【摘要】本文結(jié)合工程實例，詳細闡述了高層建筑地下室基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計處理與施工監(jiān)測措施，探討了在場地條件限制下，采用鉆孔樁和鋼板樁,鋼筋混凝土水平支撐和工字鋼水平支撐兩種不同的支護結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計要點和 科學(xué) 驗算，對其施工技術(shù)進行了扼要介紹，對支護結(jié)構(gòu)施工效果進行了監(jiān)測和評析。
【關(guān)鍵詞】 基坑支護； 結(jié)構(gòu)設(shè)計； 支撐； 監(jiān)測
【Abstract】This text combine engineering solid example, detailed elaborated key figures building Ji pit in the ground floor to protect a structure design processing and construction monitor measure, study presently condition restriction bottom, adoption drill a hole stake and steel plate stake, the rEinforced concrete level prop up with the work word steel level prop up two kinds of dissimilarity of protect structure system structure design important point and science to check calculate, as to it’s construction the technique carried on concise introduction, to protected structure construction effect to carry on monitor and critique.
【Key words】The foundation pit protect; Structure design; Prop up; Monitor
1. 工程概況 湖南住宅建筑工程東面為小區(qū)道路，距路邊約20m；南面為單層臨建某酒店，間距約5.5m，該臨建基礎(chǔ)采用600噴粉樁，樁長約15m，但現(xiàn)場觀察有部分墻體有不同程度的開裂，是基礎(chǔ)不均勻沉降引起的，如果地下室深基坑支護結(jié)構(gòu)有較大變化，就會對該酒店造成較大不利影響；西面為圍墻，距離約10m，北面是八層宿舍樓，間距約13m。該建筑物占地成矩形，長55.52m，寬18.5m�？偨ㄖ娣e約15500m2，樓高15層，設(shè)一層地下室，地下室層高分別為4.4m和3.4m，但外露0.9m在地面上。場地 自然 標(biāo)高約為-0.90m，地下室基礎(chǔ)承臺墊層底標(biāo)高分別為-6.4m和-7.35m，即地下室挖土深度分別為5.5m及6.45m，具體布置詳見圖1。 圖1地下室圍堰平面圖
2. 地質(zhì)條件
按地質(zhì)鉆探資料提示，地質(zhì)情況按孔深分層如下：0～3.7m為雜填土，松散；3.7～16.7m為淤泥質(zhì)粘土，飽和流塑；16.7～24.1m為中細砂角礫層，飽和，中細砂松散，角礫稍密；24.1～26.6m為粉質(zhì)粘土，飽和硬塑；26.6～29.3m為粉質(zhì)土層，濕堅硬；29.3～55.5m為強風(fēng)化花崗片麻巖。地下水位較高，地表下約0.84m。
3. 基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的選擇
根據(jù)該建筑物地形及鉆探資料，綜合分析該地下基坑有如下幾個特點：
(1)基坑開挖深度大。
(2)基坑開挖深度范圍內(nèi)是雜填土、淤泥，土性差；地下水位較高。
(3)地下室南面距某酒店只有5.5m，且酒店有約3.0寬洗車槽場地及海鮮水池設(shè)在此5.5m范圍內(nèi)。鉆孔樁，噴粉樁等機械無法靠近施工。并且一定要保證酒店正常營業(yè)，地下室施工時要保證該酒店建筑物的安全。
