天津市某大厦深基坑支护设计实例与分析
关键词:深基坑；支护结构；支撑体系；设计；效果；挖土；基坑变形
一、工程概况
本工程由二层地下车库、三层裙房和主楼组成，总高度约为129m，总建筑面积约为49134㎡²,其中地下建筑面积近15000㎡。本工程为框架-核心筒结构。
本工程±0.000标高相当于绝对高程4.900，自然地坪绝对标高约为3.700。地下车库基础底板底相对标高-11.70，下设100厚素砼垫层及50mm厚防水保护层，基坑底开挖至相对标高-11.850，开挖深度约为10.65m，。主楼部分深基坑底相对标高为-13.25m，挖深约12.05m；主楼电梯基坑底相对标高为-14.45m，比主楼基坑深1.2m，位于主楼基坑中部。主楼基坑位于大基坑西南一侧，主楼基坑底边最近距离支护桩边约5.2m。
基坑平面形状很不规则，比较复杂，东西最长处约为109.7m，南北最长处约为95m，周长约360m，深基坑面积约为7600㎡²。根据《建筑基坑工程技术规程》的有关规定及相关文件，本基坑工程安全等级按一级。
根据总平面图，本工程基坑四周环境简述如下：本基坑施工场地狭窄。北侧为原场地围墙，距基坑约3m，围墙外为原有道路及其绿化带；东侧为临时办公建筑及围墙，围墙外为原有道路；西北角为一民用平房，距基坑约为3m，西侧为待建锅炉房；南侧为原有办公楼、水池及烟筒，基坑距办公楼约5m，距水池约为2m，距烟筒约为8m，其中办公楼和烟筒均为钻孔灌注桩基础，办公楼基础埋深2.1m，桩长16.5m；烟筒基础埋深约3m，桩长约18m。
二、工程地质概况
该场地地势平坦，依据勘察报告，该场地土层参数如下：
该场地地下水静止水位埋深按1.5m考虑。C、值采用直剪快剪强度标准值。
三、深基坑支护方案设计
1.基坑支护设计方案选择
本基坑支护工程完全无放坡的可能。综合分析场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周围环境等多种因素，在确保周围建筑物安全和正常使用、确保基础和地下室施工安全的前提下，在“安全适用，经济合理，确保质量，方便施工”的原则下，本基坑支护采用钻孔灌注桩结合一道钢筋混凝土内支撑作为本工程基坑支护结构。支护方案见图1。
2.基坑降水方案选择
本工程采用一排连续搭接的三轴水泥搅拌桩作为基坑的防渗止水帷幕。桩顶位于现地表下500m，有效桩长16.5m，桩径均为850mm，组内咬合250mm，组与组之间咬合600mm，搅拌桩采用42.5普硅水泥，水泥掺入比20％，水灰比1.5。
本工程设置的止水帷幕可将坑外水源隔绝，但由于地下水位高，基坑内的土体处于地下水位线以下，本基坑采用大口井坑内降水疏干，井径700mm，井管500mm，井1深16m，共28口井；井2位于主楼基坑范围内，深17m，共7口。降水井采用无砂混凝土井管，井管滤料采用6—8mm的等粒径中粗砂或无粉碎石屑。要求至少提前20天开始降水，并将地下水位降至基坑底以下至少0.5m，一般控制在1.0以内。在坑内设置盲沟和集水井排水，盲沟随挖随用碎石回填。为防止地表水进入基坑，在基坑外侧四周设排水明沟300×400，间隔30米设集水井500×500×800，集中排入市政管网。
3.计算方法：
支护桩内力及位移的计算采用平面单元计算的方法。该方法采用朗肯土压力理论，抗剪强度指标为直剪快剪指标，采用水土合算，用弹性抗力法求得计算结果。对于支护桩嵌固深度，本设计主要通过基坑的抗倾覆安全性和整体稳定安全性来确定。
坑深10.65m，采用带支撑800@1000钻孔灌注桩支护结构，桩顶位于现地表下2.2m，相当于建筑标高-3.400，桩长为16.5m，嵌固深度为8.05m，计算时考虑施工超载15kPa。
4．深基坑支撑结构及特点
本工程深基坑支撑结构采用一个大圆撑加三个小圆撑的支撑形式。使得大圆撑避开主楼，为主楼地下室施工带来便利。支撑局部加钢筋混凝土板，加强了整个支撑体系的刚度。
支撑形式结合基坑平面形状，主要为钢筋混凝土环梁支撑形式，周边设置钢筋混凝土支撑。冠梁（截面为1400×700mm）和水平支撑结构的顶标高设置在-2.700m。冠梁和水平支撑结构的混凝土强度等级为C30。环梁1（截面为1800×700mm）轴线半径为37.236m，环梁2（截面为1200×700mm）轴线半径为15.451m、10.206m及9.222m。支撑截面为600×600mm，顶标高为-2.750m。
在支撑环梁下设置支撑竖托桩支撑用以承担基坑水平支撑系统的垂直荷载。支撑竖托桩基坑下为Φ800钻孔灌注桩，混凝土强度等级为C25，有效桩顶标高为-11.85m，有效桩长16m，基坑上部为450×450mm预制钢格构柱，锚入桩内2m，上部锚入支撑环梁内。钢格构的四角为125mm×125mm的角钢，用400mm×300mm×10mm的缀板连成整体,坑内共设33根支撑竖托桩。为保证格构柱与基础底板相交部位不渗水，在基础绑扎底板钢筋之前，格构柱内外焊接5mm厚60mm宽止水板带，达到止水效果。
四．基坑变形结果与分析
该基坑由西北角开始进行土方开挖，采取由西北角向东南角逐步退挖的挖土方式。最终，该基坑侧壁最大变形约为120mm，最小变形约为30mm。最大变形发生在基坑的西北角处，此处为土方最先挖至坑底标高处。最小变形发生在南侧，此处为最后挖至坑底标高处。