钻孔灌注桩加内支撑体系在深基坑的应用

■李其林，王焕新

■1.广东省建筑设计研究院粤西分院，广东 湛江 524043;2.温州设计集团有限公司，浙江 温州 325003

随着超高层建筑及高层建筑的兴起，建设方越来越重视利用地下空间。深基坑工程不断出现，它的复杂性及重要性日益显露出来，并成为现工程界的一个热点和难点［1］。目前，深基坑支护方法很多，例如地下连续墙、钢板桩、钻孔灌注排桩、SMW 工法以及钻孔灌注桩加内支撑体系等［2］。而本文简单阐述钻孔灌注桩加内支撑体系在深基坑的应用。

1 工程概况

浙江某市拟建3 幢29 层住宅楼及2 层裙房、机械停车库，地下设层高为5 米的地下室。本工程的黄海高程5.000m 为工程的±0.000，而地下室底板标高为-5.150m。基坑开挖深度范围由5m 至8m，本基坑总平面图见图1。

图1 基坑总平面图

1.1 工程地质概况

根据勘察院提供的《岩土工程勘察报告》可知，本工程按土的结构、力学性质、埋藏条件等由上至下依次为如下:

(1)素填土(1-0):均有分布，厚度约0.3～1.3m，由块石、碎石、角砾、砂及粘性土组成，为人工新近填土;(2)粘土(1-1):均有分布，厚度约1.1～1.8m，呈可塑～软塑状，中～高压缩性;(3)淤泥(2-1):均有分布，厚度约10.80～14.40m，流塑，高压缩性，高灵敏度;(4)淤泥(2-2):均有分布，厚度约12.10～15.80m，流塑，高压缩性，高灵敏度。

各层的设计参数，见表1

表1 土层主要物理力学性质

1.2 水文地质条件

场区地下水类型为孔隙潜水和承压水;孔隙潜水主要赋存于素填土、粘土、淤泥等，水量贫乏，水迳流条件差，水位埋深为0.20～1.20m;承压水主要赋存于粉砂、中砂和圆砾中，水量较丰富，承压水水位埋深为6.00～9.35m。

2 基坑支护围护设计方案

本工程的基坑开挖的深度虽然不是很深，但是最后采取的方案是钻孔灌注桩加内支撑体系，这是基于以下考虑:

(1)为了保证本工程四周建筑物、管道以及管线的安全。而本工程的四周环境比较复杂，基坑开挖时，不可能不会对已有地下管线以及四周建筑物产生影响，钻孔灌注桩加内支撑体系整体刚度比较大，能有效控制周边土体变化。

(2)本工程的场地地质条件比较复杂，存在比较厚的淤泥层，而且基坑开挖至坑底以下4～10m 还存在淤泥，因此基坑开挖将会产生比较大的变形。

2.1 钻孔灌注桩挡土

因为现钻孔灌注桩的施工工艺比较成熟，所以灌注桩的质量可以得到保证。而且本项目大部分基础采用取钻孔灌注桩，为了基坑支护施工方便，基坑支护桩采取用钻孔灌注桩型式。钻孔灌注桩桩径分别为600、700、800 的，桩长为15～20m。基坑典型剖面图，如图2 所示。

图2 典型基坑剖面图

2.2 内支撑布置

2.2.1 冠梁及支撑

冠梁的截面尺寸为850 ×750、1050 ×750 和950 ×750，而支撑最大截面尺寸为750 ×750，最小截面尺寸为550 ×550。冠梁、支撑的混凝土等级均为C30。未注明的钢筋锚固长度为35d。

2.2.2 支撑立柱

图3 支撑结构平面布置

支撑立柱上部嵌入混凝土支撑500，支撑桩垂直度要求偏差小于1/200，上部井子桁架采用四根120 × 10的角钢和140 × 10的缀条焊接，角钢和缀条钢材型号为Q345B，焊条采用E43 型要求双面焊接，焊缝高度＞6。

支撑结构布置图详见图3。

3 支护结构设计计算

本工程基坑支护结构设计采用理正深基坑支护结构软件(7.0 版)计算。计算主要分为以下两部分:

3.1 支护剖面的计算

支护剖面分别按6 种工况进行计算，分别为［3］:(1)工况1—基坑开挖至基坑的支撑底标高;(2)工况2—基坑设置支撑系统;(3)工况3—基坑开挖至基坑底标高;(4)工况4—地下室底板施工，并在地下室底板与支护桩之间的设置传力支承层;(5)工况5—地下室一层楼板施工，并在楼板与支护桩之间设置传力支承层;(6)工况6—拆卸基坑支撑系统。开挖5.0m 的内力结果详见图4。

图4 典型剖面内力位移包络图

3.2 基坑内支撑系统结构计算

图5 支撑系统位移图

基坑内支撑系统结构计算采用了考虑空间协同作用的空间结构有限元分析方法［4］。该方法在基坑设计过程中，为了确保设计的合理性与经济性，计算过程中应该满足支护桩顶的位移与支撑结构相应位置的位移一致性。而从图5 支撑系统位移图显示，可知该设计方案有效地控制了支护桩顶水平位移，并且达到相关规范要求。

4 整体稳定性分析［5］

4.1 整体稳定性验算

利用Bishop 法，应力为总应力状态，条分法中条宽度为0.4m，可算出整体稳定安全系数Ka=1.275，滑动圆弧半径R=20.869m。

4.2 抗倾覆稳定验算

抗倾覆稳定验算系数:

Mp——被动土压力及支点力对桩底的弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

Ma——主动土压力对桩底的弯矩;

利用上式，可以验算每工况的稳定系数分别为:

工况1∶Ks=3.652 ＞=1.000，满足要求;

工况2∶Ks=5.299 ＞=1.000，满足要求;

工况3∶Ks=5.299 ＞=1.000，满足要求;

工况4∶Ks=1.608 ＞=1.000，满足要求;

从上面结果可知:每工况均满足规范要求。

5 结论

综上所述，本工程深基坑支护采用钻孔灌注桩加内支撑体系，能有效的满足地下室的施工空间以及四周的建筑物深基坑土方开挖的要求，并且本工程的基坑变形符合规范相关要求，达到经济安全可靠的目的。

［1］李鑫.浅谈高层建筑深基坑支护施工技术［J］.民营科技，2014(3):228.

［2］顾浩声.基坑支护选型的智能决策支持系统［D］.上海:同济大学，2003.

［3］黄慧.钻孔灌注桩加圆环形内支撑支护结构在厦门某基坑工程中的应用［J］.福建建筑，2009(10):102～104.

［4］林建明.钻孔灌注桩及高压旋喷桩加内支撑支护结构在漳州某深基坑工程中的应用［J］.福建建筑，2012(4):112～114.

［5］周绍源，李其林，蒋文宇，刘发标.弹性地基梁法在基坑支护中的应用［J］.土工基础，2013(4):117～120.