通過對多種方案綜合分析，最后確定地下室基坑南面采用拉森Ⅲ型鋼板樁圍護，其余三面采用鉆孔樁800間距1100圍護，鉆孔樁外側(cè)采用500、400噴粉樁聯(lián)成止水帷幕。鉆孔樁除基坑底為-7.35m部分采用兩層水平支撐外，其余鉆孔樁均采用一層水平支撐設(shè)計，鋼板樁采用兩層水平支撐設(shè)計。第一層支撐體系采用鋼筋混凝土梁（其中鋼板樁仍使用HK300C工字鋼作腰梁，節(jié)點利用焊接鋼筋錨入支撐混凝土中），中間設(shè)φ800鉆孔支承樁。第二層支撐體系采用HK300C工字鋼。由于部分基礎(chǔ)承臺阻擋節(jié)在二層支撐的支撐樁上，考慮到不能拖延加設(shè)支撐的時間，因而先加設(shè)支撐，然后支撐與承臺混凝土一起澆筑
此設(shè)計方案本著“安全、 經(jīng)濟 、施工方便”的原則，一方面采用鉆孔樁及鋼筋混凝土支撐，經(jīng)濟合理，節(jié)省工程開支，又能保證基坑支護結(jié)構(gòu)有足夠的剛度和整體性；另一方面，鋼板樁可接駁加長，使樁錘能懸空施打板樁，以解決場地限制問題；另外，鋼板樁的抗?jié)B性能較好，鋼支撐安拆方便，施工速度快，且鋼板及鋼支撐可重復(fù)使用。
4. 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的驗算取值
4.1鉆孔樁的 計算 （按等值梁法計算）
4.1.1r、Ck、ψk按20m范圍內(nèi)的加權(quán)平均值計算，求得：r＝15.9KN/m，ψK=120；主動土壓力系數(shù)Ka=tg2(45-12/2)=0.66；被動土壓力系數(shù)Kp=tg2(45+12/2)=1.52；查表得K=1.28；eAh=rhKa=15.9×5.5×0.66=57.7KN/m2；eAq=qKa=2.64 KN/m2；
4.1.2基坑面以下支護結(jié)構(gòu)的反彎點取在土壓力零的d點，視為一個等值梁的一個鉸支點，計算樁上土壓力強度等于零的點離基坑底面下的距離為：y=Pb/r(K·Kp-Ka)=2.94m。
4.1.3按簡支梁計算等值梁的兩支點反力，求得：Po=127.3KN/m，Ra=134.6KN/m。
4.1.4計算鉆孔樁最小入土深度to=X+Y，X=10m，求得：to=12.94m；t=1.13×to=14.62m；Lh+t=5.5+14.62=20.12m。綜合考慮樁長取L＝20m。
4.1.5按剪力為零處彎矩最大，求得最大彎距：Mmax=246.8KN/m。
4.1.6采用800徑鉆孔樁，每隔1100mm布置，最大彎矩設(shè)計值：Mmax＝246.8×1.1×1.2＝325.8KN/m樁混凝土等級為C25，通過常規(guī)方法計算，鉆孔樁選配1620（對稱配筋，承受最大彎矩每側(cè)配密箍 8@250 ）。
4.2水平支撐GL1的截面設(shè)計 。水平支撐GL1的截面尺寸定為500×900mm，作用于GL1的豎向荷載包括GL1的結(jié)構(gòu)自重g=1.25KN/m和支撐頂面的施工荷載q=9.7KN/m2，作用在支撐結(jié)構(gòu)上的水平力包括由土壓力和坑外地面荷載引起的圍護墻對腰梁QL1的側(cè)向力�？砂磭o墻沿腰梁長度方向分布的水平乘以支撐中心距確定，即支撐的軸向力為NO＝7.5Ra=7.5×134.6=1009.5KN。
水平支撐GL1按偏心受壓構(gòu)件計算。取內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值綜合系數(shù)為1.2，則GL1上的彎矩M＝1.2×（g+q）lo2/8=219.1KN/m；軸力為N＝1.2No=1211.4Kn，為了構(gòu)造簡便，GL1采用對稱截面配筋，經(jīng)按常規(guī)方法計算，GL1上下各選配625，箍 8@200 （四肢）。
4.3腰梁QL1的截面設(shè)計 �！ �
QL1梁的截面尺寸定為500×800mm，圍護墻沿QL1梁長度方向分布的水平反力為q=Ra=134.6 KN/m，考慮八字撐的影響，QL1梁的計算跨度按規(guī)范取lo=(l+l1)/2=5.0m，QL1梁按連續(xù)梁考慮。查表知Mmax=0.107qlo2×1.2=504.75KN/m，最大剪力Qmax=0.607，qlo=408.5KN。通過正截面承載力計算及斜截面抗能力計算，選配625（每側(cè)），箍 8@200 (四肢)。
