化量趋于平缓。

(2)桩体受力分析。由图1和图2可以看出，桩身的受力随着开挖深度的增大，受力最大的点朝向坑底移动，在临坑面处受力最大，并且在三次开挖加刚性铰后在刚性铰的位置受到了很大的负向的应力S11，最大值达到了8MPa，这是由于加刚性铰使得此处x方向的位移被限制住，因此产生了应力集中;桩身的位移随着开挖的不断进行不断增大，由于有支撑的作用，坑顶位移在加入支撑后基本不再变化，而坑底的位移乃至桩底部的位移却一直在增大，甚至有踢脚的趋势。

(3)地表沉降及坑底隆起分析。坑底土体的隆起必然要有坑外的土体沉降来补偿，因此坑外产生了沉降，且地表沉降量离坑壁越远沉降量越大，但渐渐趋于平缓，如图3所示离坑壁16米以外沉降趋于平缓基本不再变化。基底的隆起最大值不足1cm，此位移最大量未出现在离坑壁最远处，而是离坑壁12米左右，12米以后坑底隆起量逐渐变小且在25米左右趋于平缓。

(二)分析结论。利用有限元数值分析方法对基坑开挖进行了数值模拟以及施工现场实测研究，重点采用有限元ABAQUS软件对基坑开挖进行了数值模拟并进行分析，得出结论:对于支护区段，基坑开挖完后，桩体受力最大，且在临坑面较近的位置，达到最大的应力8．76MPa。土体整体的应力都较小，最小仅有1．2kPa。开挖面以外的地面发生了沉降，且离坑壁越远沉降量越大，但渐渐趋于平缓;坑底向上隆起，离坑壁越远隆起变化量趋于平缓。基坑支护设计方案经计算分析是可行的。

四、施工重难点及监测

(一)施工重难点。施工由江苏通州基础工程公司负责，东侧钻孔灌注桩支护临近建筑最小距离仅7．5米，局部支护采用复合土钉施工。进入雨季时，观测井内一旦水位高到警戒值，施工单位安排人员看守，并及时适当抽水以降低地下水位，防止土体发生较大的侧向位移及坍塌，预防基坑安全事故的发生。

(二)施工监测内容。监测内容有:一是支护桩顶水平(垂直)位移监测。基坑开挖期间，为及时监控整个围护体的位移情况，沿支护桩顶每隔20．0左右布设1个水平(垂直)位移监测点，共计布设55个桩顶水平(垂直)位移监测点(D1～D55)。二是围护结构周边土体深层水平位移监测(测斜)。三是基坑周边道路、管线沉降位移监测。四是基坑周边建筑物沉降监测。五是坑外地下水位监测。

(三)施工监测的方法和报警值。

1．水平位移监测。采用视准法(方向线法):沿基坑边选定的方向线的两端，埋设两个永久控制点，然后在基坑边沿这两端点所连成的直线上设立一排点，定期观测这排点偏离固定方向的距离，并加以比较，即可求出这些测点的水平位移量。采用多点定向和全站仪采集坐标两种方法进行定期检测，准确校核。

2．道路、管线、建筑物沉降监测。沉降监测要求:按国家二等水准测量规范引测其高程，并定期进行联测，检测基准点的稳定情况。每次测试时，将沉降监测点与基准点之间形成一条Ⅱ等闭合线路。各测点初始值均取三次测试的平均值。观测结果采用计算机进行严密平差计算，保证水准路线闭合差≤±0．3(mm)(N为测站数)。

3．深层水平位移(测斜)监测。基坑开挖前7天，在预定测斜管位置，用GXY－1型百米钻机成孔埋设好测斜孔，管内有互成90°的四个导槽与土体变形方向一致(与基坑边线垂直)。

4．坑外水位的监测。利用现场的降水井观测兼作回灌井。用SWJ90钢尺水位仪量测地下水位的深度和变化发展情况。

(四)基坑监测结果。自2012年2月3日起至2012年9月23日，对小区深基坑进行了支护桩顶水平位移、支护桩顶的垂直位移以及围护结构周边土体深层水平位移等一系列的监测。整个深基坑支护监测结果表明:水平位移累计变量超报警值，主要原因由于基坑开挖暴露时间较长。深层位移累计变量超过报警值，主要原因是基坑土方开挖暴露时常所致。建筑物累计变量超过报警值，主要原因由于基坑开挖暴露时间较长，前期坑外水位较低，坑外土体水分子消散，出现土体固结沉降所导致。整个基坑工程从开挖到基础施工结束为止都未发生过工程事故。

五、结语

该工程所处的场区周边环境复杂、地质条件较差、差异性也较大，工期紧、基坑不规则及施工难度大，但在施工控制上整个基坑能够做到信息化施工，而且对基坑工程支护因各种原因所存在的安全隐患都能处理及时，所以确保了整个工程的基础施工，因此，不失为一个较为成功的深基坑支护工程。笔者认为，对各地的地质条件、基坑支护工程中基坑变形控制措施、监测警戒值的科学确定以及基坑工程信息化施工都值得我们以后进一步研究。