4.4工字鋼I30的強度驗算 。查表Wx=472.3×103mm2；（f）=215MPa，得f=Mmax / Wx=106.9MPa＜（f）），所以，采用I30工字鋼偏于安全。
4.5鋼板樁的計算 �；由�6.5m，經(jīng)驗算是一層內(nèi)支撐不滿足要求，為此要用第二層內(nèi)支支撐。采用現(xiàn)在拉森Ⅲ型鋼板樁，其截面特性：Wx=1600×103；f=200N/mm2；最大彎矩設(shè)計值：Mmax=1.2189.2=227.04KNm/m；f=Mmax / Wx=142﹤200N/mm2；考慮到現(xiàn)有鋼板樁規(guī)格等因素，經(jīng)驗算樁長設(shè)計為20m，保證深基坑支護結(jié)構(gòu)安全。
4.6第二道腰梁QL2的截面設(shè)計 。設(shè)計采用H鋼HK300C，其截面特征值：A=225.1×102mm2；Ix=40948×104mm4；I y=13734×104mm4；Wx=2559×103mm3；Wy=900×103mm3；ix=135mm；iy=78mm；沿QL2梁上分布水平力q=1.2×243.2=291.8KN/m；M=0.107qLo2=780.7KNm；f=M / Wx=305＜315N/mm2。
4.7第二層水平支撐QL2截面設(shè)計 。GL2梁采用HK300C鋼梁，其自重q=1.77KN/m；自重產(chǎn)生彎矩M=22.2 KN/m；軸向力No=7.5RB=2188.8KN；ε=M·A/N；W=0.089＜30；λ=lo/iy=117；ψb=0.374；f=260N/mm2﹤315 N/mm2。 以上結(jié)構(gòu)設(shè)計理論值經(jīng)驗算，符合設(shè)計規(guī)范要求。
5. 基坑支護結(jié)構(gòu)的施工處理措施要點
5.1鋼板樁的施工。
為避免施工打工程樁時震動及土壤擠壓對酒店的基礎(chǔ)影響，所以靠近酒店（平行于A軸）的鋼板在工程樁施工前先打，打完鋼板樁后在板樁背后做排水溝。
5.2鉆孔樁及噴粉樁施工 。全部鉆孔樁均在工程樁完成后才進行鉆孔施工，鉆孔樁采用“跳打”的方式施工。噴粉樁按鉆孔樁的施工進度分段插入施工。
5.3挖土施工及支撐的設(shè)置和拆除
5.3.1鉆孔樁完成后，降土約1.3m深(即支撐梁面標(biāo)高-2.2m)，制作第一層支撐，該層支撐完成后大面積回填300mm厚土，支撐面為不少于300mm厚的準(zhǔn)石粉石渣，這樣一方面保護支撐不被機械壓壞，另一方面有利于運泥車在場上行走。
5.3.2地下室大面積降土?xí)r，根據(jù)加設(shè)第一層支撐后，未加設(shè)第二層支撐之前，保證鋼板樁安全的驗算挖土深度來開挖土方，并且通過研究核算決定，除坑底設(shè)計標(biāo)高為-7.35m的部分和靠A軸至鋼板樁的范圍內(nèi)挖土至-5.9m深,并按I-I剖面圖所示在靠近鋼板樁留設(shè)土臺外,其余部位均大面積降土至標(biāo)高-6.4m。這樣，通過預(yù)留土臺，增加被動土壓力的土坑力，保證鋼板樁的安全，充分利用機械挖土，加快施工速度。實踐證明該方法是可行的，但不同的土質(zhì)其留設(shè)的土臺的寬度不同。
5.3.3第二層支撐應(yīng)在挖土后兩天內(nèi)加設(shè)完成，不能拖延時間，保證整個支護結(jié)構(gòu)安全。
5.3.4全部樁承臺施工完畢后，用石粉、石渣將基坑回填至于-5.9m處，這樣，使整個基坑底回復(fù)于一層支撐的深度，然后拆除第二層支撐，繼續(xù)填土至能施工地下室底板為止。
5.3.5第一層支撐（-2.2m）待±0.00樓面施工完畢，圍堰樁與地下室外壁回填土方至-3.00標(biāo)高外才拆除。
5.4降排水處理措施�；由喜客鈬捎眉团潘疁下�(lián)合排水，雖然鋼板樁及粉噴樁止水帷幕抗?jié)B性能較好，但為防止基坑開挖時的雨水、少量滲水及土層含水量的影響，基坑底四周共設(shè)8個集水井，井壁用磚砌筑，但磚縫必須疏水，井內(nèi)徑為1.0m，井底標(biāo)高比施工面低0.8m，井內(nèi)設(shè)潛水泵，集水井用排水溝縱橫聯(lián)接。這樣，由排水溝、集水井和抽水設(shè)備組成一個簡易的降排水系統(tǒng)將地下水位降低至6.0m以下。
5.5鋼板樁的回收。 完成±0.00樓面，全部支撐拆除后，采用吊車在A～B軸的樓面行車回收鋼板樁。
6. 施工監(jiān)測 為及時掌握基坑支護工程的變化動態(tài)，對該項工程采取專門監(jiān)測，對所定的監(jiān)測內(nèi)容定時進行觀測，印制標(biāo)準(zhǔn)表格，進行數(shù)據(jù)整理，繪制位移（沉降）-時間坐標(biāo)圖，以觀察各參數(shù)隨時間的變化趨勢，及時反饋信息，指導(dǎo)土方開挖和后續(xù)工程施工。
觀察項目包括：
(1)觀察南面酒店及北面八層宿舍樓的軸線標(biāo)高變化，在靠近基坑支護工程的墻轉(zhuǎn)角及中間各設(shè)四個三角標(biāo)志；
(2)觀察東面小區(qū)道路及西面圍墻的標(biāo)高位移變化，各設(shè)兩個標(biāo)志；
(3)鋼板樁墻及鉆孔樁墻每隔15m設(shè)一點，觀察水平位移和垂直度。
監(jiān)測結(jié)果表明：從挖土到地下室工程完工，共進行18次監(jiān)測，在整個監(jiān)測過程中，圍堰的位移、傾斜、支撐變化均正常，周圍建筑物、道路、管線安全。主要監(jiān)測結(jié)果如下：
(1)南面酒店的軸線無變化，最大沉降量為3mm。
(2)東面小區(qū)道路及西面圍墻無明顯變化。
(3)鋼板樁最大傾斜13mm，最大移位為18mm；鉆孔樁的最大位移為4mm，無明顯傾斜面。監(jiān)測結(jié)果也說明此基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是十分成功的，并且說明采用鋼板樁和鉆孔樁，鋼支撐和鋼筋砼支撐所組成的基坑支護結(jié)構(gòu)，剛度及整體性良好。
7. 基坑支護結(jié)構(gòu)技術(shù) 經(jīng)濟 分析
該基坑支護結(jié)構(gòu)的總造價約為252萬元，總設(shè)計基坑支護長度為156.95m，平均每延長米的費用為1.6萬�；又ёo結(jié)構(gòu)施工工期為52d。這對于主要土層內(nèi)磨擦角僅為9°且挖土深度超過6m的地下室基坑支護工程來說是比較經(jīng)濟和省時的。
8. 設(shè)計體會與監(jiān)理結(jié)論
8.1地下室基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須滿足強度和變形兩個方面的要求，特別是變形問題。
8.2針對不同的情況，采用因地制宜的圍護措施，不僅能達到圍護目的，而且安全經(jīng)濟省時。本工程基坑圍護針對不同現(xiàn)場情況，不同開挖深度，綜合采用了鉆孔樁、鋼板樁、卸土、挖土預(yù)留土臺、鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼內(nèi)支撐等方法，即達到設(shè)計的目的，而且圍護費也合理。
8.3內(nèi)支撐的設(shè)置不僅滿足整個支護結(jié)構(gòu) 計算 內(nèi)力的合理性，同時還要為方便施工創(chuàng)造條件。本工程設(shè)上、下兩層支撐均采用對撐及角撐，不僅滿足設(shè)計內(nèi)力要求，而且有利于機械挖土，且第二層支撐采用工字鋼，用電焊聯(lián)接，施工靈活方便，縮短工期；工字鋼可回收重復(fù)使用，降低基坑支護費用
5.3.2地下室大面積降土?xí)r，根據(jù)加設(shè)第一層支撐后，未加設(shè)第二層支撐之前，保證鋼板樁安全的驗算挖土深度來開挖土方，并且通過研究核算決定，除坑底設(shè)計標(biāo)高為-7.35m的部分和靠A軸至鋼板樁的范圍內(nèi)挖土至-5.9m深,并按I-I剖面圖所示在靠近鋼板樁留設(shè)土臺外,其余部位均大面積降土至標(biāo)高-6.4m。這樣，通過預(yù)留土臺，增加被動土壓力的土坑力，保證鋼板樁的安全，充分利用機械挖土，加快施工速度。實踐證明該方法是可行的，但不同的土質(zhì)其留設(shè)的土臺的寬度不同。
5.3.3第二層支撐應(yīng)在挖土后兩天內(nèi)加設(shè)完成，不能拖延時間，保證整個支護結(jié)構(gòu)安全。
5.3.4全部樁承臺施工完畢后，用石粉、石渣將基坑回填至于-5.9m處，這樣，使整個基坑底回復(fù)于一層支撐的深度，然后拆除第二層支撐，繼續(xù)填土至能施工地下室底板為止。
5.3.5第一層支撐（-2.2m）待±0.00樓面施工完畢，圍堰樁與地下室外壁回填土方至-3.00標(biāo)高外才拆除。
5.4降排水處理措施�；由喜客鈬捎眉团潘疁下�(lián)合排水，雖然鋼板樁及粉噴樁止水帷幕抗?jié)B性能較好，但為防止基坑開挖時的雨水、少量滲水及土層含水量的影響，基坑底四周共設(shè)8個集水井，井壁用磚砌筑，但磚縫必須疏水，井內(nèi)徑為1.0m，井底標(biāo)高比施工面低0.8m，井內(nèi)設(shè)潛水泵，集水井用排水溝縱橫聯(lián)接。這樣，由排水溝、集水井和抽水設(shè)備組成一個簡易的降排水系統(tǒng)將地下水位降低至6.0m以下。
5.5鋼板樁的回收。 完成±0.00樓面，全部支撐拆除后，采用吊車在A～B軸的樓面行車回收鋼板樁。
6. 施工監(jiān)測 為及時掌握基坑支護工程的變化動態(tài)，對該項工程采取專門監(jiān)測，對所定的監(jiān)測內(nèi)容定時進行觀測，印制標(biāo)準(zhǔn)表格，進行數(shù)據(jù)整理，繪制位移（沉降）-時間坐標(biāo)圖，以觀察各參數(shù)隨時間的變化趨勢，及時反饋信息，指導(dǎo)土方開挖和后續(xù)工程施工。
觀察項目包括：
(1)觀察南面酒店及北面八層宿舍樓的軸線標(biāo)高變化，在靠近基坑支護工程的墻轉(zhuǎn)角及中間各設(shè)四個三角標(biāo)志；
(2)觀察東面小區(qū)道路及西面圍墻的標(biāo)高位移變化，各設(shè)兩個標(biāo)志；
(3)鋼板樁墻及鉆孔樁墻每隔15m設(shè)一點，觀察水平位移和垂直度。
監(jiān)測結(jié)果表明：從挖土到地下室工程完工，共進行18次監(jiān)測，在整個監(jiān)測過程中，圍堰的位移、傾斜、支撐變化均正常，周圍建筑物、道路、管線安全。主要監(jiān)測結(jié)果如下：
(1)南面酒店的軸線無變化，最大沉降量為3mm。
(2)東面小區(qū)道路及西面圍墻無明顯變化。
(3)鋼板樁最大傾斜13mm，最大移位為18mm；鉆孔樁的最大位移為4mm，無明顯傾斜面。監(jiān)測結(jié)果也說明此基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是十分成功的，并且說明采用鋼板樁和鉆孔樁，鋼支撐和鋼筋砼支撐所組成的基坑支護結(jié)構(gòu)，剛度及整體性良好。
7. 基坑支護結(jié)構(gòu)技術(shù) 經(jīng)濟 分析
該基坑支護結(jié)構(gòu)的總造價約為252萬元，總設(shè)計基坑支護長度為156.95m，平均每延長米的費用為1.6萬�；又ёo結(jié)構(gòu)施工工期為52d。這對于主要土層內(nèi)磨擦角僅為9°且挖土深度超過6m的地下室基坑支護工程來說是比較經(jīng)濟和省時的。
8. 設(shè)計體會與監(jiān)理結(jié)論
8.1地下室基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須滿足強度和變形兩個方面的要求，特別是變形問題。
8.2針對不同的情況，采用因地制宜的圍護措施，不僅能達到圍護目的，而且安全經(jīng)濟省時。本工程基坑圍護針對不同現(xiàn)場情況，不同開挖深度，綜合采用了鉆孔樁、鋼板樁、卸土、挖土預(yù)留土臺、鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼內(nèi)支撐等方法，即達到設(shè)計的目的，而且圍護費也合理。
8.3內(nèi)支撐的設(shè)置不僅滿足整個支護結(jié)構(gòu) 計算 內(nèi)力的合理性，同時還要為方便施工創(chuàng)造條件。本工程設(shè)上、下兩層支撐均采用對撐及角撐，不僅滿足設(shè)計內(nèi)力要求，而且有利于機械挖土，且第二層支撐采用工字鋼，用電焊聯(lián)接，施工靈活方便，縮短工期；工字鋼可回收重復(fù)使用，降低基坑支護費用
